2.7.3 Цементтеу тәсілін таңдау және тізбектерді цементтеуге есептеу

Біздің жобалаушы ұңғымамызда цементтеу тәсілін таңдау үшін алдымен берілген ауданның нақты бекіту жағдайын (геологиялық, техникалық, технологиялық) білуіміз керек. Ең бірінші геологиялық жағдайды ескеріп, сол цементтеуге қолданылатын тампонаж материялын таңдаймыз. Ұңғыны цементтеу оның құрылысын жүргізудегі бірден-бір маңызды шара болып табылады. Цементтеу операциясында жіберілген қате, оның алдында жасалынған жұмыстардың маңызын азайтып қана қоймай, тіпті ұңғыманы әрі қарай пайдалануға болмайтын жағдайға әкеліп соғады. Сондықтан цементтеу тәсілін дұрыс таңдау бірден-бір маңызды шаруа.

Тампонаж материалдарын таңдап алу үшін геологиялық-техникалық жағдайларды ескеру қажет. Олардың ішіндегі ең бастылары, қабат температурасы, қысымы, қабат сұйықтарының құрамы.

Жобаланатын ұңғы үшін пайдалану тізбегін цементтеу үшін «ыстық» ұңғыларға арналған портланд цементі қолданылады. Цемент ұңтағының тығыздығы ρ_ц= 3150кг/м³, сумен цемент қатынасы m=0,5, цемент ерітіндісінің тығыздығы ρ_це= 1850 кг/м³ цементтеу тәсілі бір сатылы.

Керекті цемент ерітіндісінің көлемін келесі формула бойынша анықтаймыз

, ( 2.89 )

мұнда d₁ - ұңғыма диаметрі,

d₁ = Д_д*К=215,9*1,05=226,7мм

d₂ - пайдалануші тізбектің орташа ішкі диаметрі;

d₃ - пайдалануші тізбектің сыртқы диаметрі;

d₄ - алдынғы тізбектің ішкі диаметрі;

H₁ – алдынғы тізбекті түсіру тереңдігі;

H₂ - L мен H₁ арасындағы айырмашылық;

H₃ – цемент стаканының биіктігі.

2. - сурет – Ұңғыма конструкциясы

Таңдалған мәнге және суцемент қатынасы m=0,45 негізінде қатты фазаның орташа тығыздығын келесі формуладан анықтаймыз:

(2.90)

1 м³ ерітіндіні дайындау үшін керекті тампонаж затының көлемін төмендегі формуладан анықтаймыз:

(2.91)

Жалпы тампонаж ерітіндісінің көлемін дайындау үшін керекті құрғақ тампонаж затының жалпы мөлшері:

, (2.92)

мұнда К_ц – көтеріп-түсіру үрдістерінде жоғалатын цементті ескеретін коэффициент К_ц=1,03÷1,05.

1м³ тампонаж ерітіндісін дайындау үшін керекті су көлемі төмендегідей анықталады:

(2.93)

1 м³ суға керекті құрғақ цемент мөлшері төмендегідей анықталады:

(2.94)

Жалпы су көлемі:

, (2.95)

мұнда К_В – жоғалатын суды ескеретін коэффициент . К_В=1,08÷1,10.

Басып айдау сұйығының көлемін (V_пр.) мына формуламен табамыз:

, (2.96)

Пайдалануші тізбек есебі:

d₂ =0,1505 м, d₃=0,1683 м, d₄=0,2267 м,

3172кг/м³

кг/м³ «істық ұңғылар» үшін, 8 бөлімнен § 2[4] аламыз.

кг,

т,

м³ ,

м²

дм³,

м³

2.7.4 Цементтеудің гидравликалық есебі

1 сатыға цементтеудің гидравликалық есебін тізбекті бір кезеңде түсіруге және бір сатыда цементтеу мүмкіндігін анықтау үшін жасаймыз.

Есептеудің келесі тәртібі ұсынылады.

Ол үшін келесі жағдайларды тексереміз:

(2.97)

(2.98)

(2.99)

(2.100)

(2.101)

мұнда G_ок, G_бк – шегендеуші және бұрғылау тізбектер салмағы, МН

[G_о] – бұрғылау құрылғысының жүк көтергіштігі, МН

Т_с – шегендеуші тізбекті жинау және түсіру уақыты, сағ

[Т_пр] – ұңғыманың бекітілмеген жуулмай тұратын шектік уақыты, сағ.

[Р_о] – ең жуқа секция үшін шектік ішкі қысым, МПа

Р₁, [P₁] – цементтеу басында есептелген және мүмкін болған қысым, МПа

Р₂, [Р₂] – цемент агрегаттарының сораптарындағы есептелген және мүмкін болған қысым, МПа

Р₃,[Р₃] – ұңғыма түбіндегі есептелген және мүмкін болған қысым, МПа

Теңсіздіктің оң жағында тұрған шектік мәндер беріктік қорын ескеретін кщэффициентті есептегендегі құжатты сипаттамалары.

Құжатты мәндерге сәйкес , ,30,8МПа,

31 МПа , , .

мәнін ЕНВ-ға сәйкес анықтаймыз:

(2.102)

Бір сатылы цементтеу мүмкіндігін тексеру [(2.97)- (2.101)] жағдайлары, ең соңғы айдау үрдісіндегі қысымды есептегеннен кейін жүргізеді. Цементтеуді аяқтау кезінде цементтеу басындағы қысым келесі формуладан анықталады:

(2.103)

мұнда g – еркін түсу үдеуі, м/с²;

α – ұңғыманың зенит бұрышы,0^0ֹ;

- бірінші тампонажды ерітіндінің жобалық көтерілу биіктігі, м;

- бірінші тампонажды ерітінді, бұрғылау сұйығы және буферлі сұйықтың тығыздығы, кг/м³;

- сақиналы кеңістіктегі буферлі сұйықтың көтерілу биіктігі, м;

- құбырлар және сақиналы кеңістіктегі сомалық гидродинамикалық қысымдар, Па.

мәнін эмпирикалық тәуелділіктен табамыз:

(2.104)

мұнда -сорап өнімі,м³/с;

- құбырлар тізбегінің ішкі және сыртқы диаметрлері, м;

- тампонажды қоспаның көлем бойынша орташа тығыздығы.

ЦА қысым келесі формула бойынша анықталады:

(2.105)

мұнда -манифольдадағы қысым кедергісі.

мәні жалпы келесі эмпирикалық формуладан табылады:

, (2.106)

мұнда -жіберілетін ерітінді тығыздығы.

Ұңғыма түбінде цементтеу аяғындағы қысым Р₃ келесі формуладан анықталады:

(2.107)

мұнда Р_зп - сақиналы кеңістіктегі гидродинамикалық қысым кедергісі.

(2.108)

Цементтеудің гидравликалық бағдарламасын сорап өнімін бастапқы және соңғы уақыты мен [(2.97)- (2.101)] жағдайларын тексеру кезін таңдау жолымен есептейді.

Басып айдау кезіндегі тампонаж ерітіндісінің орташа берілуі төменде-гідей табылады:

(2.109)

мұнда Г - коэффициент (Г=75÷105 1/с).

Цемент ерітіндісін басып айдаудың бастапқы кезіндегі цементтеу агрегаттары сораптарының максимальді өнімділігін төмендегідей табамыз:

Q_max=2Q_np – Q_min (2.110)

Одан соң [(2.97)- (2.101)] жағдайын барлық гидравликалық бөліктеріне ерітінді үшін Q=Q_max болғанда тексереміз.

Бұл жағдайда цементтеу басындағы қысым мына формула бойынша анықталады:

Р₁=Р_СЗ – Р_ст +Р_д (2.111)

мұнда Р_сз, Р_ст – бұрғылау ерітінділері бағаналарының сақиналы кеңістіктегі және құбырлардағы сомалық гидростатикалық қысымдары, Па

(2.112)

(2.113)

мұнда h_ц13, h_бж, h_бз - цемент ерітіндісінің, буферлік суйықтың және бұрғылау суйықтарының сақиналы кеңістіктегі бағаналарының ұзындықтары.

Сақиналы кеңістіктегі цемент ерітіндісінің ағу мөлшері келесі формуладан анықталады:

, бұл мән ұңғыма тереңдігінен үлкен болғандықтан келесі схеманы таңдаймыз:

, (2.114)

мұнда V_3т – сақиналы кеңістікте ағатын цемент ерітіндісінің көлемі:

V_3т=V_цр – V_цт

V_цт – пайдалануші тізбекті толтыратын цемент ерітіндісінің көлемі

V_цт = (2.115)

(2.116)

(2.117)

Ұңғыма түбіндегі қысымды аналогия бойынша анықтайды:

Р₃=Р_сз+Р_зп (2.118)

Р_д , Р₂, Р_зп мәндерін (2.103), (2.104), (2.107) формулалары бойынша анықтаймыз. Есептелген мәндерді (2.97)-(2.101) теңсіздіктеріне қоямыз.

(2.97)-(2.101) жағдайы бұзылса сорап өнімін төмендету қажет және есептеуді қайтадан жүргізу керек.

Q’_np=(Q_max+Q_min)/2. (2.119)

Жіберу үрдісінің ұзақтылығын келесі формуладан табамыз:

(2.120)

мұнда Q_ц1 - жіберу кезіндегі сорап өнімі

(2.121)

q_n - цемент араластырғыш машинаның өнімі р_ц>1850кг/м³ болғанда

q_n=0,0133 м³/с [13]

п_смн - бір уақытта тампонаж ерітіндісін қатыратын цемент араластырғыш машиналар саны.

(2.122)

мұнда G_c=20000 кг бір цемент араластырғыш машина 2СМН-20 бункерінің сыйымдылығы [13].

Айдау үрдісінің ұзақтылығы төмендегідей анықталады:

, (2.123)

-тізбектің ішкі кеңістік көлемі.

Цементтеудің толық уақыты

T_ц=t_з+t_np+t_o+t_в (2.124)

мұнда t_o- орташа сыйымдылықтың толу уақыты t_o =20-30мин

t_в - қосымша жұмыстарға кететін уақыт t_в=10-l 5 мин.

Цемент аралаластыратын машиналар саны:

(2.125)

Цемент агрегаттар саны келесі жағдайларға сәйкес табылады

(2.126)

мұнда V_в- қату суының көлемі, м³

V_ца - цемент агрегаты сыйымдылығының көлемі V_ца =6м³ [13]

N_В - цементтеу үрдісіне керекті қуат

(2.127)

N_ца – – цемент агрегаттары сораптарының қуаты.

СМН есептелген санына бір қосымша машина қосамыз, ал ЦА санына қосымша агрегат және буфер сұйығын дайындайтын агрегат аламыз. Соңында n_смн⁼3+1=4

n_ца=6+1 + 1=8

СМН есептелген санына бір қосымша машина қосамыз, ал ЦА санына қосымша агрегат және буфер сұйығын дайындайтын агрегат аламыз.

Есептеу:

1. Шегендеуші тізбек салмағын таңдаймыз:

Мәндерді (2.97) формуласына қоямыз:

,

;

(2.98) формуласы бойынша:

3. (2.104) формуласы бойынша:

Р_д= МПа

(2.99) формуласына енгізіп, келесі мәндерді аламыз:

19,5МПа<30,8МПа

4. (2.99) жағдайын (2.105), (2.106) қатынастары бойынша тексереміз:

МПа

МПа

20,24<32МПа жағдай сақталады.

5. (2.107), (2.108) формулалары бойынша:

МПа

МПа

(2.101) бойынша жағдай сақталады.

2. (2.102-2.127) формулалары бойынша цементтеудің гидравликалық есебін жасаймыз:

м³/с

м³/с

V_цт=0,785·0,1505²·2250=49,78м³

V_3m=51,04-49,78=1,26м³

м

м

h_бз=2250-87,7-415,5=2296,8м

Р_сз=9,8(87,7·1840+415,5·1020+2296,8·1200)=32,74МПа

Р_ст=9,8·0,9998·2250·1840=50,48МПа

= МПа

Р₁=32,74 – 50,48+7,3=-10,44МПа

-10,44МПа<30,8 МПа

Р_м=7·10⁵+10⁶·1200·0,018²=1,08МПа

Р₂=-10,44+1,08=-9,36МПа

-9,36МПа<32 МПа

Р_зп=0,9МПа

Р₃=32,74+0,9=33,64МПа

Q^’_np=(Q_max+Q_min)/2=0,012 м³/с

3 (2.120-2.127) формулалары бофынша:

п_с=2

Q_цр=0,0144·2=0,0288 м³/с

t₃=51,04/0,0288·60=29,54мин

t_пр=49,4/0,012·60=68,61мин

t_ц=40,25+95,28+15+30=180,53 мин

п_смн=3дана

Р_д= МПа

Р₁=9,8·0,9998(2250(1840-1200))+4·10⁶=21,58МПа

Р₂= 21,58+4=25,58МПа

N=max25,58·0,012=30,7·10⁴ Вт

N=max9,36·0,018=16,8·10⁴ Вт

п_ца=дана

СМН есептелген санына құрғақ затты бір қосымшамашина, ал ЦА санына бір қосымша құрылғы және п_смн= 4 дана, п_ца=9дана буфер сұйығын дайындайтын және айдайтын құрылғы алу қажет.