Расчет цементирования скважины

Необходимый объем цементного раствора V_цр, м³:

V _цр = 0,785 k₁[( ² – d _н²)L + d _в²h₀],        (2.35).

    где  – диаметр долота, м; d _н – наружный диаметр обсадной колонны, м; L – длина цементирования, м; d _в – внутренний диаметр обсадных труб, м; h₀ – высота цементного стакана, м; k₁ – коэффициент кавернозности.

Потребное количество сухого цемента для приготовления цементного раствора G _ц, кг:

G _ц = (1 / (1 + m)) V _цр r _ц,                      (2.36).

    где r _ц – плотность сухого цемента, г/см³ (принимаю γ _ц=3,15 г/см³);  m – водоцементное отношение (принимаю m=0,5); V _цр – объём цементного раствора, м³; Количество сухого цемента, которое необходимо заготовить с учетом потерь при затворении цементного раствора, кг:

                               (2.37).

    где k₂ – коэффициент, учитывающий наземные потери при затворении цементного раствора. Если затворение производится без цементосмесительных машин k₂=1,05¸1,15, при использовании машин k₂=1,01.

Количество воды V _в, кг, необходимое для приготовления цементного раствора 50%-й консистенции:

G _в = G^I _ц×m.                                  (2.38).

Потребное количество продавочной жидкости V _пж, м³ (воды):

V _пж = 0,785 k _ж d _в²(L – h₀),               (2.39).

    где k _ж – коэффициент, учитывающий сжатие жидкости (принимают k _ж=1,04).

Давление, развиваемое насосом в последний момент закачки продавочной жидкости, р _{m ах}, Па:

р _{m ах} = р₁ + р₂                               (2.40).

    где р₁ – давление, необходимое для преодоления сопротивления, обусловленного разностями плотностей жидкости в трубах и затрубном пространстве; р₂ – давление, необходимое для преодоления гидравлических сопротивлений.

Гидравлические потери давления р₁, Па:

р₁ = [(L – h₀)×(r _цр – r _р)]             (2.41).

Для определения гидравлических потерь давления р₂, Па, пользуются формулой Шишенко-Бакланова:

р₂ = 0,001 L + 1.6                    (2.42.)

Время цементирования t, мин.:

t = (V _цр + V _пж) / Q _ца + t _во,                            (2.43).

    Q _ца – производительность цементировочного агрегата; t _во – время на вспомогательные операции (t _во=15мин).

Технологически необходимое количество цементировочных агрегатов буду определять из условия достижения эффективности процесса, а потребное число цементосмесительных машин из условий:

1) Размещения в них расчетного количества сухого цемента;

2) Установившейся практики обвязки одной машины 2СМН-20 с 2 ЦА-320М.

    Формула для определения необходимого количества цементировчных агрегатов:

+1,          (2.44).

    Q – производительность цементировочного агрегата на IV скорости, м³/с; ω – скорость подъема цементного раствора в затрубном пространстве, ω=0,1¸0,4 м/с.

      Число цементосмесительных машин п_с, шт., исходя из условий обеспечения цементным раствором всех работающих агрегатов:

                                   (2.45).

      где Q _ср – средняя производительность одного работающего агрегата при закачке цементного раствора в колонну, м³/мин; q _см – средняя производительность смесительных машин, м³/мин.

Число смесительных машин из условия размещения необходимого количества сухого цемента в бункерах:

                                    (2.46).

       – весовое количество цемента, подвезенного к буровой, т; q _ц.б – весовое количество цемента, вмещающееся в одну смесительную машину, т.

    Продолжительность процесса при цементировании колонны t _э, мин:

                         (2.47).

    V _б – объем буферной жидкости, м³ (служит для лучшего вытеснения и замещения буферного раствора тампонажным),

V _б = 0,785 (D _д² – d _н ²)×h _б                         (2.48).

    h _б – высота столба буферной жидкости в заколонном пространстве; п₁ – число агрегатов для закачки буферной жидкости; п₂ – число агрегатов для закачки цементного раствора.