Особенности гидравлической программы цементирования вертикальной скважины на Коробковской площади . Леушева Е.Л. Ухтинский государственный технический университет Как известно, после закачки некоторого количества цементного раствора может наступить “отрывное” течение с нулевым давлением на цементировочной головке. Основным отрицательным следствием появления отрывного течения является потеря контроля за расходом жидкости. В результате, например, вместо запланированного “пробкового” (структурного режима с достаточно большим диаметром структурного ядра) или турбулентного режима, можно оказаться в области ламинарного течения с наихудшими параметрами вытеснения. Расчеты показывают, что игнорирование “отрывного” течения, когда своенравное поведение “оторвавшегося” потока может ввести режим в невыгодную область, часто приводит к плачевным результатам: преждевременному выходу цемента на устье из-за чрезмерного проникновения вытесняющей жидкости в вытесняемую, возникновению больших объемов смесей цементного и бурового растворов с высокими СНС, ДНС, пластической вязкости, но с низкими прочностными показателями цементного камня. Могут образовываться пачки смесей бурового и цементного растворов со столь высокими структурно-механическими показателями, что потери давления сделают жидкость непрокачиваемой, вынуждая оставлять цементный раствор в трубах. При разработке и расчете особенностей гидравлической программы цементирования обсадной эксплуатационной колонны диаметром 168 мм на 702 – П (поисковой) скважине Коробковской площади, применялась программа разработанная на кафедре бурения УГТУ Исходные данные для расчета: - длина секции - 1550 м; - интервал расположения секции в скважине - 800...2350 м; - применялись облегченный цемент с плотностью цементного раствора 1450...1500 кг/м3 и чистый цемент со средней плотностью раствора 1850 кг/м3; объемы растворов составили соответственно 44 и 8 м3. - плотность бурового раствора и продавочной жидкости - 1080 кг/м3 - коэффициент кавернозности в интервале цементирования: 800 - 2170м – 1,28; 2170 - 2350м – 1,08 Рассмотрим 3 режима цементирования данной скважины: - турбулентный (расход на насосе 56л); - «пробковый» (расход на насосе 16л): - «пробковый» (расход на насосе 30 и 9 л) Турбулентный режим цементирования Турбулентный режим цементирования с расходом 56л Момент времени перед выходом цемента в кольцевое пространство На 24-й минуте цементирования происходит разрыв слабого пласта Расход и давление при цементировании колонны с использованием турбулентного режима нет "отрыва" 70 Б уф ер Продавка с буфером жидкостью Выход цемента в затрубье Закачка цемента Закачка цементного раствора в 10 60 Длина "отрыва", м Расход, дм3/с 50 40 30 Расход на насосе, л/c Расход из скважины, л/с 20 Длина "отрыва", м 10 0 0 0 5 10 15 Время, мин 20 25 30 «Пробковый» режим цементирования, с расходом 16л «Пробковый» режим с расходом 16л 1 2 3 4 5 1-начало цементирования; 2-начало «отрывного» течения; 3-начало продавки цемента; 4конец «отрыва»; 5-колонна зацементирована. Расход и давление при цементировании колонны с использованием «пробкового» режима (16л) нет "отрыва" 25 Бу ф "отрывное" течение (не управляемый режим) нет "отрыва" Продавка с буферной жидкостью Закачка цемента 400 Выход цемента в затрубье цемент в трубах 350 20 Длина "отрыва", м Расход, дм3/с 300 250 15 200 10 150 Расход на насосе, л/c Расход из скважины, л/с Длина "отрыва", м 5 100 50 0 0 0 10 20 30 40 50 Время, мин 60 70 80 90 100 «Пробковый» режим цементирования, с расходом 30 и 9л » режим с расходами 30 и 9л 1 2 3 4 5 6 1-начало закачки на расходе 30л; 2-начало «отрывного» течения; 3- На 22-й минуте, перед выходом цемента в кольцо, снижаем расход до 9 л, для улучшения степени вытеснения бурового раствора из кольцевого затрубного пространства и повышения качества цементирования; выход цемента в кольцо; 4- начало продавки; 5- конец отрывного течения; 6колонна зацементирована. Расход и давление при цементировании колонны с использованием «пробкового» режима (30 и 9л) нет 40 Бу - "отрывное" течение (не управляемый нет "отрыва" Продавка с буферной жидкостью Закачка цемента цемент в трубах Выход цемента в затрубье 350 35 300 Расход на насосе, л/c Расход из скважины, л/с Длина "отрыва", м 250 Длина "отрыва", м Расход, дм3/с 30 25 200 20 150 15 100 10 50 5 0 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Время, мин 80 90 100 110 120 130 Введем понятие «относительный размер пробки», являющийся отношением радиуса «пробки» (структурного ядра) к сечению потока. Оно применяется для структурного режима течения и характеризует качество вытеснения жидкости. Для лучшего замещения жидкости при «пробковом» режиме этот коэффициент должен быть не менее 0,95…0,9. Давление на слабый пласт и потери в затрубье при турбулентном режиме цементирования 60 50 Давление, МПа давление гидроразрыва слабого пласта 40 Давление на слабый пласт, МПа 30 Потери в кольце, МПа Давление на устье, МПа 20 10 0 0 5 10 15 Время, мин 20 25 30 Давление на слабый пласт и потери в затрубье при «пробковом» режиме цементирования (16л) 0.94 Давл. на слабый пласт, МПа 35 0.93 Потери в кольце, МПа выход цемента в к.п. 40 Давление на устье, МПа 0.92 ro/R -отн. размер "пробки" 0.91 Давление, МПа 0.9 30 0.89 0.88 25 0.87 20 0.86 0.85 15 0.84 10 0.83 0.82 5 0.81 0 0.8 0 10 20 30 40 50 Время, мин 60 70 80 90 100 Относительный размер "пробки" 45 Давление на слабый пласт и потери в затрубье при «пробковом» режиме цементирования (30 и 9л) 0.94 выход цемента в к.п 40 0.93 0.92 30 Давление, МПа 0.91 25 0.9 20 0.89 Давл. на слабый пласт, МПа 15 0.88 Потери в кольце, МПа Давление на устье, МПа 0.87 ro/R -отн. размер "пробки" 10 0.86 5 0.85 0 0.84 0 10 20 30 40 50 60 70 Время, мин 80 90 100 110 120 130 Относительный размер "пробки" 35 Компьютерное моделирование при разработке гидравлической программы цементирования обсадной эксплуатационной колонны диаметром 168 мм на 702 – П (поисковой) скважине Коробковской площади, позволило выявить особенности гидравлической программы: - «отрывное течение» в пробковом режиме; - технологическую невозможность реализации турбулентного режима из-за возможного гидроразрыва слабого пласта и нехватки цементировочной техники. -начальную стадию цементирования выполнять на более высокой подаче насоса, что сокращает время цементирования, а дальнейшее цементирование выполняется в «пробковом» режиме, что позволяет лучше вытеснить жидкость из скважины и улучшить качество цементирования. В случае изменения объемов цементных растворов, их реологических характеристик, сечений затрубного пространства потребуется заново подобрать гидравлические режимы.