Расчет цементирования обсадных колонн

При креплении водозаборных скважин металлическими, пластиковыми трубами затрубное пространство обязательно цементируется.

Цементирование затрубного пространства производится с целью изоляции водоносных горизонтов друг от друга, борьбы с поглощением промывочного раствора и обрушениями стенок скважины, а также предохранения обсадных труб от коррозионного влияния подземных вод.

От высокого качества цементирования обсадных колонн зависит срок службы и дебит скважины.

Для направления и кондуктора подъем цементного раствора в затрубном пространстве производят от башмака до устья.

В практике бурения при сооружении скважины глубиной более 200 м наиболее распространен способ одноступенчатого цементирования с двумя пробками [19, с.542].

Контроль качества цементирования осуществляется двумя способами.

Первый способ применяют в том случае, когда тампонажная колонна наполнена жидкостью. Через цементировочную головку в колонну труб нагнетают воду и поднимают давление до 4÷6 МПа. Если в течение 30 мин давление упадет не более чем на 0,5 МПа, то герметичность считается удовлетворительной.

Второй способ заключается в следующем. Промывочную жидкость откачивают из труб, понижая уровень не менее чем на 2/3, и, закрыв скважину, оставляют ее в покое на сутки. Если в течение 24 часов уровень жидкости поднимется не более чем на 1м, герметичность считается удовлетворительной.

Рисунок 26. Схема к расчету цементирования

Пример:

Требуется провести расчет цементирования эксплуатационной колонны диаметром D=245мм, спущенной в скважину, глубиной L=270 м. Диаметр ствола скважины по всей длине равен =295 мм. Высота подъема цемента за трубами =180 м. Высота цементного стакана в трубах =10м (рис.26). плотность цемента =3100 кг/м³; водоцементное отношение m=0,5; плотность воды =1000 кг/м³; плотность продавочной жидкости =1200 кг/м³.

1. Определим объем цементного раствора, который необходимо закачать в скважину из уравнения:

, м, (31)

где - объем цементного раствора за трубами высотой в м³;

- объем цементного раствора в трубах высотой в м³;

- 1,2÷1,4 – коэффициент, учитывающий заполнение каверн, трещин;

- диаметр скважины в м;

- наружный диаметр обсадных труб в м;

- внутренний диаметр обсадных труб в м;

.

2. Потребное количество сухого цемента .

Для приготовления 1 м³ цементного раствора с водоцементным отношением m определим из уравнения:

, кг/м³, (32)

.

3.Определим количество сухого цемента для приготовления цементного раствора объемом, равным из формулы:

,кг, (33)

где =1,05÷1,15 – коэффициент, учитывающий потери цемента;

4. Необходимый объем воды для приготовления цементного раствора составит:

, м³, (34)

.

5. Определим объем продавочной жидкости.

м,

где: =1,03÷1,05 – коэффициент, учитывающий сжимаемость продавочной жидкости;

L - длина обсадной колонны в м.

.

6. Определим максимальное давление в конце цементирования.

, МПа,

где - потери давления на гидравлические сопротивления;

- плотность продавочной жидкости в кг/м³,

L – длина обсадной колонны в м;

, МПа,

,

,

.

7. Выбираем по максимальному давлению цементировочный агрегат ЦА-300, который при давлении 7 МПа развивает подачу (прокачивает цемент) 10,3л/с = 10,3·3600/1000 м³/ч = 37,08 м³/ч.

8. Определим продолжительность цементирования из:

, мин,

где – производительность цементировочного агрегата, м³/ч

.,

(15 мин.)*- время, необходимое на установку верхней пробки.

9. Время начала загустевания цементного раствора должно быть больше продолжительности цементирования

, мин.,

где =10÷20мин. – резерв времени.

Тогда минимально необходимый срок начала загустевания цементного раствора составит:

.

Применяемый при бурении цемент имеет начало схватывания, т.е. начинает терять подвижность, не ранее 2ч после затворения раствора. За период от затворения и до начала схватывания цементного раствора необходимо произвести его закачивание в скважину.