Обоснование технологии спуска и цементирования обсадной колонны

Домашняя работа № 1 Обоснование технологии спуска и цементирования обсадной колонны.

• 1. Нарисовать конструкцию обсадной колонны (ОК), кратко описать функциональное назначение каждого элемента ее технологической оснастки.
• 2. Выполнить расчет одноступенчатого цементирования эксплуатационной колонны в скважине, конструкция которой рассчитана в ДЗ № 1. Недостающие исходные данные для расчета принять самостоятельно со ссылкой на источник.
• 3. Нарисовать схему цементирования с указанием всех параметров для следующих этапов:
  • а) закачка тампонажного раствора;
  • б) начало продавки тампонажного раствора;
  • в) окончание продавки тампонажного раствора.
• 4. Привести перечень и показателей качества цементирования эксплуатационной колонны.

Задание № 1 Конструкция обсадной колонны обсадной колонна цементирование скважина ОК собирают из ОТ одного номинального размера (одноразмерная колонна) либо нескольких номинальных размеров (комбинированная колонна). Трубы подбирают в секции в согласно результатам прочностного расчета.

Для облегчения спуска и качественного цементирования ОК в ее состав включают элементы технологической оснастки:

• * башмак;
• * заливочный (башмачный) патрубок;
• * обратный клапан;
• * упорное кольцо;
• * муфту ступенчатого цементирования (МСЦ);
• * центраторы (фонари);
• * скребки;
• * заколонные пакеры;
• * подвесное устройство.

Башмак обсадной колонны.

Служит для предохранения низа ОК от смятия и для направления ее по стволу скважины в процессе спуска Конструкция башмака обеспечивает ему достаточную механическую прочность при спуске ОК и сравнительно легкое разбуривание. Имеет одно центральное отверстие и несколько боковых.

Заливочный патрубок.

Служит для подачи цементной суспензии в затрубное пространство. Устанавливают непосредственно над башмаком. Представляет собой отрезок трубы длиной около 1,5 м с отверстиями, расположенными по винтовой линии.

Обратный клапан.

Предназначен для:

• · предотвращения движения цементного раствора в колонну после его продавки;
• · посадки разделительных пробок в процессе закачивания цементного раствора в колонну и продавливания его в заколонное пространство;
• · обеспечения самозаполнения ОК промывочной жидкостью (клапаны типа ЦКОД).

Устанавливают в нижней части ОК на одну-две трубы выше башмака.

Упорное кольцо (кольцо «стоп»).

Служит для посадки цементировочной пробки в процессе цементирования ОК. Устанавливают на 20−30 м выше башмака.

Центратор.

Служит для центрирования ОК в скважине. Способствует снижению сил трения при спуске колонны и более полному замещению цементным раствором жидкости, находившейся в затрубном пространстве.

Скребок.

Служит для удаления фильтрационной корки со стенки скважины и повышения надежности сцепления цементного камня со стенкой скважины.

Турбулизатор.

Предназначен для турбулизации потока в затрубном пространстве при спуске и цементировании ОК.

Заколонный пакер.

Обеспечивает надежную изоляцию отдельных интервалов в затрубном пространстве за счет деформирования эластичного элемента (ЭЭ), надетого на корпус, и плотного его смыкания со стенкой ствола скважины.

По способу перевода в рабочее состояние пакеры подразделяются:

• · гидравлические (в ЭЭ поступает жидкость, вызывая его деформацию в поперечном сечении);
• · механические (ЭЭ деформируется за счет разгрузки на него части веса ОК).

Устанавливают в местах залегания устойчивых непроницаемых горных пород.

Задание № 2.

Целью расчета является определение количества материалов, необходимых для цементирования эксплуатационной колонны, параметров оборудования, числа смесительных машин и цементировочных агрегатов, а также продолжительности операции.

Объем цементного раствора, необходимый для цементирования скважины, м³:

k — коэффициент резерва (1,15);

D_c — фактический средний диаметр ствола скважины в интервале цементирования, м;

D — наружный диаметр эксплуатационной колонны, м;

l_ц — длина интервала цементирования, м;

d — внутренний диаметр колонны, м;

h_c — расстояние от упорного кольца до башмака колонны, м.

Для приготовления такого объема цементного раствора требуется сухого цемента, кг:

k_ц — коэффициент, учитывающий потери цемента при затаривании смесительный машин и приготовлении раствора (1,05);

q_ц — расход сухого цемента на 1 м³ раствора в кг.

с_цр — плотность цементного раствора, кг/м³;

m — относительное водосодержание раствора, т. е. отношение массы воды к массе сухого цементного порошка в 1 м³ раствора.

Приближенно отношение массы воды к массе сухого цементного порошка в 1 м³ раствора можно рассчитать также по формуле:

сц и сж — плотность соответственно сухого цементного порошка и воды в кг/м3. Плотность сухого цемента для портландцемента составляет 3200 кг/м³.

Количество тампонажной смеси:

Объём воды для приготовления цементного раствора, м³:

Объём продавочной жидкости:

k_сж — коэффициент, учитывающий сжимаемость продавочной жидкости и определяемый экспериментально (1,04).

Предположим, что объём цементного раствора, который требуется закачать в скважину, меньше внутреннего объёма обсадной колонны. Тогда число смесительных машин, необходимых для приготовления цементного раствора, где q_Т — насыпная масса твердой фазы (кг/м³); U — ёмкость бункера смесительной машины (м³):

Задание № 3.

Задание № 4.

Обеспечение качества крепи скважин заключается в контроле:

• · процесса цементирования;
• · качества цементирования;
• · текущего состояния качества крепи в процессе строительства и эксплуатации, а также после ликвидации скважин;
• · правильный подбор исходных материалов и рецептуры ТР;
• · рациональная организация процесса;
• · контроль технологических параметров;
• · высота подъема ТР в затрубном пространстве;
• · полнота замещения ПЖ тампонажным раствором в зацементированном интервале;
• · равномерность распределения цементного камня в затрубном пространстве (позволяет судить о соосности ствола скважины и ОК);
• · сцепление цементного камня с ОК и стенкой скважины;
• · герметичность зацементированной ОК и затрубного пространства.

Акустический контроль качества цементирования (АКЦ).

Основан на регистрации полной волновой картины упругих колебаний, распространяющихся по колонне, породе и цементу. Зарегистрированный волновой сигнал обрабатывается на поверхности для получения кинематических и динамических параметров, характеризующих качество сцепления цементного камня с колонной и с породой.

Применение:

• * точная отбивка верхнего уровня подъема цементного кольца;
• * определение степени сцепления цементного камня с колонной;
• * определение степени сцепления цементного камня с породой;
• * определение интервалов присутствия цементного камня (в т.ч. малопрочного).

Гамма-гамма дефектометрия-толщинометрия (СГДТ).

Основана на зависимости интенсивности рассеянного гамма-излучения от плотности вещества, заполняющего затрубное пространство обсаженных скважин в интервале исследования.

Примененяют для определения:

• * высоты подъема ТР в затрубном пространстве;
• * интервалов, содержащих различные ТР (чистый цемент, гельцемент и др.);
• * характера заполнения затрубного пространства ТР;
• * эксцентриситета ОК в скважине;
• * средней по периметру толщины стенки труб ОК;
• * местоположения соединительных муфт, элементов технологической оснастки (центрирующих фонарей и пр.).