I. Объяснительная записка

P_h = 1,1*P_у или P_h = P_on ,
принимается большая величина.
P_L = P_on + _on * L - P_пл - _ц.р. * L * (1 - k) * 0,01;
где P_on = 10 мПа – давление опрессовки (табл. 108 [4]);
P_у = P_пл - _н * L * 0,01 – давление на устье;
P_у = 12,7 – 0,89 * 1350 * 0,01 = 0,7 мПа;
P_h = 1,1 * 0,7 = 0,77 мПа, принимаем P_h = P_on = 10 мПа;
P_L = 10 + 1,22 * 1350 * 0,01 - 12,7 - 1,84 * 1350 * (1 - 0,25) = 4,86 мПа.
По результатам расчетов строим эпюры избыточных давлений. АВ-наружных; СД-внутренних.

Рис. №4
3. Запас прочности n для первой снизу секции колонны в зоне эксплуатационного объекта n = 1,15, тогда

P_кр. = n * P_н = 1,15 * 16,3 = 18,8 мПа;
по табл.103 [4] находим, что этому давлению соответствуют трубы группы прочности Д с толщиной стенки  = 7 мм., вес 1 м. q = 234 Н.
Длину 1-ой секции предварительно берем в пределах эксплуатационного участка плюс 20  40 м. выше кровли продуктивного пласта l₁ = 80 м. По эпюру определяем расчетное давление на глубине окончания 1 секции (1270 м.) P_расч.=15,5 мПа. Этому давлению при n = 1 соответствуют трубы с толщиной стенки  = 6,5 мм., для которых P_кр. = 17, 4 мПа, q = 226 H.
Длину труб с толщиной стенки  = 6,5 мм. определяем из расчета на страгивание:
,
где Q₇ = 80 * 243 = 0,194 мН – вес 1 секции труб;
P_стр = 0,65 мН – страгивающая нагрузка для труб с толщиной стенки =6,5мм. (табл.110 [4]), принимаем l_6,5 = L – l₁ = 1350 – 80 = 1270 м.

4. Проводим расчет на сопротивление внутреннему давлению из условия

;
по табл.112 [1] определяем, что для труб с толщиной стенки  = 6,5 мм., P_кр=35мПа.
35 / 10 = 3,5 > 1,15

Условие выполнено, значит выбранную колонку оставляем без изменения.

Q_6,5=l_6,5*q_6,5=1270*226=0,287 мН
Q=Q_6,5+Q₇=0,287+0,01944=0,3064 мН
Результаты расчетов сводим в таблицу №17.
Оснастка эксплуатационной колонны
Таблица №16

Наименование	Маркировка	ГОСТ	Количество, шт.
Башмак колонный	БК-146	ОСТ 39-011-74	1
Обратный клапан	ЦКОД-146-2	ТУ 39-01-08-281-77	1
Пробка продавочная	ПП-146-1	ТУ 39-01-268-77	1
Турбулизаторы	ЦТ-146/212-1	ТУ 39-1-08-284-77	10
Центрирующие фонари	ЦЦ-146/216-1	ТУ 39-1-08-283-77	15

Результаты расчета обсадных колонн

Таблица №17

Обсадная колонна	Показатель	Номер секции снизу вверх
		1	2
Направление	Наружный диаметр, мм Толщина стенки, мм Гр. прочности стали Длина секции, м Вес секции, мН	324 9 Д 30 0,0216
Кондуктор	Наружный диаметр, мм Толщина стенки, мм Гр. прочности стали Длина секции, м Вес секции, мН	245 9 Д 550 0,28545
Эксплуатация	Наружный диаметр, мм Толщина стенки, мм Гр. прочности стали Длина секции, м Вес 1 м труб, м Вес секции, мН Общий вес колонны	146 7 Д 80 243 0,0194 0,3064	146 6,5 Д 1270 226 0,287 0,3064

3.7. Расчет цементирования колонн

Наличие в разрезе скважины на данной площади продуктивных пластов, сильноминерализированных агрессивных вод и требования охраны недр вызывает необходимость обеспечения подъема цементного раствора за колоннами до устья.

Направление
L=30м – глубина спуска колонны
Д_к=323,9 мм – наружный диаметр колонны;
Д_д=393,7 мм – диаметр долота;
Д_вн.н.=305,6 мм – внутренний диаметр колонны;
Н _ц=30 м – высота подъема цементного раствора за колонны;
m=0,5 – водоцементное отношение;
k=1,25 – коэффициент кавернозности;
_ц.р.=3,15 г/см³ – плотность сухого цемента;
_б.р.=1,0 г/см³ – плотность бурового раствора;
_пр.ж=1,0 г/см³ – плотность продавочной жидкости.

Решение:
1. Определяем плотность цементного раствора:

_ц.р.=(1+m)* _ц*_в/_в+m*_ц=(1+0,5)*3,15*1,0/1+0,5*3,15=1,84 г/см³.
2. Определим требуемый объем цементного раствора:
V_ц.р.=0,785*k(Д -Д )*L=0,785*1,25(0,394²-0,324²)*30=1,5 м³.
3. Определим количество сухого цемента:
G=
где: 1,01 – коэффициент, учитывающий потери цемента при использовании машин.


г.
4. Определяем количество воды для приготовления раствора:
V_в=1,1*m*G=1,1*0,5*1,8=0,99 м³.
5. Определяем объем продавочной жидкости:
V_пр.ж=0,785*Д *L*К_сж,
где: К_сж =1,03 – коэффициент сжимаемости жидкости за счет газа.
V_пр.ж.=0,785*0,306²*30*1,03=2,27 м³.
6. Определим рабочее давление:
P_раб.=( _ц.р.- _б.р.)(Н_ц)*0,01+0,001*L+0,8,
где (_ц.р. - _б.р.)(Н_ц)*0,01 – давление необходимое для преодоления сопротивления, обусловленного разностями плотностей жидкости в трубах и затрубном пространстве;
0,001*L+0,8=P_гид. – давление необходимое для преодоления гидравлических сопротивлений.
Формула Шищенко-Бакланова для скважин глубиной до 1500 м:
P_раб.=0,01(1,84-1,0)*30+0,001*30+0,8=1,25 мПа.
7. Число цементированных аппаратов определяем исходя из условия получения скорости подъема цементного раствора в кольцевом пространстве у башмака колонны в момент продавки V=1,8-2 м/с. Так как продавка начинается на III-IV скорости, то число ЦА определяется по формуле:

где Q_max=0,785*k(Д -Д )*V=0,785*1,25(0,394²-0,324²)*1,8=8,8 л/с – производительность ЦА, при которой достигается наиболее полное вытеснение бурового раствора цементным, при заданной скорости;
q_IV – 10,7 л/с – производительность одного агрегата ЦА 320 М на третьей скорости при диаметре втулок 115 мм и P_IV=8 мПа, тогда (таблица 6.14. [II]).
агрегата.
8. Определяем количество смесителей:
,
где V_бун=14,5 м³ объем бункера 2СМН-20;
_н=1,21 г/см³ – насыпная объемная масса цемента.
, принимаем m_см=1.
9. Определяем время цементирования
.
10. Определяем время загустевания:
t₃=t_ц/0,75=21 мин.
11. Температуру на забое не определяем.
12. Учитывая время загустевания, выбираем цемент ПТЦ-II-50.
Результаты расчетов сводим в таблицу №18.


Кондуктор:
Исходные данные для расчета:
L=550 м – глубина спуска колонны;
Д_к=245 мм – наружный диаметр колонны;
Д_д=295,3 мм – диаметр долота;
Н_н=30 м – глубина спуска направления;
Д_в.н.=306 мм – внутренний диаметр направления;
Д_в.к.=226,5 мм – внутренний диаметр колонны;
Н_ц=550 м – высота подъема цемента за колонной;
h_ст=10 м – высота цементного стакана;
m=0,5 – водоцементное отношение;
k=1,25 – коэффициент кавернозности;
_в.=1 г/см³ – плотность воды;
_б.р.=1,20 г/см³ – плотность бурового раствора;

Решение:
1. Определяем плотность цементного раствора:

_ц.р.=(1+m)* _ц*_в/_в+m*_ц=(1+0,5)*3,15*1/1+0,5*3,15=1,84 г/см³.
2. Определим требуемый объем цементного раствора:
V_ц.р.=0,785*[k(Д -Д )*H₁+(Д -Д )*Н_н]+V_ц.ст.,
где: V_ц.ст=0,785 Д *h=0,785*0,2265²*10=0,4 м³ – объем цементного стакана;
Н₁=L-H_н=550-30=520 м – глубина не обсаженной части скважины.
V_ц.р.=0,785[1,25(0,2953³-0,2445²)*520+
30(0,306²-0,2445²)]+0,4=14,9615м³
3. Определим количество сухого цемента:
G=
где: 1,01 – коэффициент, учитывающий потери цемента при использовании машин.

4. Определяем количество воды для приготовления раствора:
V_в=1,1*m*G=1,1*0,5*18,5=10,2м³.
5. Определяем объем буферной жидкости:
Так как кондуктор цементирует в интервале залегания пород склонных к обваливанию и набуханию, применяется буферная жидкость с низким показателем фильтрации, обработанная КМЦ и плотностью =1,02 г/см³.
а) Определяем максимальный объем:
V_б.max=0,785 +(Д²_в.н.- Д²_к )k;
где P_пл=4,7 мПа – пластовое давление;
=22⁰ – максимальный зенитный угол.
V_б.max=0,785 м³;
б) Определяем минимальный объем:
V_б.min=1,57(k-1+ )*(Д²_д – Д²_к)Н_ц.р.,
где =3 мм – толщина фильтрационной корки:
V_б.min=1,57(1,25-1+
Объем буферной жидкости принина V_буф=10м³.
6. Определяем объем продавочной жидкости
V_пр.ж.=0,785Д (L-h_ст)*К_сж,
где К_сж=1,03 – коэффициент сжимаемости жидкости за счет газа
V_пр.ж.=0,785*0,226²*520*1,03=21,4 м³.
7. Определим рабочее давление
P_раб=(_ц.р.- _б.р.)*(Н_ц-h)*0,01+0,001L+0,8,
где (_ц.р. - _б.р.) * (Н_ц - h) * 0,01 = P_с – давление необходимое для преодоления сопротивления, обусловленного разностями плотностей жидкости в трубах и затрубном пространстве
(0,001L+0,8)=P_гид – давление, необходимое для преодоления гидравлических сопротивлений.
P_раб=0,01(1,84-1,2)*540+0,001*550+0,8=4,2 мПа.
P_раб=4,2_пл=4,7.
8. Число цементированных агрегатов определяем исходя из условия получения скорости подъема цементного раствора в кольцевом пространстве у башмака колонны в момент продавки V=1,8 м/с. Так как продавка начинается на III-IV скорости, то число ЦА определяется по формуле:

где Q_max=0,785*k(Д -Д )*V=0,785*1,25(0,394²-0,324²)*1,8=8,8 л/с – производительность ЦА, при которой достигается наиболее полное вытеснение бурового раствора цементным, при заданной скорости;
q_IV – 10,7 л/с – производительность одного агрегата ЦА 320 М на четвертой скорости при диаметре втулок 125 мм и P_IV=6 мПа, тогда
агрегата.
9. Определяем количество смесителей 2 СМИ-20
,
где V_бун=14,5 м³ объем бункера 2 СМИ-20
_н=1,21 г/см³ – насыпная объемная масса цемента.
 принимаем m=2.
10. Определяем время цементирования
11. Определяем начало загустевания:
t₃=t_ц/0,75=40 мин.
12. Определяем забойную температуру
Т_з=Т_ср.г.+(1240/100)*Т₁₀₀.,
где Т_ср.г.= -2⁰с – среднегодовая температура
Т₁₀₀ – 1,8⁰с – увеличение температуры на каждые 100 м углубления
Т_з= -2⁰с+(550/100)*1,8=8⁰с.
13. Исходя из t_з=40 мин и Т_з=8⁰с выбираем цемент ПТЦ--50.
Результаты расчетов сводим в таблицу №18.


Эксплуатационная колонна
Исходные данные для расчета
L=1350 м – глубина спуска эксплуатационной колонны;
Д_эк._к=146 мм – наружный диаметр эксплуатационной колонны;
Д_д=215,9 мм – диаметр долота для бурения под эксплуатационную
колонну;
Н_к=550 м – глубина спуска кондуктора;
Д_вн.к.=226 мм – внутренний диаметр кондуктора;
Н_ц=1350 м – высота подъема цемента за колонной;
h_ст=10 м – высота цементного стакана;
m=0,5 – водоцементное отношение;
k=1,25 – коэффициент кавернозности;
_ц=3,15 г/см³ – плотность сухого цемента;
_б.р.=1,18 г/см³ – плотность бурового раствора;
_пр.ж.=1,18 г/см³ – плотность продавочной жидкости;
_в=1 г/см³ – плотность воды.
Решение:
1. Определяем плотность цементного раствора:
_ц.р.=(1+m)* _ц*_в/_в+m*_ц=(1+0,5)*3,15*1/1+0,5*3,15=1,84 г/см³.
2. Определим объем цементного раствора:
V_ц.р.=0,785*[k(Д -Д )*H₁+(Д -Д )*Н_н]+V_ц.ст.,
где: V_ц.ст=0,785 Д *h - объем цементного стакана;
Д_вн.эк = Д_эк.к - 2б = 146 – 14 = 132 мм – внутренний диаметр эксплуатационной колонны в зоне цементного стакана;
Н₁ = L - H_к = 1350 – 550 = 800 м – глубина не обс. части скважины.
V_ц._ст.=0,785*0,132²*10=0,138 м³;
V_ц.р.=0,785[1,25(0,2159²-0,146²)*800+(0,226²-0,146²)*550]+0,138=32,264 м³.
3. Определим количество сухого цемента:
G=
где: 1,01 – коэф., учитывающий потери цемента при использовании машин.
т
4. Определяем количество воды для приготовления раствора:
V_в=1,1*m*G=1,1*0,5*40=22 м³.
5. Определяем объем буферной жидкости: макс. объем и мин. объем:
V_б.max=0,785 +(Д²_в.н. – Д²_к)k,
где P_пл=12,7 мПа – пластовое давление;
=0⁰ – угол входа в пласт;
_б.ж.=1,02 г/см³ – плотность буферной жидкости.
V_б.max=0,785 м³;
V_б.min=1,57(k-1+ )*(Д²_д – Д²_к)Н_ц.р,
где =3 мм – толщина фильтрационной корки:
V_б.min=1,57(1,25-1+
Объем буферной жидкости принина V_буф=25 м³.
6. Определяем объем продавочной жидкости
V_пр.ж.=0,785Д²_вк (L-h_ст)*К_сж,
где К_сж=1,03 – коэффициент сжимаемости жидкости за счет газа
Д_{ср.вн.к.} =0,1339 м.
V_пр.ж.=0,785*0,1339²*(1350-10)*1,03=19,43 м³.
7. Определим рабочее давление9
P_раб=(_ц.р.- _б.р.)*(Н_ц-h)*0,01+0,001L+0,8,
где (_ц.р.- _б.р.)*(Н_ц-h)*0,01=P_с – давление необходимое для преодоления сопротивления, обусловленного разностями плотностей жидкости в трубах и затрубном пространстве
(0,001L+0,8)=P_гид – давление необходимое для преодоления гидравлических сопротивлений.
Формула Шищенко-Бакланова для скважин глубиной до 1500 м:
P_раб=0,01(1,84-1,18)*1340+0,001*1350+0,8=11 мПа.
8. Число цементированных агрегатов определяем исходя из условия получения скорости подъема цементного раствора в кольцевом пространстве у башмака колонны в момент продавки V=2 м/с-1,8 м/с.
Так как продавка начинается на III-IV скорости, то число ЦА по формуле:

где Q_max=0,785*k(Д -Д )*V=0,785*1,25(0,2159²-0,146²)*1,8=42,6 л/с – производительность ЦА, при которой достигается наиболее полное вытеснение бурового раствора цементным, при заданной скорости;
q_III – 8,9 л/с – производительность одного агрегата ЦА 320 М на третьей скорости при диаметре втулок 125 мм и Р_III=12 мПа, тогда
агрегатов
9. Определяем количество смесителей 2 СМН-20
,
где V_бун=14,5 м³ объем бункера 2 СМН-20
_н=1,21 г/см³ – насыпная объемная масса цемента.
 принимаем m=3.
10. Определяем время цементирования
11. Определяем начало загустевания:
t₃=t_ц/0,75=43 мин.
12. Определяем забойную температуру
Т_з=Т_ср.г.+(1240/100)*Т₁₀₀ = -2⁰с+12,4*1,8=20⁰с
где Т_ср.г.= -2⁰с – среднегодовая температура
Т₁₀₀ – 1,8⁰с – увеличение температуры на каждые 100 м углубления
13. Исходя из t_з=40 мин и Т_з=8⁰с выбираем цемент ПТЦ--50.
Результаты расчетов сводим в таблицу 18.
Результаты расчетов цементирования колонн
Таблица № 18

Показатель	Направление	Кондуктор	Эксплуатационная колонна
1. Плотность цементного раствора, г/см^3	1,84	1,84	1,84
2. Объем цементного раствора, м^3	1,5	15	32,3
3. Кол-во сухого цемента, т	1,8	18,5	40
4. Объем воды для приготовления раствора, м^3	1	10,2	22
5. Объем буферной жидкости, м^3		10	25
6. Объем продавочной жидкости, м^3	2,27	21,4	19,43
7. Рабочее давление, мПа	1,35	4,2	11
8. Скорость продавки, л/с	10,7	15,2	8,9
9. Кол-во агрегатов, шт	2	4	5
10 .Диаметр втулок, мм	115	125	125
11. Кол-во смесителей, шт	1	2	3
12. Время цементирования, мин	16	30	32
13. Марка цемента	ПТЦ-II-50	ПТЦ-II-50	ПТЦ-II-50