Обоснование режимно-технологических параметров процесса цементирования

В процессе закачивания тампонажного раствора возможны следующие осложнения:

- поглощение тампонажного раствора из-за превышения давления в заколонном пространстве над пластовым;

- разрыв сплошности потока жидкостей.

Для предупреждения этих осложнений, обоснования режима заканчивания и продавливания тампонажного раствора строятся зависимости:

Р_цг = f(Q_i · Vж_i), (89)

Р_кпз = f(Q_i · Uж_i) (90)

где Р_цг и Р_кпз – давление на цементировочной головке и в кольцевом простран-

стве в интервале продуктивного пласта (на забой скважины),

МПа.

Р_цг = Р_кпс – Р_т + ΔР_т + ΔР_кп + Р_у, (91)

Р_кпз = Р_кпс + ΔР_кп, (92)

где Q_i – производительность всех цементировочных агрегатов,учавтсвующих в процессе цементирования м³/с;

Р_кпс, Р_т, Р_уст – гидростатические давления составных столбов жидко

стей в кольцевом пространстве, в трубах и на устье, соответственно, МПа;

V_Жi – объемы закачиваемых жидкостей, м³;

Р_т, Р_кп – гидродинамические давления, обусловленные движением жидкостей в трубах в кольцевом пространстве, МПа.

Процесс закачивания жидкостей начинают с максимальной производительностью постепенно снижая ее до минимальной. Последние 1 - 1,5 м³ продавочной жидкости закачивают одним агрегатом на 1-ой скорости.

Построение зависимостей (89, 90) производится следующим образом:

- задаются значениями объема закачиваемых тампонажного раствора, буферной и продавочной жидкостей: V₁ = 0;

V₂ = V_буф; (93)

V₃ = V_буф + V_о; (94)

V₄ = V_буф + V_о + V_б; (95)

V₅ = V_буф + V_о + V_б + 1/2V_пр.ж; (96)

V₆ = V_буф + V_о + V_б + 2/3V_пр.ж; (97)

V₇ = V_буф + V_о + V_б + (V_пр.ж – 1,5); (98)

V₈ = V_буф + V_о + V_б; (99)

и определяют высоту подъема на каждый момент распределения жидкостей в кольцевом пространстве и обсадной колонне.

h_т= 4 V / (p d_в²), (100)

h_кп= 4 V / (p × k² *D_д² – p d_н²) (101)

Распределение жидкости в кольцевом пространстве и в обсадной колонне приводится в виде таблицы 51.

При принятой производительности цементировочных агрегатов определяют значения Р_цг и Р_кпз. Изменяют режим работы цементировочных агрегатов, проводятся аналогичные вычисления. Таким образом, для различных режимов работы определяются давления на цементировочной головке и забое в кольцевом пространстве, результаты заносят в таблицу 52 и в виде графика (рисунок 20), куда также наносятся значения давления гидроразрыва и допустимого давления на насосах цементировочных агрегатов.

Если суммарное гидростатическое давление жидкостей, закачиваемых в обсадную колонну превысит давление, обусловленное гидростатическим весом жидкостей, находящихся в заколонном пространстве и гидродинамическими сопротивлениями при их движении, то на устье скважины (на цементировочной головке) возникает вакуум. Последнее может вызвать подсос воздуха через негерметичности в соединениях труб и, как следствие, образование пустот в цементном камне за колонной. Во избежание этого рекомендуется всегда иметь положительное давление на цементировочной головке на устье скважины, создавая в случае необходимости противодавление в кольцевом пространстве, направляя выходящую из скважины жидкость через штуцерную батарею.

Производится анализ полученных зависимостей:

- определяется момент снижения давления на цементировочной головке ниже нуля и необходимая величина противодавления на устье;

- определяется режим противодавления из условий:

Р_кпз ≤ Р_гр, (102)

Р_цг ≤ Р_н, (103)

Таблица 51 - Распределение жидкостей в кольцевом пространстве и в обсадной колонне

Таблица 52 - Результаты расчетов Р_цг и Р_кпз

- результаты обобщаются и делаются выводы по режимно-технологическим параметрам процесса цементирования.

Пример: на рисунке 20 «а» сплошными линиями приведены зависимости Р_кпз=(Q_i;V_Жi).

Из нижнего рисунка видно, что закачивание жидкостей согласно условию (91) можно осуществлять на четвертой скорости в объеме А₁, на третьей – В₁, на второй – С₁ и остальные на первой скорости. При закачивании жидкости в объеме V₂ давление снижается ниже нуля. Возникает разрыв сплошности потока.

Максимальная величина отрицательного давления при производительности, на которой осуществляется закачивание жидкости в этот момент (на данном рисунке Q₄) составляет Р_у.

Для предупреждения разрыва сплошности потока в кольцевом пространстве на устье необходимо создать противодавление по величине равной Р_у. Поэтому давление на цементировочной головке и на забое скважины

увеличится, кривые переместятся влево (пунктирные линии). Анализируя их имеем: количество жидкости закачиваемой на четвертой скорости – А₂; на третьей скорости – В₂; на второй С₂ и на первой Д₂. Из условия (92) соответственно для первого случая – А₃, В₃, С₃, Д₃, второго А₄ В₄ С₄ Д₄.

Оба условия (91, 92) выполняются при закачивании на четвертой скорости объема жидкости А=А₄, на третьей В=В₄, на второй С=С₄ и на первой Д=Д₄.

При разработке рекомендаций следует учитывать, что последние 1,0…1,5 м³ продавочной жидкости в целях предупреждения нарушения сплошности колонны и герметичности элементов ее оснастки вследствие возможности гидравлического удара при посадке разделительной пробки на кольцо «стоп», следует закачивать с наименьшей производительностью.

Продолжительность процесса цементирования t_ц складывается из времени необходимого для приготовления тампонажного раствора и заполнения ею осреднительной емкости, освобождения разделительной пробки, на закачивание тампонажного раствора и продавочной жидкости в обсадную колонну.

t=V_бж/Q_бж + V_тр/Σq_ца + ΣV_пр.i/Q_i + (600÷800) (104)

Рисунок 20 –Зависимости давлений в кольцевом пространстве на забое скважины (а) и на цементировочной головке (б) от производительности цементировочных агрегатов и объема закачиваемых жидкостей.

Время t_ц, как правило, не должно превышать 75% срока начала загустевания тампонажного раствора t_заг:

t_ц ≤ 0,75t_заг (105) Время загустевания регулируется реагентами замедлителями, ускорителями сроков схватывания. Результаты расчетов и анализа заносятся в таблицы 53, 54.

В случае ступенчатого расчет процесса цементирования производится аналогично, но отдельно для каждой ступени. Место установки цементировочной муфты определяется геологическими условиями. При опасности поглощения тампонажного раствора муфта должна устанавливаться выше зоны поглощения. При этом должно соблюдаться условие Р_кп < Р_гр.

В случае опасности газопроявлений цементировочная муфта должна быть установлена на 100-200м выше кровли газоносного пласта.

Результаты расчетов по данному разделу должны быть представлены в виде таблицы и графиков.

Таблица 53 – Потребное для цементирования обсадной колонны количество материалов