25438 (Бурение эксплуатационной наклонно-направленной скважины на Озерной площади), страница 4

3.4.1 РАСЧЕТ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ КОЛОННЫ

Исходные данные:

Глубина скважины по стволу L_н = 1852 м;

Глубина скважины по вертикали L_в =1838 м;

Интервал цементирования чистым цементом L₂ = 286 м, (от башмака

эксплуатационной колонны до глубины на 200 м выше кровли

верхнего продуктивного пласта);

L₁ = 1566 м, интервал, цементируемый облегченным цементным раствором.

Пластовое давление 14,08 МПа;

Давление опрессовки 15 МПа;

Плотность цементного раствора ρ = 1830 кг/м³;

Плотность облегченного цементного раствора ρ = 1640 кг/м³;

Плотность бурового раствора ρ = 1130 кг/м³;

Плотность жидкости затворения ρ = 1000 кг/м³;

Снижение уровня жидкости в скважине Н = 1160 м;

Жидкость при снижении уровня в колонне ρ_гс = 1100 кг/м³;

Плотность нефти ρ_н = 743 кг/м³;

Зона эксплуатационного объекта 1₁ = 200 м;

Запас прочности на смятие n₁ = 1,15;

Запас прочности на внутреннее давление n₂ = 1,15;

Запас прочности на растяжение n₃ = 1,3;

Расчет на избыточные давления, наружные, ведется:

а) Для окончания цементирования колонны:

при Z = 0 р_ниz = 0

при Z = L_в

р_НИL = 10^–6 × 10 × (ρ_оцр × L₁ + ρ_цр × L₂ – ρ_бр × L_в) = 10^–6 × 10 × (1640 × 1566 + 1830 × 286 – 1130 × 1383) = 10,07 МПа.

б) При окончании эксплуатации:

при Z = 0 р_вио = 0

при Z = L_в

р^'_НИL = 10^–6 × 10 × [ρ_гс × L_в – ρ_н × (L_в – Н)] = 10^–6 × 10 × [1100 × 1838 – 743 × (1838 – 1160)] = 15,2 МПа.

Определяются наружные, избыточные давления в зоне продуктивного пласта с учетом коэффициента запаса смятия:

n₁ × р_НИL = 1,15 × 10,07 = 12,3 МПа;

n₁ × р^'_НИL = 1,15 × 15,2 = 17,5 МПа.

Этому значению соответствует обсадные трубы по ГОСТу 632-80, группы прочности «Д», толщина стенки δ = 8 мм, р_кр = 20,1 МПа, р_ст = 0,97 МН, р_т = 32,2 МПа. q₁ = масса 1-го погонного метра – 0,000327 МН.

Определяется р'_НИL, в зоне эксплуатационного объекта на глубине

L₁ = L_в – 1₁ = 1838 – 200 = 1638м; р _НИL'1 =16,2 МПа.

Этому значению соответствуют обсадные трубы группы прочности «Д» с толщиной стенки 7,3 мм, р_кр = 16,7 МПа, р_ст = 0,86 МН, р_т = 29,4 МПа, q₁ = масса 1-го погонного метра – 0,000301 МН.

Определяется длина второй секции с δ = 7,3 мм. Из условия растяжения:

L_доп = = = 2031 м; Q₁ = q₁ × l₁ = 0,000327 × 200 = 0,0654 МН.

Принимается длина второй секции:

L₂ = L_н – l₁ = 1852 – 200 = 1652м;

Определяется масса второй секции:

Q₂ = q₂× 1₂ = 0,000301× 1652 = 0,497 МН;

Определяются внутренние, избыточные давления при Z = 0

р_у = р_пл – 10^–6 × g × р_н × L_в = 14,08 – 10^–6 × 10 × 743 × 1838 = 0,48 МПа, т.к. р_оп > 1,1 р_у, то р_вио = р_оп = 15 МПа;

при Z = L_в;

р_ВИL = р_оп + 10^–6 × 10 × (ρ_в – ρ_гс) × L_в= 15 + 10 × 10^–6 × 1838 × (1000 – 1100) = 13,16 МПа.

Строятся эпюры наружных и внутренних избыточных давлений:

Схема 4

Определяется коэффициент запаса прочности на внутреннее давление:

n₂ = р_т / р_оп = 29,4 / 15 = 1,96 > 1,15.

Конструкция эксплуатационной колонны диаметром 0,168 мм группы прочности «Д»:

Таблица 13

3.4.2 РАСЧЕТ ТЕХНИЧЕСКОЙ КОЛОННЫ

Исходные данные:

Длина колонны L_тк = 579 м;

Диаметр D_тк = 0,245 м по ГОСТу 632-80.

Группа прочности «Д», толщина стенки 7,9 мм;

р_ст = 1,32 МН; р_кр = 8,5 МПа; р_т = 21,9 МПа;

q = 0,00048 МН – масса одного погонного метра;

Определяется внутреннее избыточное давление, возникающее при проявлении:

р_и = р_пл – 10^–6 ×q × ρ_н × L = 14,08 – 10^–6 × 10 × 743 × 1838=0,48 МПа,

где L – расстояние от устья до кровли продуктивного пласта по вертикали,

т.к. р_оп= 15 МПа, то принимается р_во = р_и = р_оп = 15МПа.

Определяется коэффициент запаса прочности на внутреннее давление:

n₂ = р_т / р_оп = 21,9 / 15 = 1,46 > 1,3.

Определяется коэффициент запаса прочности на страгивание или на растяжение:

n₂ = р_ст / L_к × q = 1,32 / (579 × 0,00048) = 4,75 > 1,3.

Определяется масса технической колонны:

Q_тк = q × L_тк = 0,00048 × 579 = 0,278 МН.

3.4.3 РАСЧЕТ КОНДУКТОРА

Исходные данные:

Длина колонны L_к = 160 м;

Диаметр D_к = 0,324 м по ГОСТу 632-80, группа прочности «Д», толщина стенки 8,5 мм, q = 0,000684 МН – масса одного погонного метра.

Определяется масса кондуктора:

Q = q × L_к = 0,000684 × 160 = 0,109 МН.

3.4.4 РАСЧЕТ НАПРАВЛЕНИЯ

Исходные данные:

а) Глубина шахты L_н1 = 12 м;

Диаметр шахты D_н1 = 0,53 м,

q = 0,002 МН – масса одного погонного метра;

Определяется масса шахты:

Q_н1 = q × L_н1 =0,002 × 12 = 0,024 МН;

б) Глубина направления D_н2 = 40 м.;

Диаметр направления D_н2 = 0,426 м, по ГОСТу 632-80, Группа прочности «Д», толщина стенки δ = 10 мм, q = 0,001065 МН – масса одного погонного метра.

Определяется масса направления.

Q_н2 = q × L_н2 = 0,001065 × 40 = 0,0426 МН.

3.5 РАСЧЕТ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН

3.5.1 РАСЧЕТ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ КОЛОННЫ

Исходные данные:

Длина колонны по стволу L_н = 1852 м;

Интервал цементирования облегченным цементным раствором L_о = 1566м;

Интервал цементирования чистым цементным раствором L_цр =286 м;

Длина цементного стакана h_ст = 10 м;

Интервал буферной жидкости по затрубному пространству Н_буф =300 м;

Диаметр долота D_д.= 0,2159 м;

Диаметр эксплуатационной колонны d_эк = 0,168 м;

Плотность цементного раствора ρ_ц.р = 1830 кг/м³;

Плотность облегченного цементного раствора ρ_о = 1640 кг/м³;

Плотность бурового раствора ρ_б.р = 1130 кг/м³;

Водоцементное отношение облегченного цементного раствора m_о = 0,75;

Водоцементное отношение цементного раствора m = 0,5;

Определяется объем буферной жидкости:

V_буф = 0,785 × (к × D_д² – d_эк²) × Н_буф = 0,785 × (1,1 × 0,2159² – 0,168²) – 300 = 5,4 м³;

Определяется объем чистого цементного раствора:

V_цр = 0,785 × [(к × D_д² × d_эк²) × L₂ + d_вэк² × h_ст]= 0,785 × [(1,1 × 0,2159² – 0,168²) × 286 + 0,152² × 10] = 5,36 м³, где к – коэффициент кавернозности.

Определяется объем облегченного цементного раствора:

V_о=0,785 ×(к× D_д²–d_эк²)× L₁=0,785×(1,1×0,2159² – 0,168²) ×1566=28,3 м³.

Определяется плотность цементного раствора:

ρ_цр = = = 1830 кг / м³.

Определяется плотность облегченного цементного раствора:

ρ_о = = = 1640 кг / м³.

Определяется количество сухого цемента в цементном растворе:

G_ц = (ρ_цр × V_цр × к) / (1 + m) = (1830 × 5,36 × 1,03) / (1 + 0,5) = 6,7 т.

Определяется количество сухого цемента в облегченном цементном растворе:

G_о = (ρ_о × V_о × к) / (1 + m_о) = (1640 × 28,3 × 1,03) / (1 + 0,75) = 31,8 т,

где к – коэффициент, учитывающий потери цемента при затворении.

Определяется количество воды для цементирования:

V_в = m × G_ц + m_о × G_о = 0,5 × 6,7 + 0,75 × 31,8 = 27,2 м³.

Определяется количество СаСl₂ в цементном растворе:

G_СаСl =(m × V_цр) / 100 = (0,5 × 5,36) / 100 = 0,08 т.

Определяется количество СаС1₂ в облегченном цементном растворе:

G_{о СаСl} =(m_о × V_о) / 100 = (0,75 × 28,3) / 100 = 0,42 т.

Определяется количество ОЭЦ для обработки цементного раствора:

G_оэц = (m × V_цр) / 100 = (0,5 × 5,36) / 100 = 0,0268 т.

Определяется количество продавочной жидкости:

V_прж = 0,785 × d_внок² × (L_н – h_ст) × к = 0,785 × 0,1534² × (1852 – 10) × 1,03 = 35 м³.

Определяется давление на цементировочной головке в конце цементирования обсадной колонны:

р_к = р_г + р_ц = 5,3 + 9,7 = 15 МПа;

р_г= L_в +1,6 = 0,002 × 1838 + 1,6 = 5,28 МПа;

р_ц = 0,00110 × 10 × (ρ_црср – ρ_р) × (L_в – h_ст) × 10^–3 = 0,001 × 10 × (1669 – 1130) × (1838 – 10) × 10^–3 = 9,7 МПа;

ρ_црср = (ρ_о × L_о + ρ_цр × L_цр) / (L_о + L_цр) = (1640 × 1566 + 1830 × 286) / (1566 + 286) = 1669 кг / м³.

Определяется температура забоя:

Т = t_ср + Г × L_в = 1 + 0,025 × 1838 = 46,95 °С,

где Г = 0,025 – геотермический градиент.

По температуре забоя рекомендуется цемент для холодных скважин ІG-СС-1.

По величине р и р_г принимаются втулки на насосе ЦА-320М 115 мм.

Определяется количество продавочного раствора, закачиваемого на различных скоростях ЦА-320М:

h_о = (V_цр + V_оцр) / (F_вн + F_зп) = (5,36 + 28,3) / (0,0184 + 0,018) = 924 м;

F_вн = 0,785 × = 0,785 × 0,1534² = 0,0184 м²;

F_кп = 0,785(кD²_д – d²_нок) = 0,785 × (1,1 × 0,2159² – 0,168²) = 0,018 м²;

l_о = L_н – h_о = 1852 – 924 = 928 м;

а = (h_о – h_ст) / р_ц = (928 – 10) / 9,7 = 94,2 м / МПа;

h_V = 1_о + а × (р_V + р_г) = 903 + 94,2 × (5,8 – 5,3) = 950,1 м;

h_ІV = а × (р_ІV + р_V) = 94,2 × (8,7 – 5,8) = 273,2 м;

h_ІІІ = а × (р_ІІІ + р_ІV) = 94,2 × (13,4 – 8,7) = 442,7 м;

h_ІІ = а × (р_ІІ + р_ІІІ) = 94,2 × (23 – 13,4) = 904,3 м;