Файл: Курсовая работа по дисциплине Крепление и цементирование скважин.docx
Добавлен: 03.05.2024
Просмотров: 28
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
волны, распространяющейся по ОК, т. е. колонна проявляет себя как свободная. При затвердении цемента и его сцеплении со стенками ОК энергия волны расходуется на возбуждение не только колонны, но и связанного с ней цементного кольца, поэтому затухание значительно больше. Примерно через сутки после заливки, когда раствор практически превращается в цементный камень, коэффициент затухания α увеличивается более чем на порядок по сравнению с первоначальным значением. Поэтому, измеряя амплитуду продольной волны, распространяющейся по ОК, через 24 ч и более (время, необходимое для затвердевания цемента), можно по ее величине судить о наличии или отсутствии цементного кольца, сцепленного с ОК. Амплитуда продольной волны, проходящей по ОК, характеризует надежность сцепления цементного камня с обсадными трубами.
Для исследования скважин применяется двухэлементный акустический зонд, состоящий из излучателя и приемника, центрируемый в колонне.
Гамма-гамма-метод контроля цементирования скважин. Существенная разница плотностей цементного камня и контактирующих с ним ПЖ или воды создает благоприятные предпосылки для применения с целью контроля цементирования скважин плотностного гамма-гамма-каротажа. На практике используются измерительные установки, регистрирующие интенсивность рассеянного гамма-излучения по кольцевому периметру ОК.
1.2 Техника для цементирования
Цементирование обсадной колонны в скважине обычно сопряжено с выполнением ряда трудоемких работ по доставке исходных материалов, и прежде всего цемента, на буровую, по приготовлению за короткий срок большого объема тампонажного раствора и подаче его в ствол скважины и в затрубное пространство. Расход материалов и качество цементировочных работ во многом зависят от совершенства и надежности применяемых технических средств. Для выполнения работ применяется комплекс специального оборудования. В техническое оснащение цементировочных работ входят цементировочный агрегат (ЦА), цементно-смесительная машина (СМ), самоходный блок обвязки (1БМ-700), станция контроля процесса цементирования (СКЦ-2М), а также вспомогательные емкости и резервуары, цементировочная головка, трубопроводы и шланги для обвязки оборудования и устья скважины. Цементировочный агрегат предназначен для подачи тампонажного раствора в скважину, нагнетания его в затрубное пространство за цементируемой обсадной колонной, для измерения объема жидкости, расходуемой на приготовление тампонажного раствора, и подачи жидкости затворения в цементно-смесительную машину при приготовлении тампонажного раствора.
Обычно применяют мобильные цементировочные агрегаты, смонтированные на шасси автомобиля (рисунок 1.1).
Основные параметры характеристики цементировочного агрегата - предельное давление нагнетания тампонажного раствора, а также подача и давление нагнетания - на каждом режиме работы устанавливаются в зависимости от частоты вращения выходного вала коробки скоростей транспортного двигателя и диаметра втулок насоса. Максимальное давление указывается в марке агрегата (у агрегата ЦА-320М оно составляет 32 МПа).
Насосная установка УН1-630х700А (рисунок 1.2) состоит из силового агрегата, коробки передач, трехплунжерного насоса, вспомогательного трубопровода, манифольда и системы управления.
Все оборудование закреплено на общей монтажной раме. Силовой агрегат, выполненный на базе дизельного двигателя, оборудован системами водяного охлаждения, смазки и питания, многодисковой фрикционной муфтой сцепления постоянного замкнутого типа, контрольно-измерительными приборами, а также электросистемой с аккумуляторной батареей, обеспечивающей запуск дизельного двигателя электростартером.
Смесительная установка УС6-30 (рисунок 1.3) состоит из бункера 3, коробки отбора мощности 1, трансмиссии, загрузочного 2 и дозировочных винтовых конвейеров, смесительного устройства 5, системы управления 4 и вспомогательного оборудования. Смесительное устройство гидровакуумного типа с поворотными щелевидными насадками. Работает по принципу струйного насоса. Представляет собой камеру с диффузором, переходящим в сливную трубу. Смесительное устройство позволяет регулировать плотность раствора без замены насадки, а также изменять проходное сечение сбросного ствола краном ГРПП. Загрузка и выгрузка сыпучего материала механическая, с помощью дозирующих винтовых конвейеров.
1-коробка отбора мощности; 2-водоподающий насос; 3-вспомогательный двигатель; 4-двухпоршневой насос; 5-мерный бак; 6-труба сброса; 7-шасси автомобиля.
Рисунок 1.1 - Цементировочный агрегат ЦА - 320М
1-автошасси КрАЗ-257Б1; 2 - пост управления; 3 - силовой агрегат; 4 - коробка передач ЗКИМ; 5 - зубчатая муфта; 6 - насос 4Р-700; 7 - напорный трубопровод; 9 - вспомогательный трубопровод; 9 - фара для освещения рабочего места;
10 - аккумуляторная батарея.
Рисунок 1.2 - Насосная установка УН1-630х700А
Рисунок 1.3 - Установка смесительная УС6-30
Блок манифольда предназначен для обвязки установок между собой и с устьевым оборудованием при нагнетании жидкости в скважину. Каждый блок манифольда (рисунок 1.4) включает в себя напорный и приемно-раздаточный коллекторы, комплект труб с шарнирными коленами. Применение блоков манифольда при цементировании скважин, гидравлическом разрыве пластов и гидропескоструйной перфорации сокращает время монтажа и демонтажа коммуникаций обвязки установок между собой и с устьевой головкой и значительно упрощает эти операции.
1- тошасси ЗИЛ-131; 2 - фара; 3 - поворотная стрела; 4 - вспомогательный трубопровод; 5 - раздаточный коллектор; 6 - клапанная коробка; 7 - комплект напорных труб с фитингами; 8 - ящик для инструментов.
Рисунок 1.4 - Блок манифольда 1БМ-700
Головка цементировочная универсальная ГЦУ (рисунок 1.5) применяется для обвязки устья при цементировании нефтяных и газовых скважин в одну и более ступеней с одновременным расхаживанием обсадных колонн, а также в случае манжетного цементирования. В настоящее время разработаны и находят применение цементировочные головки, допускающие проворачивание обсадной колонны в процессе продавливания тампонажного раствора. Это способствует более полному замещению бурового раствора и повышению качества цементировочных работ.
1-манометр; 2 - предохранительный клапан; 3,8 - верхний и нижний вводы; 4 - крышка; 5-корпус; 6- верхняя пробка; 7 - стопорный винт.
Рисунок 1.5 - Цементировочная головка типа ГЦУ:
Исходные данные:
Наружный диаметр колонны, мм - 324
Толщина стенки, мм - 9,5
Глубина спуска колонны, м - 700
Диаметр скважины, мм - 393,7
Внутренний диаметр «предыдущей» колонны, мм - 406
Глубина спуска предыдущей» колонны, м - 70
Водоцементное отношение - 0,49
Плотность тампонажного цементного раствора, г/см3 - 1,86
Плотность продавочной жидкости, г/см3 - 1,15
Плотность жидкости затворения, г/см3 - 1,02
Коэффициент кавернозности - 1,5
Высота цементного стакана, м - 20
Высота подъема цемента - до устья
Объем буферной жидкости , м3 - 6
Определение объема цементного раствора:
где:
- диаметр скважины, м;
- коэффициент кавернозности;
- наружный диаметр обсадной колонны, м;
- интервал цементирования, м;
- – внутренний диаметр обсадной колонны, м;
- интервал цементного стакана, м.
Количество сухого цемента для приготовления 1м3 цементного раствора:
где:
- плотность сухого цемента (принимаем 3,15 г/см3);
- плотность жидкости затворения,г/см3;
- водоцементное отношение.
Для исследования скважин применяется двухэлементный акустический зонд, состоящий из излучателя и приемника, центрируемый в колонне.
Гамма-гамма-метод контроля цементирования скважин. Существенная разница плотностей цементного камня и контактирующих с ним ПЖ или воды создает благоприятные предпосылки для применения с целью контроля цементирования скважин плотностного гамма-гамма-каротажа. На практике используются измерительные установки, регистрирующие интенсивность рассеянного гамма-излучения по кольцевому периметру ОК.
1.2 Техника для цементирования
Цементирование обсадной колонны в скважине обычно сопряжено с выполнением ряда трудоемких работ по доставке исходных материалов, и прежде всего цемента, на буровую, по приготовлению за короткий срок большого объема тампонажного раствора и подаче его в ствол скважины и в затрубное пространство. Расход материалов и качество цементировочных работ во многом зависят от совершенства и надежности применяемых технических средств. Для выполнения работ применяется комплекс специального оборудования. В техническое оснащение цементировочных работ входят цементировочный агрегат (ЦА), цементно-смесительная машина (СМ), самоходный блок обвязки (1БМ-700), станция контроля процесса цементирования (СКЦ-2М), а также вспомогательные емкости и резервуары, цементировочная головка, трубопроводы и шланги для обвязки оборудования и устья скважины. Цементировочный агрегат предназначен для подачи тампонажного раствора в скважину, нагнетания его в затрубное пространство за цементируемой обсадной колонной, для измерения объема жидкости, расходуемой на приготовление тампонажного раствора, и подачи жидкости затворения в цементно-смесительную машину при приготовлении тампонажного раствора.
Обычно применяют мобильные цементировочные агрегаты, смонтированные на шасси автомобиля (рисунок 1.1).
Основные параметры характеристики цементировочного агрегата - предельное давление нагнетания тампонажного раствора, а также подача и давление нагнетания - на каждом режиме работы устанавливаются в зависимости от частоты вращения выходного вала коробки скоростей транспортного двигателя и диаметра втулок насоса. Максимальное давление указывается в марке агрегата (у агрегата ЦА-320М оно составляет 32 МПа).
Насосная установка УН1-630х700А (рисунок 1.2) состоит из силового агрегата, коробки передач, трехплунжерного насоса, вспомогательного трубопровода, манифольда и системы управления.
Все оборудование закреплено на общей монтажной раме. Силовой агрегат, выполненный на базе дизельного двигателя, оборудован системами водяного охлаждения, смазки и питания, многодисковой фрикционной муфтой сцепления постоянного замкнутого типа, контрольно-измерительными приборами, а также электросистемой с аккумуляторной батареей, обеспечивающей запуск дизельного двигателя электростартером.
Смесительная установка УС6-30 (рисунок 1.3) состоит из бункера 3, коробки отбора мощности 1, трансмиссии, загрузочного 2 и дозировочных винтовых конвейеров, смесительного устройства 5, системы управления 4 и вспомогательного оборудования. Смесительное устройство гидровакуумного типа с поворотными щелевидными насадками. Работает по принципу струйного насоса. Представляет собой камеру с диффузором, переходящим в сливную трубу. Смесительное устройство позволяет регулировать плотность раствора без замены насадки, а также изменять проходное сечение сбросного ствола краном ГРПП. Загрузка и выгрузка сыпучего материала механическая, с помощью дозирующих винтовых конвейеров.
1-коробка отбора мощности; 2-водоподающий насос; 3-вспомогательный двигатель; 4-двухпоршневой насос; 5-мерный бак; 6-труба сброса; 7-шасси автомобиля.
Рисунок 1.1 - Цементировочный агрегат ЦА - 320М
1-автошасси КрАЗ-257Б1; 2 - пост управления; 3 - силовой агрегат; 4 - коробка передач ЗКИМ; 5 - зубчатая муфта; 6 - насос 4Р-700; 7 - напорный трубопровод; 9 - вспомогательный трубопровод; 9 - фара для освещения рабочего места;
10 - аккумуляторная батарея.
Рисунок 1.2 - Насосная установка УН1-630х700А
Рисунок 1.3 - Установка смесительная УС6-30
Блок манифольда предназначен для обвязки установок между собой и с устьевым оборудованием при нагнетании жидкости в скважину. Каждый блок манифольда (рисунок 1.4) включает в себя напорный и приемно-раздаточный коллекторы, комплект труб с шарнирными коленами. Применение блоков манифольда при цементировании скважин, гидравлическом разрыве пластов и гидропескоструйной перфорации сокращает время монтажа и демонтажа коммуникаций обвязки установок между собой и с устьевой головкой и значительно упрощает эти операции.
1- тошасси ЗИЛ-131; 2 - фара; 3 - поворотная стрела; 4 - вспомогательный трубопровод; 5 - раздаточный коллектор; 6 - клапанная коробка; 7 - комплект напорных труб с фитингами; 8 - ящик для инструментов.
Рисунок 1.4 - Блок манифольда 1БМ-700
Головка цементировочная универсальная ГЦУ (рисунок 1.5) применяется для обвязки устья при цементировании нефтяных и газовых скважин в одну и более ступеней с одновременным расхаживанием обсадных колонн, а также в случае манжетного цементирования. В настоящее время разработаны и находят применение цементировочные головки, допускающие проворачивание обсадной колонны в процессе продавливания тампонажного раствора. Это способствует более полному замещению бурового раствора и повышению качества цементировочных работ.
1-манометр; 2 - предохранительный клапан; 3,8 - верхний и нижний вводы; 4 - крышка; 5-корпус; 6- верхняя пробка; 7 - стопорный винт.
Рисунок 1.5 - Цементировочная головка типа ГЦУ:
2 Практическая часть. Расчёт технологических параметров цементирования скважин
2.1 Кондуктор
Исходные данные:
Наружный диаметр колонны, мм - 324
Толщина стенки, мм - 9,5
Глубина спуска колонны, м - 700
Диаметр скважины, мм - 393,7
Внутренний диаметр «предыдущей» колонны, мм - 406
Глубина спуска предыдущей» колонны, м - 70
Водоцементное отношение - 0,49
Плотность тампонажного цементного раствора, г/см3 - 1,86
Плотность продавочной жидкости, г/см3 - 1,15
Плотность жидкости затворения, г/см3 - 1,02
Коэффициент кавернозности - 1,5
Высота цементного стакана, м - 20
Высота подъема цемента - до устья
Объем буферной жидкости , м3 - 6
Определение объема цементного раствора:
где:
- диаметр скважины, м; - коэффициент кавернозности; - наружный диаметр обсадной колонны, м; - интервал цементирования, м; - – внутренний диаметр обсадной колонны, м; - интервал цементного стакана, м. Количество сухого цемента для приготовления 1м3 цементного раствора:
где:
- плотность сухого цемента (принимаем 3,15 г/см3); - плотность жидкости затворения,г/см3; - водоцементное отношение.
