Обоснование потребного объема материалов для приготовления тампонажного раствора

Объем тампонажного раствора определяется объемом кольцевого пространства в интервале цементирования. Цементирование может быть осуществлено раствором на основе тампонажного портландцемента на всю высоту, либо частично. В последнем случае оставшаяся часть заполняется облегченным (утяжеленным) тампонажным раствором. Условно разделим применяемые в этом случае тампонажные растворы на "бездобавочные" и "облегченные".

Объем "бездобавочного" тампонажного раствора :

.

Объем "облегченного" тампонажного раствора:

,

где: - высота подъема "бездобавочного" тампонажного раствора в заколонном пространстве,м;

- расстояние от башмака обсадной колонны до кольца "стоп", м.

Потребное количество тампонажного материала.

Количество тампонажного материала (портландцемента) для приготовления единицы объема "бездобавочного" тампонажного раствора:

.

Потребное количество материалов для приготовления единицы объема тампонажного раствора необходимой плотности ( ) определяется из решения системы уравнений:

;

,

где: - водотвердое отношение;

- массовая доля i - го компонента твердого вещества в тампонажной смеси;

- плотность i - го компонента твердого вещества тампонажной смеси, кг/м³;

- плотность жидкости затворения, кг/м³.

Общая масса тампонажного материала для приготовления тампонажных растворов ( ):

,

где: - коэффициент, учитывающий потери цемента при транспортировке и затворении.

Масса компонентов тампонажной смеси:

.

Количество жидкости затворения для приготовления тампонажных растворов:

,

где: - коэффициент, учитывающий потери воды при затворении.

Количество химических реагентов для регулирования свойств тампонажных растворов (тампонажного камня) определяется в зависимости от процентного содержания химреагента по отношению кмассесухого тампонажного материала.

Необходимый объем продавочной жидкости:

,

где: - объем трубопроводов, связывающий цементировочные агрегаты с цементировочной головкой,м³. Принимается равным =0,5м³

- коэффициент сжимаемости продавочной жидкости (принимается равным 1,02 - 1,04).

Необходимый объем буферной жидкости, требуемый для разделения бурового и тампонажного растворов, когда нижняя разделительная пробка не используется, определяется в соответствии (10, стр. 90-92)

Обоснование числа смесительных машин и цементировочных агрегатов при закачивании и продавливании тампонажных растворов.

Определяется число смесительных машин ( ):

,

где: - насыпная масса сухой тампонажной смеси, кг/м³;

- емкость бункера смесительной машины, м³.

Процесс закачивания тампонажного раствора должен осуществляться с максимальной производительность». При этом производительность цементировочных агрегатов должна примерно соответствовать производительности смесительных машин.

Число цементировочных агрегатов в этом случае определяется соотношением:

,

а их общая производительность:

,

где: - производительность одной смесительной машины, м³/с;

- суммарная производительность цементировочных агрегатов, м³/с;

- максимальная производительность цементировочного агрегата, м³/с.

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

В процессе закачивания тампонажного раствора или продавочной жидкости возможны следующие осложнения:

- поглощения тампонажного раствора из-за превышения гидростатического давления составного столба жидкостей в заколонном пространстве над пластовым давление;

- разрыв сплошности потока закачиваемых жидкостей из-за повышенной плотности тампонажного раствора по сравнению с плотностью промывочной жидкости.

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

 

где: и - давления на цементировочной головке и в кольцевом пространстве в интервале продуктивного пласта (на забой скважины):

 

- производительность цементировочных агрегатов.

При этом процесс закачивания жидкостей начинают с максимальной производительностью постепенно снижая до минимальной. Последние 1 - 1,5 м³ продавочной жидкости закачивают одним агрегатов на 1 скорости

- гидростатического давления составных столбов жидкостей в кольцевом пространстве и трубах. Определяются по известным формулам;

 

- объема закачиваемых жидкостей;

, - гидродинамические давления, обусловленные движением жидкостей в трубах и кольцевом пространстве. Определяются по соответствующим формулам для вязких и вязкопластичных жидкостей в зависимости от режимов течения и вида жидкостей.

Построение зависимостей и от и производится следующим образом:

- задаются несколькими значениями объема закачиваемых тампонажного и продавочной жидкостей ( )

 

и определяют на каждый момент распределение жидкостей в кольцевом пространстве и обсадной колонне. При принятой производительности цементировочных агрегатов определяют значения и . Изменяется режим работы цементировочных агрегатов и проводятся аналогичные вычисления. Таким образом, для различных режимов работы определяются давления на цементировочной головке и забое в кольцевом пространстве. Результаты вычислений приводятся в виде графика (см. рис. ), куда также наносятся значения давления гидроразрыва и допустимого давления на насосах цементировочных агрегатов. Проводится анализ полученных зависимостей:

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

- определяется режим продавливания из условий

 

 

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

Пример. На рисунке "а" сплошными линиями приведены зависимости , на рисунке "б" - . Из нижнего рисунка видно, что закачивание жидкостей согласно условию можно осуществлять на 4 скорости в объеме А₁, на третьей - В₁, второй -- С₁ и остальное на первой скорости. При закачивании жидкости в объеме 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 ) составляет . Для предупреждения разрыва сплошности потока в кольцевом пространстве на устье необходимо создать противодавление по величине равным . Поэтому давление на цементировочной головке и на забое скважины увеличится, кривые сдвинутся влево (пунктирные линии). Анализируя их, имеем:

 

 

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

 

Количество жидкости закачиваемой на четвертой скорости -А₂,на третьей скорости - B₂, второй - С₂ и на первой Д₂. Из условия соответственно для первого случая - A₃, В₃, C₃ Д₃, - второго - A₄, В₄, C₄ Д₄ Совместно условий и 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 I - 1,5 м³ продавочной жидкости в целях предупреждения порыва колонны вследствие возможности гидравлического удара, при посадке разделительной пробки на кольцо "стоп", следует закачивать с наименьшей производительностью.