 |
|
Выбираем глушение с частичной заменой скважинной жидкости
Задача №1
Произведите расчет основных показателей процесса гидравлического пласта, осуществляемого в скважине.
Дано:
Глубина скважины Н = 2700 м
Толщина пласта h = 15 м
Пластовое давление Рпл = 12 МПа
Плотность жидкости песконосителя рж.п = 950 кг/м3
Вязкость жидкости песконосителя µж.п = 250 мПа∙ с
Решение задачи:
Основными расчетными показателями процесса ГРП являются: давление разрыва пласта, расход рабочих жидкостей и песка, число насосных агрегатов.
1. Определяем давление разрыва пласта:
Pp = Pв.г - Pпл + Sp, МПа
где Рв г- вертикальное горное давление, МПа;
Рпл - пластовое давление, МПа;
Sp- давление расслоения горных пород, принимают равным 1,5 МПа
Вертикальное горное давление составит:
Рв.г = ρп ∙ g ∙ H = 2500 ∙ 9,8 ∙ 2700 = 66,15 МПа
где рп - плотность вышележащих пород, рп =2500 кг/м3;
Н - глубина скважины, м.
Pp = 66,15 – 12 + 1,5 = 55,65 МПа
2. Определяем давление на устье скважины:
Py = Pp - ρж.п ∙ g ∙ H + ∆Pтр , МПа
где рж п - плотность жидкости с песком, кг/м3;
Ртр - потери давления на трение, МПа.
ρж.п = ρж.п ∙ (1- βn) + ρn ∙ βn = 950 ∙ (1- 0,088) + 2600 ∙ 0,088 = 1095,2 кг/м3
где рж.п- плотность жидкости песконосителя, кг/м3;
βn - объемная концентрация песка в смеси;
|
рп -плотность песка, принимаем - 2600 кг/м3.
где Сп - концентрация песка в смеси и зависит от вязкости жидкости - песконосителя и темпа ее закачки, Сп = 250...300 кг/м3
Потери давления на трение рассчитывают по формуле Дарси-Вейсбаха
∆Pтр = λ ∙ 
, МПа
где λ - коэффициент гидравлического сопротивления, определяется в зависимости
от числа Рейнольдса
λ=0,05 при µж.п=250 МПа с
ϑ - скорость движения жидкости в трубах, м/с , принять приближенно ϑ = 5.5 м/с.
dвн – внутренний диаметр НКТ, dнкт = 89 мм, толщина стенок – 6 мм, dвн = 77 мм
∆Pтр = 0,05 ∙ 
= 29,04 МПа
Py = 55,65 – (1095,2 ∙ 9,8 ∙ 2700) ∙ 10-6 + 29,04 = 55,69 МПа
3.Устанавливаем объем жидкости разрыва, исходя из конкретных условий.
По опытным данным объем жидкости разрыва изменяется от 4 до 6 м3 на 10 мтолщины пласта.
· Устанавливаем объем жидкости разрыва равным 5 м3
4. Определяем объем жидкости – песконосителя ( промысловая нефть)
Vж.п = 
, м3
где Qn- количество песка, кг (считается целесообразным закачивать 6-10 т песка)
Vж.п = 
= 40 м3
5. Определяем объем продавочной жидкости при закачке в НКТ
Vп.р = 0,785 ∙ d2вн ∙∙H = 0,785 ∙ 0,0772 ∙∙2700 = 12,56 м
6. Определяем необходимое число насосных агрегатов
N = 
где Q = 0,0I5 м3 /с - темп закачки;
Рагр - рабочее давление агрегата 4АН-700 = 52,9 МПа ;
q- подача агрегата при данном давлении, принимаем равным 8,5 л3/с;
k = 0,5..08 - коэффициент технического состояния агрегата.
N = 
3,1 = 4 агрегата
Задача №2
Определите давление на выкиде насоса при прямой промывке забоя с учетом потерь давления: на гидравлические сопротивления при движении жидкости по трубам; при движении жидкости с песком в кольцевом пространстве; на уравновешивание столбов жидкости, а также скорость восходящего потока и необходимую мощность двигателя. Промывка производится водой.
Дано:
Глубина скважины Н = 1700 м
Диаметр эксплуатационной колонны Dэ = 168 мм
Диаметр промывочных труб d = 73 мм
Размер песчинок δ = 1,1 мм
Решение задачи:
При ликвидации песчаных пробок в скважине применяют прямую и обратную промывку. Обратная промывка требует более высокого давления на выкиде насоса, создает большое забойное давление, в несколько раз ускоряет вынос песка.
При прямой промывке создается высоконапорная струя, что способствует лучшему размыву песчаной пробки.
1. Выбираем тип промывочного агрегата:
· насосная установка УН 1Т-100-200
число оборотов тягового двигателя 1070об/ мин1 (максимальная мощность двигателя 83 кВт)
| Включенная передача автомобиля | Число двойных ходов плунжера насоса в мин | Давление. МПа | Идеальная подача, дм3 |
| II | 49,8 | 20,0 | 3,8 |
| Ш | 72,8 | 17,1 | 5,6 |
| IV | 110,0 | 11,3 | 8,4 |
| V | 168,0 | 7,4 | 12,9 |
2. Определяем потери давления на гидравлические сопротивления при движении жидкости по трубам при работе агрегата на каждой скорости по формуле Дарси-Вейсбаха:
h1= λ 
, м.вод.ст.,
где λ- коэффициент при движении воды в трубах: для труб диаметром: 73 мм – λ = 0.034;
dв - внутренний диаметр промывочных труб, м;
- скорость нисходящего потока жидкости, м/с.
Эти скорости находятся путем интерполирования для соответствующих расходов жидкости при I, II, III и IV скоростях. Расход жидкости (подачу насоса, л/ с) выбирают по технической характеристике выбранного насосного агрегата.
Для I скорости: подача равна 3,8 дм3/с - 
= 1,26 м/с
h1= 0,034 
= 75,51 м.вод.ст.,
Для II скорости: подача равна 5,6 дм3/с - = 1,85 м/с
h1= 0,034 
= 162,78 м.вод.ст.,
Для III скорости: подача равна 8,4 дм3/с - = 2,78 м/с
h1= 0,034 
= 367,6 м.вод.ст.,
Для IV скорости: подача равна 12,9 дм3/с - = 4,27 м/с
h1= 0,034 
= 867,2 м.вод.с
3. Определяем потери давления на гидравлические сопротивления при движении жидкости с песком в кольцевом пространстве:
, м.вод.ст.,
где φ = 1,1 – 1,2 - коэффициент, учитывающий повышение гидравлических потерь давления в результате содержания песка в жидкости;
λ-коэффициент трения при движении воды в кольцевом пространстве, принимаем λ=0,035;
d - диаметр промывочных труб, м;
D - диаметр эксплуатационной колонны, мм;
- скорость восходящего потока жидкости в кольцевом пространстве, м/с, определяется согласно расходу жидкости при I, II, III и IV скоростях.
Для I скорости: 
= 0,28 м/с
= 3,52 м.вод.ст.,
Для II скорости: 
= 0,41 м/с
= 11,32 м.вод.ст.,
Для III скорости: = 0,62 м/с
= 27,20 м.вод.ст.,
Для IV скорости: = 0,96 м/с
= 59,26 м.вод.ст.,
4.Определяем потери напора на уравновешивании столбов жидкости разной плотности в промывочных трубах и в кольцевом пространстве по формуле К.А.Апресова:
, м. вод.ст.,
где 
- пористость песчаной пробки, 
= 0,3; 
F = 0,785 ∙ Dвн = 0,785 ∙ 0,1502 = 0,01766 м2 = 176,6 см2
– площадь сечения кольцевого пространства скважины,
= 0,785 ∙ (D2вн – d2) = 0,785 ∙ (0,1502 – 0,0732) = 0,01348 м2 = 134,8 см2
- высота пробки, промытой за один прием, принимаем равной 14 м;
ρп – плотность песка, ρп = 2500 кг/м3;
ρж – плотность воды, кг/м3;
ϑв – скорость восходящего потока жидкости, см/с;
ϑкр – критическая скорость падения частичек, ϑкр = 10,26 см/с;
Для I скорости:
= 7,51 м. вод.ст.,
Для II скорости:
= 11,24 м. вод.ст.,
Для III скорости:
= 13,96 м. вод.ст.,
Для IV скорости:
= 15,82 м. вод.ст.,
5.Потери давления на гидравлические сопротивления в шланге, в вертлюге, нагнетательной линии от насоса до шланга при движении воды определяются опытным путем, принимаем на скорости:
Для I скорости: (h4+ h5+ h6) = 6 м. вод.ст.;
Для II скорости: (h4+ h5+ h6) = 13,1 м. вод.ст.;
Для III скорости: (h4+ h5+ h6) = 28,2 м. вод.ст.;
Для IV скорости: (h4+ h5+ h6) = 44 м. вод.ст.;
6. Определяем давление на выкиде насоса на I, II, III и IV скоростях:
Рн = 
∙ρж∙ g∙(h1+ h2+ h3 + h4+ h5+ h6) , МПа
Для I скорости: Рн = ∙1000 ∙ 9,8∙ (75,51+ 3,52+ 7,51 + 6) = 0,91 МПа
Для II скорости: : Рн = ∙1000 ∙ 9,8∙ (162,78+ 11,32+ 11,24 + 13,1) = 1,94 МПа
Для III скорости: : Рн = ∙1000 ∙ 9,8∙ (367,6+ 27,2+ 13,96 + 28,2) = 4,28 МПа
Для IV скорости: : Рн = ∙1000 ∙ 9,8∙ (867,2+ 59,26+ 15,82 + 44) = 9,66 МПа
7.Определяем мощность, необходимую для промывки песчаной пробки при работе агрегата на I, II, III и IV скоростях:
N = Рн ∙ Q/ 103∙ ηа, кВт
где Q – подача агрегата, л/с;
ηа = 0,65 – общий механический КПД агрегата.
Для I скорости: N = 0,91∙106 ∙ 3,8 ∙ 10-3 / 103∙ 0,65 = 5,32 кВт
Для II скорости: N = 1,94 ∙106 ∙ 5,6∙ 10-3 / 103∙ 0,65 = 16,71 кВт
Для III скорости: N = 4,28∙106 ∙ 8,4∙ 10-3 / 103∙ 0,65 = 55,31 кВт
Для IV скорости: N = 9,66∙106 ∙ 12,9 ∙ 10-3 / 103∙ 0,65 = 191,71 кВт
Сравниваем полученные мощности с максимальной мощностью двигателя выбранного агрегата.
Так как насосная установка УН1Т – 100 – 200 имеет номинальную полезную мощность 83 кВт, то работа ее на IV скорости невозможна.
8. Выбираем оптимальную скорость работы с учетом использования максимальной мощности промывочного агрегата. Определяем коэффициент использования мощности промывочного агрегата:
К = 
∙ 100%
Для I скорости: К = 
∙ 100% = 6,4 %
Для II скорости: К = 
∙ 100% = 20,1 %
Для III скорости: К = 
∙ 100% = 66,6 %
Задача №3
Проведите выбор необходимого количества материалов и оборудования для установки цементного моста ниже интервала нарушения. Нарушение сообщается с зоной поглощения промывочной жидкости.
Дано:
Диаметр эксплуатационной колонны Dэ = 168 мм
Толщина стенки эксплуатационной колонны σэкс = 10 мм
Диаметр НКТ (насосно-компрессорных труб) d = 73 мм
Толщина стенки НКТ σнкт = 5,5 мм
Интервал устанавливаемого моста Нм = 1000 – 950 м
Плотность добываемой жидкости ρж = 1,05 г / см3
Высота цементного моста h = 50 м
Дефект в эксплуатационной колонне на глубине Нд = 500 м
Водоцементное отношение m = 0,45
Плотность цементного раствора ρц.р = 1,9 т / м3
Температура в скважине t = 60оС
Решение задачи:
1. Определяем объём одного погонного метра (1 п. м.):
- эксплутационной колонны Vэк. к ;
Vэк. к = 
= 
= 0,017м3
- кольцевого пространства Vк. п. ;
Vк.п = = 
= 0,013 м3
- насосно- компрессорных труб VНКТ
Vнкт = = 
= 0,003 м3
- Определяем объём цементного раствора для установки цементного моста по формуле:
Vц.р = h · Vэк. к , м3
где h- высота цементного моста.
Vц.р = 50 · 0,017 = 0,85 м3
3. Находим количество сухого цемента:
, т
где m - водоцементное отношения (m= 0,4-0,5);
ц. р - плотность цементного раствора, т/м3
= 1,12 т
4.Определяем объём пресной воды:
Vв = (V зат + V р + V´ р)·K, м3
где V зат – объём воды для затворения цемента, м3
V р – разделительная жидкость («подушка» пресной воды) перед цементным раствором,
V р= 0,5÷ 1м3;
V´ р - разделительная «подушка» после цементного раствора;
K – коэффицент запаса учитыващий потери жидкости при затворении, K=1,5.
V зат = Ц · m = 1,12·0,45 = 0,504 т/м3
Объём разделительной «подушки» после цементного раствора определяют из условий равновесия объёмов в кольцевом и трубном пространстве, то есть
Следовательно
= 0,23 м3
Vв = (0,504 + 1,0 + 0,23)·1,5 = 2,6 м3
5. Находим объём продавочной жидкости
,м3
где Hм – нижняя граница интервала установленного моста, м
м3
6.Определяем общий объём глинистого раствора
, м3
где Vцир – объём глинистого раствора для восстановления циркуляции перед цементированием, м³.
В случае когда наблюдается частичное поглощение промывочной жидкости принимается,
Vцир = 2 ÷ 3 м³
= 3,85 м3
7.Определяем время, необходимое для полного заполнения колонны заливочных труб при работе ним агрегатом ЦА-320 М на III скорости при диаметре втулок 100мм
= 
= 9,13 мин
где qIII – подача цементного насоса 9Т на III скорости, qIII = 5,2дм³/с
V3 = Vпр – объём колонны заливочных труб, м³.
8.Определяем время вымыва излишка тампонажного раствора при обратной промывке при работе агрегатом ЦА-320М на IV скорости :
= 
= 6,01 мин
где qIV = 7,9дм³/с
9.Находим время на затворение и продавку тампонажного раствора в пласт
, мин
где Tдоп – время начала схватывания цементного раствора (для горячих скважин) = 105 мин ;
То = 5 ÷ 10 мин – время на подготовление и заключительные работы при затворении цемента
= 79,86 мин.
Задача №4
Выбрать способ, жидкость глушения, необходимое оборудование, материалы, их количество для глушения скважин. Составить схему глушения, план работ.
Дано:
Глубина скважины Нф = 1810 м
Диаметр эксплуатационной колонны Dэ = 146 мм
Пластовое давление Рпл = 18,59 МПа
Способ эксплуатации - УСШН
Диаметр НКТ (насосно-компрессорных труб) d = 60 мм
Глубина спуска насоса L (Lн) = 1100 м
Дебит скважины Qж = 28 м3/ сут.
Обводненность продукции nв = 16 %
Плотность нефти ρн = 850 кг / м3
Плотность воды ρв = 1120 кг / м3
Тип насоса – НСН2 – 43
Штанги – 22,19
Вид ремонта – Ревизия насосов
Условия перемещения – грунтовые дороги
Наличие вышки - имеется
Решение задачи:
1.Выбираем способ глушения в зависимости от величины пластового давления, приемистости и литологии пласта, вида спущенного в скважину оборудования, вида применяемой жидкости.
Основным требованием при выборе способа и жидкости глушения является обеспечение необходимого противодавления на забой скважины и предупреждение ухудшения проницаемости призабойной зоны.
Глушение может производиться следующими способами:
· Глушение с полной заменой скважинной жидкости производится, если: колонна НКТ или хвостовик спущены до продуктивного пласта; башмак колонны НКТ или насос находятся выше пласта, но пласт имеет хорошую приёмистость и поднасосная жидкость может быть продавлена в пласт без опасности ухудшения проницаемости призабойной зоны (например, при отсутствии глин в продуктивном пласте).
· Глушение частичной заменой скважинной жидкости (без задавки в пласт) рекомендуется в случае низкой приёмистости или опасности засорения пласта продавливаемой загрязнённой жидкостью, при насосном способе эксплуатации
Выбираем глушение с частичной заменой скважинной жидкости
2. Определяем плотность жидкости глушения из условия создания противодавления на пласт
ρгл = ( Рпл + (0,1…0,25) ∙ Рпл)106 – ρсм∙ g ∙ Н + ρсм =
g ∙ L
= ( 18,59 + 0,1 ∙ 18,59 ) 106 – 893,2 ∙ 9,8 ∙ 1810 + 893,2 = 1311,24 кг/м3
9,8 ∙ 1100
ρсм = ρв ∙ nв + ρн ∙ (1 - nв) = 1120 ∙ 0,16 + 850 ∙ (1 - 0,16) = 893,2 кг/м3
где ρгл - плотность жидкости глушения, кг/м3;
(0,1...0,25) ∙ Рпл - величина противодавления на пласт согласно требованиям правил безопасности ведения работ, МПа;
3. Выбираем жидкость глушения в соответствии с рассчитанной плотностью и особенностью пласта.
· Глинистый раствор
4. Определяем объем жидкости глушения
Vр = 0.785 ∙ ψ ∙ Dв2 ∙ Lн = 1,1 
0,785 0,1302 1100 = 16,05 м3 ,
где ψ - коэффициент запаса количества жидкости глушения,
ψ = 1,05 - 1,1;
Dв — внутренний диаметр эксплуатационной колонны, м.
5.Определяем количество материалов для приготовления растворов:
5.1 Количество утяжелителя ( глины):
Мут = 
Vр , кг
ρут – плотность применяемого утяжелителя (глина) ρут = 2700 кг/м3
ρв – плотность пресной воды, равная 1000кг/м3
Мут = ((1311,24 – 1000) 2700 16,05) / (2700 – 1000) = 7933,87 кг = 7,93 т
5.2 Количество воды
= 
, м3
Vв = (16,05 1311,24 – 7933,87) / 1000 = 13,11 м3
6.Определяем количество жидкости для долива при подъёме НКТ
- без жидкости
Vg = 
, м3
м – плотность металла, кг/м3 м = 7850 кг/м3
d – внутренний диаметр НКТ, м
Мнкт – масса колонны НКТ, кг
Мнкт = m L = 6,8 1100 = 7480 кг
где m – масс 1 м.п. труб, кг/м
Vg = 7480 / 7850 = 0,95 м3
- при подъёме НКТ с жидкостью
Vg = 
, м3
Vg = (7480 / 7850) + 0,785 0,05032 1100 = 2,28 м3
7. Выбираем промывочный агрегат исходя из необходимого давления на устье при глушении скважины.
Для условий задачи Ру ≤ 5 МПа.
ЦА – 320М
Монтажная база – КрАЗ – 257
Тип двигателя водоподающего насоса – ГАЗ – 51
Водоподающий насос: 1В
Подача, дм3/с – 13
Давление на выкиде, МПА – 1,5
Объем мерного бака, м3 – 6,4
Масса установки, кг - 17500
8. Определяем количество автоцистерн:
n = Vпр ρп / qа = (16,05 1,31) / 9 = 2,4 = 3 машины
qа – грузоподъемность автоцистерны 4ЦР, qа = 9 т
9.Составляем схему размещения и обвязки наземного оборудования и план работ при глушении скважин.
| ЦА - 320 |
| ЦН |
| Схема расположения наземного оборудования при глушении скважины |
| НКТ |
| 4 ЦР |
| Эксплуатационная колонна |
План глушения скважины:
1.Расставить оборудование в соответствии со схемой расстановки оборудования при глушении скважины.
2.Собрать нагнетательную линию , опрессовать на полутарократное максимальное ожидаемое давление, но не выше опрессовки эксплуатационной колонны.
3.Закачать жидкость глушения в объеме 16,05 м3 плотностью 1209,24 кг/м3
4.Закрыть задвижки, стравить давление до атмосферного.