высота цементного стакана - 5 м;
водоцементное отношение - 0,5;
удельный вес цементного раствора - 1,73 г/см";
удельный вес технической воды - 1,0 г/см .
Определяем потребное количество цементного раствора Vц.р:
Vц.р = 0,785 * [ ( D2 скв - d 2H ) * H + d 2B * h ]
Где DCKB - диаметр скважины, м;
d н - наружный диаметр направления, м;
Н - высота подъема раствора за колонной, м;
d B- внутренний диаметр направления, м;
h - высота цементного стакана, м.
Dскв = К * Dдол
Где К - коэффициент кавернозности, равен 1,25;
Вдол - диаметр долота, м. Dскв= 1,25* 0,394= 0,492мVц.р = 0,785 *[ (0,4922 - 0,3242 ) *30 + 0,304 2 * 5] = 3,9 м3
Определяем потребное количество сухого цемента:
Gц = 1 * Yц.р * Vц.р / ( 1 + m)
Где Yp - удельный вес цементного раствора, г/см3;
m - водоцементное отношение.
Gц = 1 * 1,73 * 3,9/( 1 + 0,5 ) = 4,8 т
Определяем потребное количество воды для затворения цемента:
VB = m * Gц= 0,5 * 4,8 = 2,4 м3
Определяем объем продавочной жидкости:
Vnp = 0,785 * S * d2 вн * ( H-h )
Где S - коэффициент, учитывающий сжатие жидкости
S = 1,03 - 1,05
dвн - внутренний диаметр направляющей, м
Vnp = 0,785 * 1,03 * 0,3042 (30 - 5 ) = 1,87 м3
Определяем давление в цементировочной головке в конце цементирования
Рк = Рr + Рр
Где Рr - давление на преодоление гидравлических сопротивлений в скважине.
Рр - давление, создаваемое разностью удельных весов цементного раствора и технической воды.
Рr = 0,01 * Н + 8 = 0,01 *30 + 8 = 8,3 МПа
Рр = 0,1 * (Н - h) * ( ?ц.р. - ?в. ) = 0,1 * (30 - 5 ) * ( 1,73 - 1 ) = 21 МПа.
Рк = ( 8,3 + 2,1 ) * 105 = 1,04 МПа
Количество цементных агрегатов ЦА -320 -1шт.
Количество цементных машин СМ - 20 - 1 шт.
Расчет цементирования кондуктора.
Исходные данные:
диаметр долота под кондуктор - 295,3 мм;
наружный диаметр кондуктора -245 мм;
толщина стенки кондуктора - 8 мм;
внутренний диаметр кондуктора - 229 мм;
высота подъема цементного раствора за кондуктором -330м;
высота цементного стакана -10м;
коэффициент кавернозности - 1,25;
Определяем потребное количество цементного раствора:
Vц.р = 0,785 * [ ( D2скв - d2H ) * H1 + (D2BH - d2H ) * Н2 + d2B * h ]
Где DCKB - диаметр скважины, м;
d н - наружный диаметр кондуктора, м;
HI - высота подъема раствора за колонной в необсаженной части» м;
Н2 - высота подъема раствора за колонной в обсаженной части, м;
d в - внутренний диаметр кондуктора, м;
h - высота цементного стакана, м.
Dскв = K * Dдол
Где К - коэффициент кавернозности, равен 1,25; Dдол - диаметр долота, м.
Dckb= 1,25 * 0,295 = 0,369 м
Vц.р = 0,785 * [ ( 0.3692 - 0,2452 ) * 330 + ( 0,3042 - 0,2452 ) * 30 + 0,2292 * 10 ] = 20.6 м3
Определяем потребное количество сухого цемента:
Gц = 1 * Yц.р * Vц.р / ( 1 + m )
Где Yц.р - удельный вес цементного раствора, г/см3;
m - водоцементное отношение.
Gц = 1 * 1,73 * 20.6 / ( 1+0,5 ) = 25,3 т
Определяем потребное количество воды для затворения цемента:
Vв = m * Gц = 0,5 * 25,3 = 12,65 м3
Определяем объем продавочной жидкости:
Vпр = 0,785 * S * d2вн ( Н - h )
Где S - коэффициент, учитывающий сжатие жидкости.
S = 1,03 - 1,05
dвн = внутренний диаметр кондуктора.
Vпр = 0,785 * 1,03 * 0,2292 * ( 330 - 10 ) = 14,6 м3
Определяем давление в цементировочной головке в конце цементирования.
Рк = Рr + Рр
Где Рr - давление на преодоление гидравлических сопротивлений в скважине.
Рр - давление, создаваемое разностью удельных весов цементного раствора и технической воды.
Рг = 0,01 * Н + 8 = 0,01 * 330 + 8 = 11,55 кгс/см = 1,15 МПа
Рр = 0,1 * (Н - h) * ( Yц.р - Yв ) = 0,1 *( 330 - 10 ) * ( 1,73 - 1,0 ) = 2,3 МПа;
Рк = ( 11,3 + 23 ) * 105 = 3,4 мпА
Количество цементировочных агрегатов ЦА-320 - 2 шт.
Количество цементосмесительных машин СМ - 20 - 1 шт.
Расчет цементирования эксплуатационной колонны:
Во избежание гидроразрыва пластов или нарушения их изоляции при цементировании скважин, для разобщения верхних водоносных пластов применяют облегченные тампонажные растворы и, в частности, гельцементный раствор (ГЦР). Проектом предлагается применение гельцементного раствора в интервале 0 - 1075м и цементного раствора в интервале 1075- 1875м (800м).
Исходные данные:
1. диаметр долота под эксплуатационную колонну - 215,9 мм;
2. наружный диаметр эксплуатационной колонны -146 мм:
3. толщина стенки эксплуатационной колонны - 7 мм;
4. внутренний диаметр эксплуатационной колонны - 132 мм;
5. высота подъема цементного раствора за колонной - 800м;
6. высота подъема гельцементного раствора за колонной --1075м;
7. высота цементного стакана -10м;
8. коэффициент кавернозности- 1.3
1. Расчет для цементирования интервала 1075-1875 м цементным раствором:
Определяем потребное количество цементного раствора для интервала 1075- 1875 м.
Vц.р. = 0,785 * [ ( D2скв - d2н ) * Н1 + d2в * h ]
Где Dскв - диаметр скважины в необсаженной части, м;
dн - наружный диаметр эксплуатациооных колонн, м;
dв - внутренний диаметр эксплуатационной колонны;
h - высота цементного стакана
Dскв = К * DДОЛ.
Где К - коэффициент каверзности, равен 1,3.
Dдол - диаметр долота, м.
D скв = 1,3 * 0,2159 = 0,28 М
Vц.р.= 0,785 * [ ( 0,282 - 0.1462 ) * 800 + 0, 1322 * 10 ] = 32,6 м3
Определяем потребное количество сухого цемента:
Gц = 1 * Yц.р * Vц.р / ( 1+m )
Где Yц.р. - удельный вес цементного раствора, г/см3;
m - водоцементное отношение.
Gц = 1*1,73 * 32,6 / ( 1+0,5 ) = 37,5т
Определяем потребное количество воды для затворения цемента:
VB = m*Gц. = 0,5 * 37,5 = 18,75 м3
Определяем объем продавочной жидкости:
Vпр = 0,785 * S * d2вн * ( H - h )
Где S - коэффициент, учитывающий сжатие жидкости, S -- 1,03-1,05;
d вн - внутренний диаметр эксплуатационной колонны, м;
Vпр = 0,785 * 1,03 * 0,1322 * (800 - 10) = 11,1 м3
2. Расчет для цементирования интервала 0-1075м гельцементным раствором:
Определяем потребное количество гельцементного раствора для интервала 0 - 1075 м.
Vцр = 0,785 * [ ( D2 скв - d2 н ) * Н1 + ( D2 в.н. - d2 н ) * Н2 ]
Где Dскв - диаметр скважины в необсаженной части, м;
dн - наружный диаметр эксплуатационной колонны, м;
Н1 - высота подъема гельцементного раствора за колонной в данном интервале в необсаженной част ствола скважины, м;
D в.н. = К * Dдол
Где К - коэффициент каверзности, равен 1,3;
Dдол - диаметр долота.
Dскв = 1,3 * 0,2159 = 0,28 м
Vцр = 0,785 * [ ( 0,282 - 0,1462 ) * 745 = ( 0,2292 - 0,1462 ) * 330 ] = 41,4 м3
Определяем Для определения весового соотношения компонентов и расхода материалов на приготовление 1 м3 ГЦР и выход ГЦР, плотностью 1,65 г/см3 пользуемая следующим расчетом.
3. Расчет компонентов гельцементного раствора:
Водоцементное отношение ГЦР рассчитываем по формуле:
Y г.ц. = ( 1 + mг + mв ) / (1/Yц + mг /Yr + mв / Yв) Где Y г.ц. - удельный вес ГЦР - 1,65 г/см3;
Yц - удельный вес сухого цемента - 3,15 г/см3
Yr - удельный вес глинопорошка - 2,58 г/см3 ;
YB - сдельный вес воды - 1,0 г/см3;
mг - глиноцементное отношение, принимаем равным 0,2;
mв - водоцементное отношение.
1,65 *mв = ( 1 + 0,2 + mв ) / (l/3,15 + 0,2/2,58 + mB /1,0 )
получаем mB =0,85.
Расход цемента на приготовление 1 м3 ГЦР определяется по формуле:
qц = Yц YrYв / [ YrYв + mrYцYв + WcYц Yr ( l + mr )]
где Wc -водосмесевое отношение, по данным лаборатории принимается равным 0,85.
qц = 3,15 * 2,58 * 1,0 / [2,58 + 0,2 * 3,15 * 1,0 + 0,85 * З,15 * 2,58 * (1 + 0,2)] = 0,7 т/м3
Определим необходимое количество глинопорошка и воды для приготовления 1 м3 ГЦР:
qr = qц mr = 0,7 * 0,2 = 0,14 т/м3
qB = qц mB = 0,7 * 0,85= 0,6 t/m3
Определим необходимое количество комопнентов для приготовления необходимого количества ГЦР:
цемента- 43,9 * 0,7 = 30,7 т
глинопорошка - 38,8 * 0,14 = 6,1т
воды - 38,8 * 0,6 = 26,3 м3
Определяем количество воды для прдавки ГЦР:
Vnp=0,785 * S * d 2вн * H
Где S - коэффициент, учитывающий сжатие жидкости, S = 1,03 - 1,05;
dвн - Ввнутренний диаметр эксплуатационной колонны , м.
Vnp = 0,785 * 1,03 * 0,1322 * 1075= 15,5м3
4. Расчет времени цементирования, расчет необходимого количества цементировочных агрегатов и смесительных машин.
Определяем давление в цементировочной головке в конце цементирования:
Рк = Рr + Рр
Где Рг - давление на преодоление гидравлических сопротивлений в скважине;
Рр - давление, создаваемое разностью удельных весов цементного раствора и технической воды.
Рr = 0,02Н + 16 = 0,02 * 1875 + 16 = 5,35 МПа
Где Н - глубина спуска эксплуатационной колонны
Рр = 0,1 * [ ( Yг.ц. - Yв. ) Н1 + ( Yц.р. - Yв. ) * ( Н2 - h) ]
Где Yг.ц. - удельный вес ГЦР - 1,65 г/см3;
Yц.р - удельный вес цементного раствора - 1,73 г/см3;
Н1 - высота подъема гельцементного раствора за колонной 1075м;
Н2- высота подъема цементного раствора за колонной -800 м;
h - высота цементного стакана-10м.
Рр = 0,1 * [ ( 1,65 - 1,0 ) * 1075 + ( 1,73 - 1,0 ) * ( 800 - 10 ) ] = 127,5 * 10 5Н/м = 12,7 МПа Рк = ( 53,54 + 127,5 ) * 105 = 18.1 * 10 б Н/м2 = 18,1 МПа
По величине Рк выбираем цементировочный агрегат ЦА - 320.
Техническая характеристика ЦА-320
Режим работы | скорость | Подача, диаметр втулки 100 мм | |||
м3/мин | л/с | Давление, МПа | |||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
Максимальная производительность | 2 | 0,182 | 3,0 | 30,5 | |
3 4 | 0,350 | 5,8 | 15,9 | ||
0,627 | 10,4 | 8,8 | |||
5 | 0,811 | 13,5 | 6,9 | ||
Максимальное давление | 2 | 0,175 | 2,9 | 32,0 | |
3 | 0,266 | 4,4 | 19,2 | ||
4 | 0,472 | 7,8 | 10,3 | ||
5 | 0,610 | 10,1 | 8,0 |
Сравнивая Рr с давлением, развиваемым насосом агрегата, видим, что Рг < Р5 значит закачку цементного раствора в колонну произведем на 5 скорости.
Определяем высоту цементного раствора в скважине перед продавкой:
Н0 = V пр / 0,785 * [ ( D2 скв - d2н ) + d2вн ]
Где V пр - общий объем цементного раствора - 76,5 м3;
D скв - диаметр необсаженного ствола скважины - 0,28 м;
dн - наружный диаметр эксплуатационной колонны - 0,146 м;
dвн - внутренний диаметр эксплуатационной колонны - 0,132 м.
Н0 = 76,5/0,785 * [ ( 0,282 - 0,1462 ) + 0,1322 ] = 1260 м.
Следовательно высота воды над цементным раствором равна:
L0 = 1875 - 1260 = 615 м
а = ( Н0 - h )/ Рр = ( 1260 - 10 )/127,5 * 105 = 9,8 * 10-5 мп3/Н
Сопоставляя Рк с давлением в насосах агрегата, видим, что Рк > Р4 и Рк < Р3. Определяем высоту столбов (продавочной жидкости, закачиваемой на различных скоростях агрегата:
L5пр = L0 + а ( Р5 - Рr ) = 615 + 9,8 * ( 8 - 5,35 )= 874,7 м
L4пр = а ( Р4 - Р5 ) = 9,8 * ( 10,3 - 8 ) = 225,4 м
L3пр = а ( Рк - Р4 ) = 9,8 * ( 18,1 - 10,3 ) = 764,4 м
Количество продавочной жидкости, закачиваемой на различных скоростях:
V5пр = 0,785 * d2вн * L5пр = 0,785 * 0,1322 * 874,7 = 13,3 м3
V4пр = 0,785 * d2вн * L4пр = 0,785 * 0,1322 * 225,4 = 3,08 м3
V3пр = 0,785 * d2вн * L3пр = 0,785 * 0,1322 * 764,4 = 10,45 м3
Итого Vпр = 26,8 м3 . С учетом коэффициента сжимаемости Vпр = 27,6 м3
Определяем продолжительность цементирования при условиях работы одного агрегата.
Время работы одного агрегата на 5 скорости:
Т5 = ( V5цр + V5пр ) * 1000/q5 * 60
Где q5 - производительность агрегата на 5 скорости, л с.
Т5 = ( 73,1 + 13,3 ) * 1000 / 13,5 * 60 = 106 мин.
Время работы одного агрегата на остальных скоростях:
Т4 = (3.08 *1000 / 10.4 * 60 = 4.9 мин.
Т3 = ( 10.45 - 1,7 ) * 1000/5,8 * 60 = 25,1 мин.
1,7 м3 воды прдавливаем на 2 скорости с целью избегания гидравлического удара.
Т2 = 1,7 * 1000 / 3,0 * 60 = 9,4 мин
Общее время цементирования:
Тц = 106 + 4,9 + 25,1 + 9,4 = 145,4 мин.
С учетом подготовительно - заключительных работ:
Тобщ = Тц + 15 = 145,4 + 15 = 160 мин.
Определяем температуру на забое скважины:
Т ?заб = Т°ср + 0,025 Н
Где Т°ср - среднегодовая температура воздуха, °С:
Н - глубина скважин, м.
Т ?заб = 10 ? + 0,025 * 1875 = 56,8 ?С.
Определяем количество агрегатов:
По времени схватывания:
N = Тц/( 0,75 * Тсхв ) = 1
Где Тсхв - время начала схватывания, мин;
N = 160/( 0,75 * 105 ) + 1 = 3
По скорости:
N = 0,785 ( D2crd - d2н ) * V * 1000/q5 + 1
Где V - необходимая скорость подъема раствора - 2,0 м/с.
N = 0,785 ( 0,282 - 0,1462 ) * 2 * 1000/13,5 + 1 = 7.
Принимаем 7 агрегатов ЦА - 320.
Фактическое время цементирования:
Тф =Tц/N + 1 5 = 145.4/7 + 15==35.7 мин
Потребное количество цементосмесительных машин СМ-20:
Для сухого цемента:
Nсм = Gц/Gб = 73/20 = 4
Где Gб = емкость бункера СМ-20.
Для глинопорошка:
Nсм = 5,1/20 = 1.
Данные по цементированию сведем в таблицу.
Количество материала для цементирования
Тип колонны | Цемент, т | Глинопорошок, т | Вода для | Давление в конце цем-ния, МПа | Время на цем-ние, ед | Цемент агрегатов ед | Смес. Машин ед | ||
Затворения, м3 | Продавки, м3 | ||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
Направление | 4,8 | - | 2,4 | 1,87 | 1,04 | - | 1 | 1 | |
Кондуктор | 25,3 | - | 12,65 | 14,6 | 4 | - | 2 | 1 | |
Эксплуатационная колонна | 30,7 37,5 | 6,1 - | 26,3 18,75 | 15,5 11,1 | 18,1 | 15,7 | 7 | 5 | |
Всего для эксплуат. колонны | 68,2 | 6,1 | 45,05 | 26,6 | 18,9 | 15,1 | 7 | 5 | |
Итого: | 98,3 | 6,1 | 60,1 | 43,07 | - | - | - | - |
7. Охрана труда
Процесс строительства скважин охватывает несколько этапов:
- подготовительные работы, бурение, крепление, освоение, заключительные работы, включающие ликвидацию шламовых амбаров и рекультивацию земель, нарушенных при бурении. Свести к минимуму загрязнение окружающей среды при бурении можно только путем комплексного решения этой проблемы. В настоящее время обеспечение нормативного качества природной среды при бурении скважины возможно по двум основным направлениям:
- совершенствование основных технологических процессов по резкому повышению уровня их экологической безопасности;
- создание специальных технологий по утилизации отходов бурения и нейтрализации их вредного воздействия при сбросе в объекты окружающей среды с оптимальным рассеиванием остаточного загрязнения в лито- гидросфере.
При бурении скважины необходимо проводить следующий комплекс мероприятии по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов:
- внедрение кустового способа бурения скважин с целью сокращения занятия сельскохозяйственных земель;
- сохранение плодородного слоя почвы, рекультивация временно отведенных земель после окончания бурения;
- очистка и повторное использование буровых растворов;
- изоляция поглощающих и пресноводных горизонтов для исключения их загрязнения;
- применение нетоксичных реагентов для приготовления промывочных жидкостей;
- цементирование скважин до устья для исключения загрязнения пресноводных горизонтов;
- ликвидация буровых отходов и ГСМ без нанесения ущерба природе;
- осуществление инструктажа водителей всех транспортных средств и специальной техники о маршрутах проезда к объектам и недопустимости заезда на сельскохозяйственные угодья.
На защиту и восстановление земельных участков предоставленных геологоразведочным организациям во временное пользование, должны быть составлены и утверждены проекты и сметы, предусматривающие следующие мероприятия:
- подготовительные (до процесса бурения);
- по охране ( в процессе бурения );
- по восстановлению земельных участков.
Подготовительными мероприятиями предусматривается:
- установление мест складирования растительного и почвенного слоя или шунтов, подлежащие выемке;
- удаление плодородного слоя почвы в местах загрязнения нефтепродуктами и другими жидкостями, химическими реагентами, глиной, цементом и прочими веществами, ухудшающими состояние почвы и его складирование.
Охранные мероприятия в процессе бурения скважины заключаются в следующем:
- при наличии подземных грунтовых вод, водоносные горизонты обязательно должны перекрываться обсадными трубами в целях предохранения от загрязнения и заражения;
- попутные воды очищаются на фильтровальной установке от взвешенных частиц и примесей нефти и в зависимости от концентрации растворенных в ней солей и других примесей: при допускаемых концентрациях сбрасываются в различные источники или по рельефу; при повышенных - разбавляются в пределах норм и сбрасываются. Самоизливающие скважины должны быть оборудованы регулирующими устройствами.
- слив использованного промывочного раствора и химических реагентов в открытые водные бассейны и непосредственно на почву запрещается.
Мероприятия по восстановлению земельных участков.
По окончании бурения на скважине должна быть проведена техническая и биологическая рекультивация.
Горнотехническая рекультивация включает в себя подготовку освобождающейся от буровых работ территории для дальнейшего землепользования:
- сырая нефть вывозится для дальнейшего использования или сжигания, остатки дизельного топлива и моторного масла сжигаются;
- отработанный глинистый раствор вывозится для дальнейшего использования на других скважинах и регенерируется;
- оборудование и железобетонные покрытия демонтируются и вывозятся;
- перекрытия амбаров для сброса шлама и нефти засыпаются слоем грунта не менее 0,6 метров;
- земельные отводы, нарушенные производственной деятельностью, покрываются почвенным слоем и дерном;
- откосы в горных местностях укрепляются битумными эмульсиями, силикатными слоями и засыпаются привозным грунтом слоем не менее 0,1 метра.
Биологическая рекультивация предполагает мероприятия по восстановлению нарушенных земель, их озеленение и возвращению в сельскохозяйственное и лесное пользование.
Проектирование и проведение работ по рекультивации осуществляется в соответствии с инструкциями или техническими условиями, согласованными с местными сельско-, лесо-, водохозяйственными органами.
Список литературы
1. Белоусов М.В., Буровые установки - М.: Недра, 1973 г.
2. Гришин Ф.А., Промышленная оценка месторождений нефти и газа. - М.: Недра,1985 г.
3. Емельянов И.В., Коновалова А.Ш., Элияшевский И.В., Дипломное и курсовое проектирование. Бурение нефтяных и газовых скважин. - М.: Недра, 1972 г.
4. Инструкция по составлению проектно-сметной документации на строительство нефтяных и газовых скважин. - М. : Недра,1964 г.
5. Инструкция по расчету обсадных колонн для нефтяных и газовых скважин. - Куйбышев, 1976 г.
6. Калинин А.Г., Левицкий А.З., Никитин Б.А., Технология бурения разведочных скважин на нефть и газ. - Учебник для вузов. - М.: Недра, 1998
7. Колесников Т.И., Агеев Ю.Н., Буровые растворы и крепление скважин. - М.: Недра,1990 г.
8. Милютин А.Г., Геология и разведка месторождений полезных ископаемых. - Учебник для студентов вузов. - М.: Недра,1989 г.
9. Милютин А.Г., Экология недропользования. -Курс лекций. - МГОУ, М.: 2000 г.
10. Муравьев В.М., Середа Н.Г., Спутник нефтяника. - М.: Недра, 1971 г.
11. Мищевич В.И., Справочник инженера по бурению. -М.: Недра, 1973 г.
12. Середа Н.Г., Соловьев Е.М., Бурение нефтяных и газовых скважин. - Учебник для вузов. - М.: Недра, 1964 г.
13. Элияшевский И.В., Сторомский М.Н., Ореуляк Я.М., Типовые задачи и расчеты в бурении. - М.: Недра, 1982 г.
14. Спичак Ю.Н., Ткачев В.А., Кипко А.Э., Охрана окружающей среды и рациональное использование месторождений полезных ископаемых. - Учебник для горных техникумов - М.:Недра, 1993 г.
Страницы: 1, 2