Обоснование плотности тампонажного раствора и тампонажных материалов

Выбор вида тампонажного материала проводится по наибольшей температуре, возникающей в интервале цементирования и эксплуатации скважины с учетом агрессивности окружающей среды.

Следует учитывать, что вводимые для регулирования плотности большинство облегчающих добавок при умеренных и низких температурах (менее 70°С) не участвуют в структурообразовании. Обоснование плотности тампонажного раствора для цементирования вышележащих интервалов производится из условия недопущения поглощения тампонажного раствора наиболее слабым пластом (определяется по давлению гидроразрыва) и наиболее полного вытеснения промывной жидкости из затрубного пространства [14].

Верхнюю и нижнюю границы плотности тампонажного раствора r^в_отр, кг/м³ r^н_отр, кг/м³ рассчитывают по формулам

 

; (87)

 

(88)

 

 

где r^в_отр, r^н_отр - верхняя и нижняя границы возможных вариаций плотности тампонажного раствора, кг/м³;

r_пж, r_тр - плотности промывочной жидкости и тампонажного раствора

соответственно, кг/м³;

h_пж, h_тр - высота столбов промывочной жидкости и тампонажного раствора, м;

h_omp - высота столба рассчитываемого облегченного тампонажного раствора, м;

Р_г - давление гидроразрыва пласта, Па;

200 - превышение плотности тампонажного раствора над плотностью промывочной жидкости, при котором достигается полное вытеснение, кг/м.

Рассчитанные значения плотности тампонажного раствора заносим в таблицу 34.

Таблица 34- Возможная плотность тампонажного раствора

 

 

 

 

Название колонны	Интервал, м	rнотр., кг/м3	rвотр., кг/м3	Максимальная температура,оС
от(верх)	до(низ)
Направление					-
Кондуктор
Эксплуатационная					57,58

 

Выбираем вид тампонажного материала для цементирования эксплуатационной колонны. Поскольку данная колонна перекрывает водоносный пласт, интервал против этого пласта цементируется тампонажным раствором плотностью 1800 кг/м цементом марки ПЦТ I - 50 с запасом 150 метров.

Исходя из условия недопущения поглощения тампонажного раствора на момент окончания цементирования принимаем плотность облегченного тампонажного раствора 1550 кг/м³, бездобавочного тампонажного раствора 1800 кг/м³:

 

Р_кп< Р_погп. (89)

 

где Р_к._п - давление в кольцевом пространстве, МПа;

 

Р_к.п= Р_скп + DR_кп + Р_укп, (90)

 

где Р_скп - гидростатическое давление в кольцевом пространстве столбов

Р_скп жидкостей, МПа;

DR_кп- гидростатическое давление в кольцевом пространстве, МПа;

Р_укп - устьевое давление в кольцевом пространстве, МПа.

 

Значение Р_скп находим по формуле для каждой жидкости в кольцевом пространстве и суммируем их.

 

, (91)

 

где r_i- плотность одной из жидкостей в заколонном пространстве, кг/м³;

hi - высота столба i-ой жидкости, м.

 

Значение DR_кп находим для турбулентного режима течения вязкопластичной жидкости (промывочные и продавочные жидкости на глинистой основе, тампонажные растворы и другие жидкости, содержащие твердую фазу) по формуле

 

(92)

 

где l - коэффициент гидравлических сопротивлений, учитывая, что шероховатость элементов циркуляционной системы практически неизвестно, ее непостоянство в компоновке циркуляционной системе, можно в расчетах принимать l = 0,02 - 0,03 из источника [15];

r_I - плотность i-ой прокачиваемой жидкости, кг/м³;

Q - критическая производительность насосов цементировочных агрегатов, м³/с;

F_кп - площадь сечения кольцевого пространства, м².

 

, (93)

где Re_кр - критическое число Рейнольдса;

h_i - пластическая вязкость i-ой прокачиваемой жидкости, Па×c.

 

d_г = k× D_d – d_n, (94)

где k = 1,02 - коэффициент кавернозности;

D_d- диаметр долота, м;

d_n - наружный диаметр обсадных труб, м.

 

, (95)

 

где Не -параметр Хедстрема.

 

He = , (96)

 

где t_0i - динамическое напряжение сдвига i-ои прокачиваемой жидкости, Па.

 

. (97)

 

По вышеприведенным формулам находим давление в кольцевом простран- стве для данной скважины:

 

Р_скв = (1160×250 + 1550×1490 +1800×210)×9,81 =29,2 МПа;

d_г =1,02×0,2159-0,1461 = 0,0741 м;

F_кп =0,785((1,02×0,2159)²-0,1461²) = 0,021 м².

 

Рассчитываем гидродинамическое давление для тампонажного раствора DR_кп для облегченного тампонажного раствора и промывочной жидкости рассчитывается аналогично.

 

;

 

;

 

МПа.

 

Для облегченного тампонажного раствора получим DR_кп = 1,6 МПа; для промывочной жидкости получим DR_кп = 0,1 МПа.

 

Принимаем Р_УКП на момент окончания цементирования равным нулю и по формуле находим значение Р_кп:

 

Р кп = 29,2 + 0,23 + 1,6 +0,1 + 0 = 31,13 МПа;

Р_погл=33,2МПа.

 

Проверяем выполнение условия Р_кп< Р_погл: 31,13 < 33,2 - условие выполняется, что дает основание утверждать правильность выбора плотности тампонажных растворов. Выбранный состав и параметры растворов приведены в таблице 35.