Общий объём цементного раствора



         V цр= Vзпцр + Vст  (6)

 

Общий объём тампонажной смеси

V тс = Vцр+ Vгц (7)

Расчет плотности тампонажной смеси

Плотность чистого цементного раствора

Компонентами чистого цементного раствора являются цемент и вода. Весовое отношение воды к цементу в растворе называют водоцементным отношением m

 m=                              (8)

где Gв и Gц – соответственно вес воды и цемента.

В общем виде плотность цементного раствора равна

                    

ρцр=                            (9)

где G цр-вес цементного раствора

   V цр –объем цементного раствора

В свою очередь G цр= Gв + Gц,                             (10)

                        V цр = Vв + Vц,                            (11)

где Gв , Gц – соответственно вес воды и цемента в растворе

Vв , Vц - соответственно объем воды и цемента в растворе.

                      Vц = ; Vв = ,                 (12)

где ρц и ρв  -соответственно плотность воды и цемента.

Из (8) следует , что Gв= m * Gц с учетом этого ( 10) и (11) соответственно могут быть записаны следующим образом 

G цр= Gц+ m Gц = Gц ( 1+m)                                      (13)

V цр= + = Gц * (   +  ) = (14)

Подставляя G цр из формулы (13) в выражение (9), получаем исходную формулу для расчета плотности цементного раствора

                   ρцр=  ;

которая после преобразования примет следующий вид

                    ρцр=                                           (15)

Единицы измерения плотности цементного раствора определяется единицами измерения плотности цемента и воды ( г/см3; кг/м3) .Значение ρц берется по справочным данным или по результатам фактических замеров, значение водоцементного отношения m принимается в пределах m 0,4 – 0,6 .

Плотность облегченной тампонажной смеси ( гельцементного раствора)

Облегчение тампонажной смеси производится для снижения давления на горные породы во избежание гидроразрыва и последующего поглощения раствора.

В состав гельцементного раствора входит вода, цемент и наполнитель

( глинопорошок).

 При этом весовое отношение воды к цементу выражается водоцементным отношением М

                                         М =                                    (16)

А весовое отношение наполнителя к цементу глиноцементным отношение В

                                             В =                                      (17)

Формула для расчета плотности гельцементного раствора выводится по той же схеме , что и для чистого цементного раствора

                                              ρгц=                                  (18)

Запишем вес гельцементного раствора как сумму весов составляющих его компонентов

Gгц = Gв + Gц + Gн = М * Gц + Gц +В * Gц = Gц * ( M+1+B)   ( 19)

и выразим объем через их вес и плотность

Vгц = Vв + Vц + Vн = + +  = + +  =

           = Gц* (  +  +  )                                              (20)

Подставляя значения Gгц из (19) и Vгц из ( 20) в выражение ( 18), получим

                                    ρгц  =                                  (21)

Основные трудности при использовании гельцементного раствора связаны с выбором водоцементного М и глиноцементного В отношений. Эти отношения взаимосвязаны, т.к. изменение количества глины в растворе вызывает необходимость изменения количества воды. Одним из главных критериев при выборе М и В , кроме ожидаемого изменения плотности , является растекаемость гельцементного раствора, характеризующая его прокачиваемость.

Для гельцементного раствора на основе портландцемента и бентонитового порошка экспериментально установлены значения плотности гельцемента

( ρгц) ; В и М при В = 1:4; 1:3; 1:2: 1:1 и растекаемости по конусу АзНИИ равной 18-20 см. Экстраполируя данные результаты, можно получить значения М для других значений В. Результаты экспериментов и экстраполяции представлены на рисунке 1 и в таблице 1. При этом получена зависимость

М= 0,5 +2,2. В       ( 22)

Таблица 1

В 0 1:10 1:5 1:4 1:3 1:2 1:1 2:1
Ρгц ( г/см3) 1,84 1,70 1,61 1,58 1,53 1,47 1,38 1,32

 

Расчетные данные получены при значениях ρв  = 1 г/см 3 ρн = 2,6 г/см 3; ρц = 3,15 г/см 3.

Цементно – бентонитовые тампонажные смеси могут готовиться по нескольким схемам.

1. Тщательно перемешивая смесь цемента и глинопорошка в заданном отношении затворяется потребным количеством воды.

2. Цемент затворяется глинистым раствором.

3. Глинопорошок затворяется цементным раствором.

4. Глинистый раствор соединяется с цементным.

Во всех случаях в конечном продукте должны выдерживаться выбранные соотношения М и В. При этом для удобства вводятся понятия водосмессовое отношение и водоглинистое отношение. Водосмесовое или водотвердое отношение запишется как

В/Т =                       (23)

Так как Gв = М* Gц, а Gн = М* Gц, то

В/Т =                         ( 24)

Водоглинистое отношение составит    

                                    В/Г =

 Подставляя значение Gв и Gн получим

В/Г =                            ( 25)

Таким образом , находится плотность гельцементного раствора.

Буферная жидкость

Объем буферной жидкости должен обеспечивать разделение бурового раствора от тампонажной смеси в затрубном пространстве. Высота столба буферной жидкости должна быть такой, чтобы верхняя граница ( контакт с буровым раствором) и нижняя ( контакт с тампонажной смесью) в процессе смешивания не сомкнулись. А процесс смешивания будет зависить от времени контакта смешиваемых жидкостей, или в конечном итоге от высоты подъема тампонажной смеси. С увеличением высоты цементирования должна учитываться высота столба буферной жидкости.

С другой стороны снимаемая со стенок скважины глинистая корка попадает в буферную жидкость и при определенном объеме глинистого материала буферная жидкость потеряет свои функциональные свойства. В данном случае повышение цементируемого пространства также требует увеличения объема буферной жидкости.

 Практикой установлено , что минимально необходимая высота столба буферной жидкости в затрубном пространстве должна составлять ориентировочно 100м на каждые 1000м цементируемого интервала.

Тогда минимальный объем буферной жидкости составит:

Vбжмин =  * ( Dc2 – D2 ) * hбж мин           (1)

где Dc и D соответственно диаметр скважины и обсадной колонны

 hбж – минимально необходимая высота столба буферной жидкости в

 затрубном пространстве.

Увеличение объема буферной жидкости относительно минимального всегда положительно сказывается на качестве цементирования, за исключением отдельных случаев , когда в качестве буферной жидкости используется техническая вода без каких – либо добавок в неустойчивых разрезах ( неправильно выбран тип жидкости).

Однако увеличение объема буферной жидкости имеет ограничение , связанное со следующим. В большинстве случаев плотность буферной жидкости меньше плотности бурового раствора. Выходя в затрубное пространство буферная жидкость вытесняет буровой раствор, при этом давление на продуктивный горизонт снижается и при определенной высоте буферного столба может произойти выброс. Из этого условия находиться максимальная высота столба буферной жидкости. На схеме 1 изображен момент , когда весь объем буферной жидкости доставлен в затрубное пространство. Для этого случая снижение давления в затрубном пространстве будет максимальным.

 

Рисунок – 1

Запишем условие отсутствия выброса в виде выражения

 Р пл =0.1 * ( L – hбж) * ρбр + 0.1*hбжмакс* ρбж

 Отсюда находим

hбжмакс  =            ( 2)

где hбжмакс – максимальная высота столба буферной жидкости в затрубном пространстве, м;  - пластовое давление. Атм. ; -плотность бурового раствора и буферной жидкости соответственно. г/см 3. Тогда максимальный объем буферной жидкости

Vбжмакс  =  * ( Dc2 – D2 ) * hбж макс (3)

Номинальный объем буферной жидкости должен находиться в пределах между минимальным и максимальным значениями.

V бжмин < V бж < V бжмакс  ( 4)

Ориентировочно номинальный объем буферной жидкости можно найти из выражения

Vбж = 0.2 * (Vтс + Vпж), ( 5)

где Vтс и Vпж- объем тампонажной смеси и продавочной жидкости соответственно.

Возможно находить высоту столба буферной жидкости в затрубном пространстве во время её контакта со стенками скважины, которое составляет 7-10 мин. Тогда при известной скорости жидкости в затрубном пространстве высота столба буферной жидкости составит

hбж = V* t , а объем (6)

Vбж =  * ( Dc2 – D2 ) * hбж

где V – скорость восходящего потока

t- время контакта , принимаемое равным 10 мин = 600сек.

Таким образом , общая схема нахождения объема буферной жидкости сводиться к следующему : принимается hбж мин и находится её минимальный объем по выражению ( 1) . находиться максимальная высота буферной жидкости по выражению ( 2) и максимальный объем по выражению ( 3). Определяется номинальный объем по выражению( 5) или ( 6) и проверяется условие (4). При высоких пластовых давлениях максимальная высота столба буферной жидкости резко ограничивается и может оказаться даже меньше минимального значения. В этом случае необходимо повышать плотность буферной жидкости.  

Расчет продовочной жидкости

Продавочная жидкость служит для вытеснения тампонажной смеси из обсадной колонны в затрубное пространство с помощью продавочной пробки.

 В качестве продавочной жидкости применяют буровой раствор. В общем виде объем продавочной жидкости должен быть равен внутреннему объему обсадной колонны в интервале от цементировочной головки до кольца «стоп». Поскольку обсадная колонна имеет стенки разной толщины, то её внутренний объем удобнее определять по объёму отдельных секций. Тогда искомый объем составит

V ок = (1),

 где di – внутренний диаметр соответствующей секции обсадной колонны

li – длина соответствующей секции ( без учета высоты цементного стакана нижней секции). Объем продавочной жидкости определяется как

Vпж = V ок *К   (2),

где К – коэффициент учитывающий сжатие пузырьков воздуха в продавочной жидкости и деформацию обсадной колонны , принимается равным 1,03 ….1,05.

 

 В исходных данных согласно предыдущим практическим работам выбирается диаметр эксплуатационной колонны, глубина спуска кондуктор

( по вертикали и по стволу), при двухступенчатом способе цементирования глубина установки муфты ступенчатого цементирования, глубина скважины.

Практическая работа № 17


Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 47; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ