Transcript презентация

Особенности гидравлической
программы цементирования
вертикальной скважины на
Коробковской площади
. Леушева Е.Л.
Ухтинский государственный технический университет
Как известно, после закачки некоторого количества цементного
раствора может наступить “отрывное” течение с нулевым давлением на
цементировочной головке.
Основным отрицательным следствием появления отрывного течения
является потеря контроля за расходом жидкости. В результате, например, вместо
запланированного “пробкового” (структурного режима с достаточно большим
диаметром структурного ядра) или турбулентного режима, можно оказаться в
области ламинарного течения с наихудшими параметрами вытеснения.
Расчеты показывают, что игнорирование “отрывного” течения, когда
своенравное поведение “оторвавшегося” потока может ввести режим в
невыгодную область, часто приводит к плачевным результатам:
преждевременному выходу цемента на устье из-за чрезмерного проникновения
вытесняющей жидкости в вытесняемую, возникновению больших объемов
смесей цементного и бурового растворов с высокими СНС, ДНС, пластической
вязкости, но с низкими прочностными показателями цементного камня. Могут
образовываться пачки смесей бурового и цементного растворов со столь
высокими структурно-механическими показателями, что потери давления
сделают жидкость непрокачиваемой, вынуждая оставлять цементный раствор в
трубах.
При разработке и расчете особенностей гидравлической
программы цементирования обсадной эксплуатационной колонны
диаметром 168 мм на 702 – П (поисковой) скважине Коробковской площади,
применялась программа разработанная на кафедре бурения УГТУ
Исходные данные для расчета:
- длина секции - 1550 м;
- интервал расположения секции в скважине - 800...2350 м;
- применялись облегченный цемент с плотностью цементного раствора
1450...1500 кг/м3 и чистый цемент со средней плотностью раствора 1850
кг/м3; объемы растворов составили соответственно 44 и 8 м3.
- плотность бурового раствора и продавочной жидкости - 1080 кг/м3
- коэффициент кавернозности в интервале цементирования:
800 - 2170м – 1,28; 2170 - 2350м – 1,08
Рассмотрим 3 режима цементирования данной скважины:
- турбулентный (расход на насосе 56л);
- «пробковый» (расход на насосе 16л):
- «пробковый» (расход на насосе 30 и 9 л)
Турбулентный
режим цементирования
Турбулентный
режим цементирования
с расходом 56л
Момент времени
перед выходом
цемента в
кольцевое
пространство
На 24-й минуте
цементирования
происходит
разрыв слабого
пласта
Расход и давление при цементировании колонны
с использованием турбулентного режима
нет "отрыва"
70
Б
уф
ер
Продавка с буфером жидкостью
Выход цемента в затрубье
Закачка цемента
Закачка цементного раствора в
10
60
Длина "отрыва", м
Расход, дм3/с
50
40
30
Расход на насосе, л/c
Расход из скважины,
л/с
20
Длина "отрыва", м
10
0
0
0
5
10
15
Время, мин
20
25
30
«Пробковый» режим цементирования, с расходом 16л
«Пробковый» режим с расходом 16л
1
2
3
4
5
1-начало цементирования; 2-начало «отрывного» течения; 3-начало продавки цемента; 4конец «отрыва»; 5-колонна зацементирована.
Расход и давление при цементировании колонны с
использованием «пробкового» режима (16л)
нет "отрыва"
25
Бу
ф
"отрывное" течение (не управляемый режим)
нет "отрыва"
Продавка с буферной жидкостью
Закачка цемента
400
Выход цемента в затрубье
цемент в трубах
350
20
Длина "отрыва", м
Расход, дм3/с
300
250
15
200
10
150
Расход на насосе, л/c
Расход из скважины,
л/с
Длина "отрыва", м
5
100
50
0
0
0
10
20
30
40
50
Время, мин
60
70
80
90
100
«Пробковый» режим цементирования, с расходом 30 и 9л »
режим с расходами 30 и 9л
1
2
3
4
5
6
1-начало закачки на расходе 30л; 2-начало «отрывного» течения; 3- На 22-й минуте, перед
выходом цемента в кольцо, снижаем расход до 9 л, для улучшения степени вытеснения
бурового раствора из кольцевого затрубного пространства и повышения качества
цементирования; выход цемента в кольцо; 4- начало продавки; 5- конец отрывного течения; 6колонна зацементирована.
Расход и давление при цементировании колонны с
использованием «пробкового» режима (30 и 9л)
нет
40
Бу
-
"отрывное" течение (не управляемый
нет "отрыва"
Продавка с буферной жидкостью
Закачка цемента
цемент в трубах
Выход цемента в затрубье
350
35
300
Расход на насосе, л/c
Расход из скважины,
л/с
Длина "отрыва", м
250
Длина "отрыва", м
Расход, дм3/с
30
25
200
20
150
15
100
10
50
5
0
0
0
10
20
30
40
50
60
70
Время, мин
80
90
100
110
120
130
Введем понятие «относительный размер
пробки», являющийся отношением радиуса
«пробки» (структурного ядра) к сечению потока.
Оно применяется для структурного режима
течения и характеризует качество вытеснения
жидкости. Для лучшего замещения жидкости при
«пробковом» режиме этот коэффициент должен
быть не менее 0,95…0,9.
Давление на слабый пласт и потери в затрубье при турбулентном
режиме цементирования
60
50
Давление, МПа
давление гидроразрыва слабого пласта
40
Давление на слабый пласт, МПа
30
Потери в кольце, МПа
Давление на устье, МПа
20
10
0
0
5
10
15
Время, мин
20
25
30
Давление на слабый пласт и потери в затрубье при «пробковом»
режиме цементирования (16л)
0.94
Давл. на слабый пласт, МПа
35
0.93
Потери в кольце, МПа
выход
цемента в
к.п.
40
Давление на устье, МПа
0.92
ro/R -отн. размер "пробки"
0.91
Давление, МПа
0.9
30
0.89
0.88
25
0.87
20
0.86
0.85
15
0.84
10
0.83
0.82
5
0.81
0
0.8
0
10
20
30
40
50
Время, мин
60
70
80
90
100
Относительный размер "пробки"
45
Давление на слабый пласт и потери в затрубье при «пробковом»
режиме цементирования (30 и 9л)
0.94
выход
цемента в к.п
40
0.93
0.92
30
Давление, МПа
0.91
25
0.9
20
0.89
Давл. на слабый пласт, МПа
15
0.88
Потери в кольце, МПа
Давление на устье, МПа
0.87
ro/R -отн. размер "пробки"
10
0.86
5
0.85
0
0.84
0
10
20
30
40
50
60
70
Время, мин
80
90
100
110
120
130
Относительный размер "пробки"
35
Компьютерное моделирование при разработке гидравлической
программы цементирования обсадной эксплуатационной
колонны диаметром 168 мм на 702 – П (поисковой) скважине
Коробковской площади, позволило выявить особенности
гидравлической программы:
- «отрывное течение» в пробковом режиме;
- технологическую невозможность реализации турбулентного
режима из-за возможного гидроразрыва слабого пласта и
нехватки цементировочной техники.
-начальную стадию цементирования выполнять на более высокой
подаче насоса, что сокращает время цементирования, а
дальнейшее цементирование выполняется в «пробковом»
режиме, что позволяет лучше вытеснить жидкость из скважины и
улучшить качество цементирования.
В случае изменения объемов цементных растворов, их
реологических характеристик, сечений затрубного пространства
потребуется заново подобрать гидравлические режимы.