Выбор оборудования для цементирования скважин

Обсадную колонну, спущенную в скважину, цементируют при помощи цементировочных агрегатов и цементосмесительных машин.

Цементно-смесительная машина служит для механизированного приготовления цементного раствора.

Тип и число цементировочной техники определяется их техническими характеристиками. В таблицах 47 и 48 приведены сведения о технических характеристиках ряда цементировочных агрегатах и цементосмесительных машинах, выпускаемых отечественной промышленностью. В таблице 49 – технические характеристики работы наиболее распространенных цементировочных агрегатов – ЦА 320М, 3ЦА-400А, 4АН-700.

Следует помнить, что смесительные машины (2СМН-20, АС-20) имеют транспортную грузоподъемность 10 т., тогда как, в стационарных условиях их грузоподъемность 20 т. Это необходимо учитывать при определении числа смесительных машин и при необходимости планировать привлечение цементовозов для доставки цемента на буровую.

Тип цементировочного агрегата зависит от выбранных смесительных машин. Например, цементировочные агрегаты ЦА-400 не имеют водяного насоса, поэтому их следует использовать с машинами АС-20, имеющими такой насос. В комплекте цементировочных агрегатов ЦА-320 имеется водяной насос для подачи воды в смеситель при затворении тампонажного раствора и эти агрегаты, возможно, использовать в паре со смесителем 2СМН-20.

Количество цементировочных агрегатов (ЦА), работающих совместно с конкретной цементно-смесительной машиной определяется производительностью смесителя по тампонажному раствору и суммарной производительностью насосов высокого давления у ЦА, производящих закачку приготовленного раствора в скважину. Эти производительности должны соответствовать дуг другу. Производительность смесителя по тампонажному раствору зависит от производительности водяного насоса Q_ВН и состава тампонажного раствора:

Q_СМ = Q_В / (В/Ц) · q _с (85)

Примерные производительности смесительных машин показаны в таблице 50.

Из таблиц 49-50, например, следует, что при Q_В = 13 л/с с каждой смесительной машиной должны работать не менее двух ЦА-320 (максимальная производительность ЦА-320 при втулках ø 125 мм равна 14л/с).

При Q_В = 7 л/с при использовании ЦА-400, с каждой смесительной машиной можно использовать один цементный агрегат. Следует также учитывать, что в процессе цементирования возможны поломки ЦА, поэтому во избежание перерывов в работе при цементировании глубоких скважин стремятся с каждой смесительной машиной обвязывать два ЦА.

Общее количество ЦА зависит от системы работы смесителей. При параллельной (одновременной) работе смесителей в приготовлении и закачивании тампонажного раствора участвуют все ЦА. Естественно, что параллельно могут работать смесители, загруженные одним тампонажным материалом.

При последовательной работе смесителей цементировочные агрегаты, затворившие цемент из первого смесителя, во время работы второго смесителя могут подсоединиться к третьему смесителю и участвовать в его работе. Последовательная работа смесителей позволяет сократить потребное количество цементировочных агрегатов, но увеличивает продолжительность цементирования скважины. Вследствие этого, а также из за сложностей с обвязкой ЦА с двумя смесителями она применяется редко, только при недостатки агрегатов для закачки и продавки тампонажного раствора.

Некоторые варианты обвязки цементировочной техники и графики их работы приведены на рисунках 17, 18, 19.

При планировании операции цементирования необходимо определить количество тампонажных материалов по видам загружаемых в каждую цементосмесительную машину; объемы воды, находящиеся в мерных емкостях цементировочных агрегатов; количество химических агрегатов, добавляемых в жидкость для каждого вида тампонажного материала. Важно определить схему подачи продавочной жидкости к агрегатам, участвующих в процессе продавке.

Таблица 47 – Технические характеристики смесительных машин

Таблица 48 – Характеристика насосных агрегатов

Окончание таблицы 48

Таблица 49 - Подача и давление развиваемое цементировочными

агрегатами

Таблица 50 - Производительность смесительных машин по тампонажному раствору, л/с

Применяемые в настоящее время цементосмесительные машины не обеспечивают постоянной подачи тампонажного материала в воронку смешивания, в результате чего не всегда обеспечивается постоянство состава и свойств тампонажного раствора. В связи с этим в процессе приготовления и закачивания тампонажного раствора в скважину целесообразно использовать осреднительную емкость. Особенно это важно при последовательной работе смесительных машин. В этом случае ЦА, обвязанные со смесительными машинами, откачивают приготовленный тампонажный раствор в осреднительную емкость, а другие цементировочные (ЦА) или насосные (АН) агрегаты нагнетают тампонажный раствор из нее в скважину. Суммарная производительность насосных агрегатов, откачивающих тампонажный раствор из осреднительной емкости, должна соответствовать производительности смесительных машин, готовящих тампонажный раствор. Закачивание тампонажного раствора в скважину целесообразно начинать, когда осреднительная емкость заполнится более чем на 50%. В качестве осреднительной емкости чаще всего используются старые смесительные машины (с демонтированными шенками для подачи тампонажного материала) с объемом 14 м³. Схема обвязки цементировочной техники с использованием осреднительной емкости показана на рисунке 19.

Рисунок 17 Схема обвязки цементировочной техники

1 – цементировочная головка; 2 – узел приготовления цементного раствора (смесительная машина); 3 - узел приготовления облегченного тампонажного раствора; 4 – цементировочный агрегат для подачи воды и продавочной жидкости; 5 – линии подачи воды и продавочной жидкости; 6 – цементировочный агрегат для начала продавки.

Рисунок 18 – Схема обвязки цементировочной техники с использованием

блока манифольдов БМ-700: 1 – цементировочная головка; 2 – блок манифольдов; 3 – станция контроля цементирования; 4 - линии подачи воды и продавочной жидкости; 5 – нагнетательные линии подачи цементного раствора и продавочной жидкости; 6 – ЦА-320; 7 – 2СМН-20; 8 – агрегат на подачу воды

Рисунок 19 – Схема обвязки цементировочной техники с помощью осреднительной емкости: ОЕ – осреднительная емкость; АН – агрегат насосный; СКЦ – станция контроля цементирования; БМ – блок манифольдов

С учетом изложенного, обоснование числа технических средств производится следующим образом:

- определяется число смесительных машин для каждого вида тампонажного материала (n_см)

n_см = G_тм / m_нас · V_бунк , (86)

где m_нас – насыпная масса сухой тампонажной смеси, кг/м³;

V_бунк – емкость бункера смесительной машины, м³.

- определяется производительность смесителя по цементному раствору:

(87)

где Q_в – производительность водяного насоса цементировочного агрегата, м³/с (определяется из технических характеристик принятого цементировочного агрегата. Последний подбирается в соответствии с расчетными значениями Р_кп и Q_кп.)

Значение Q_см сравнивается с максимальным значением q_ца и из условия:

Q_см = Q_ца = n_ца · q_ца (88)

определяется n_ца.

При закачивании продавочной жидкости число цементировочных агрегатов увеличивается на один агрегат, что связано с необходимостью «стравливания» разделительной пробки.