Технология бурения нефтяных и газовых скважин

По формуле (2.45):

 

Q_max>Q>

Q = 29,1 л/с

Диаметр втулки 160 мм, число двойных ходов поршня в минуту 100. Предусматривается использование 1 насоса.

Для интервала 2150-3050 м:

Расчеты производим аналогично интервалу 20-1100 м.

По формуле (2.46):

 

N =844 л.с

η_h=0,733

а_м=300∙10^-5

а_убт=8,5∙10^-5

a_п.т. = 800∙10^-5

По формуле (2.41):

A = (300+8.5∙156+1481+800)∙10^-5= 3907∙10^-5

A_p =

 

B = 1820∙10^-8+

По формуле (2.47):

L_доп =

Принимаем L = 3050 м

Для новых условий:

 

 

Q_max>Q>

Q = 21,8 л/с

Диаметр втулки 160 мм, число двойных ходов поршня в минуту 75. Предусматривается использование 1 насоса.

Результаты всех расчетов сводим в таблицу № 7.

Таблица № 7

Результаты расчета промывочной  жидкости по интервалам.

Интервал бурения, м	Диаметр втулок, мм	Число двойных ходов в  минуту	Производи-тельность насосов, л/с	Удельный вес БР, г/см3
0-1100	160	100	58,2	1,15
1100-2150	160	100	29,1	1,62
2150-3050	160	75	21,8	2,13

2.5.4. Частота вращения долота.

Частота вращения долота оказывает  различное влияние на показатели бурения. Так, при бурении шарошечными  долотами увеличение n ведет к соответствующему (пропорциональному) росту числа поражений забоя зубцами шарошек, скорости удара зубцов о породу, динамической составляющей (ударной) нагрузки на долото. Все это повышает эффект разрушения породы долотом, вызывает рост механической скорости проходки. Вместе с тем эти факторы резко сокращают долговечность долота.

Частота вращения долота является одним из важных факторов, определяющих выбор способа углубления скважины. Основными критериями выбора оптимальной  частота вращения являются стоимость метра проходки (приведенных затрат на метр проходки) и рейсовая скорость проходки.

Для интервала 20-1100 м:

n= ;          (2.49)

n=

Для интервала 1100-2150 м:

n= n_x -          (2.50)

где n_x - скорость вращения вала турбобура при холостом режиме, - тормозной момент турбобура, момент трения в пяте турбобура.

n_x= 2∙n_опт;

n_опт=A_n∙Q          (2.51)

где n_опт - скорость вращения вала турбобура, A_n- коэффициент скорости вращения вала турбобура.

A_n = = 19.5         (2.52)

где - скорость вращения вала турбобура при max скорости.   

n_опт = 9.5 ∙ 41= 389.5 об/мин

n_x = 2∙389.5= 779 об/мин

M_т= 2M_опт          (2.53)

где M_т – тормозной момент турбобура, M_опт – оптимальный момент

M_опт = A_м∙ ∙ Q²         (2.54)

где A_м - коэффициент момента турбобура, – удельный вес глинистого раствора.

A_м=           (2.55)

где A_м – коэффициент момента турбобура, - вращающий момент на валу турбобура.

        

= 0,5∙1,62∙41² = 1362 кгс∙с

M_т = 2∙1362= 2724 кгс∙с

M_п= r_ср∙µ_р∙ |G_ос – G|;         (2.56)

где r_ср- средний радиус трения в пяте турбобура, G – осевая нагрузка на долото, G_ос – максимальная осевая нагрузка,

r_ср= ;         (2.57)

где r_ср – средний радиус трения в пяте турбобура, , - наружный и внутренний радиус поверхности трения.

r_ср =

µ_р= 0,00415 м²

G_ос= G_г+ G_р.т          (2.58)

где G_ос – максимальная осевая нагрузка, G_г - гидравлическая нагрузка, G_р.т – веем вращающейся системы (вала турбобура, долота).

G_г= E²         (2.59)

где E – коэффициент гидравлической нагрузки.

F= 1.15 .         (2.60)

F=1.15∙

G_г=0.48∙1.62∙41²=1.31 тс

G_р.т= 0,64 т

По формуле (2.58):

G_ос= 1,31+0,64=1,95 тс

По формуле (2.56):

M_n= 0.056∙0.00415 |1950-5000| = 0.71 кгс∙м

M_D= 4.53∙K∙G∙D_д;         (2.61)

K – коэффициент, для изношенного шарошечного долота, G – осевая нагрузка на долото, D_д - диаметр долота.

M_D = 4,53∙0,2∙5∙26,9=121,9 кгс∙м

По формуле (2.50):

n=779 -

G_тор= ;         (2.62)

G_тор- тормозная нагрузка, - тормозной момент турбобура, средний радиус трения в пяте турбобура.

G_тор=

Для интервала 2150-3050 м:

Расчеты производим аналогично интервалу 1100-2150 м.

Определим частоту вращения по формуле (2.50):

n= n_x- ;

где n_x - скорость вращения вала турбобура при холостом режиме, - тормозной момент турбобура, момент трения в пяте турбобура.

n_x= 2n_опт;

где n_x - скорость вращения вала турбобура при холостом режиме, n_опт - скорость вращения вала турбобура при производительности насосов Q.

n_опт=;

 – коэффициент  скорости вращения вала турбобура. 

По формуле (2.52):

;

где - скорость вращения вала турбобура при max скорости.   

 

n_опт= 54.3∙16.4=890.5 об/мин

n_x= 2∙890.5=1781 об/мин

По формуле (2.53):

M_T= 2M_опт

M_опт = A_м∙∙Q²;

где M_опт – оптимальный момент, A_м- коэффициент момента турбобура, – удельный вес глинистого раствора.

По формуле (2.55):

A_м = ;

где где A_м – коэффициент момента турбобура, - вращающий момент на валу турбобура, – удельный вес глинистого раствора.

_{= 1.37}

M_опт = 1.37∙2.13∙16.4²= 785 кгс∙м

M_т = 2∙785= 1570 кгс∙м

По формуле (2.56):

М_п = _∙ |G_ос – G|

r_ср =

r_{ср =}

M_p= 0.00178 м²

По формуле (2.58):

G_ос = G_г+G_р.т

G_г = E ∙

E = 1.15∙ A_p∙

G_г= 3.1∙2.13∙16.4²= 1.78 тс

G_р.т= 0.48 тс

G_ос = 1,78+0,48=2,26 тс

M_п = 0,04∙0,00178 |2260-7515|= 0.37 кгс∙м

По формуле (2.61):

M_д= 4,53∙ k∙G∙D_д

M_д= 4,53∙0,2∙7,5∙17,1=116,2 кгс∙м

По формуле (2.50):

n=1781-

По формуле (2.62):

G_тор = ;

где G_тор - тормозная нагрузка, - тормозной момент турбобура, средний радиус трения в пяте турбобура.

G_тор =

 

2.6. Цементирование скважины.

2.6.1 Расчёт цементирования обсадных колонн

При расчете цементирования скважин определяем количество сухого цемента и воды для затворения цементного раствора, количество продавочной жидкости, возможное максимальное давление к концу цементирования, допустимое время цементирования, число цементировочных агрегатов.

Расчет цементирования направления Æ473 мм

Производим расчет одноступенчатого цементирования направления Æ473 мм, спущенного на глубину 20 м, при следующих условиях: диаметр долота D_д=630 мм; наружный диаметр обсадных труб d_н=473,1 мм; внутренний диаметр обсадных труб d_в=450,9 мм; высота подъема цементного раствора h=20 м; плотность бурового раствора r_р=1050 кг/м³; плотность цементного раствора r_цр=3150 кг/м³; кольцо «стоп» установлено на высоте h₀=5 м от башмака.

Определяем объем цементного раствора, подлежащего закачке в  скважину, V_цр, м³. В нашем случае k₁=1,5. Тогда

V_цр = 0,785× [(k×D_д²– d_н²)h + d_в²h_о] = 0,785× [(1,5×0,630² – 0,4731²) 20 + 0,4509²×5] = 6,6 м³.            (2.63)

Количество сухого цемента  для приготовления цементного раствора G_ц, т.

G_ц = (1/(1+m))×V_цр×r_цр  = (1/(1+0,5))×6,6×3150 = 13860 кг = 13,86 т.   (2.64)

Количество сухого цемента, которое необходимо заготовить с  учетом потерь при затворении, G^I_ц, т. В нашем случае k₂=1,01, так как предусматриваем использование машин, тогда:

= 1,01×13,86 = 14 т.       (2.65)

Определяем необходимое  количество воды для приготовления  цементного раствора 50%-й консистенции V_в, м³:

V_в = G_ц×m = 0,5×14 = 7 м³.        (2.66)

Потребное количество продавочной жидкости V_пж, м³. Коэффициент, учитывающий сжатие глинистого раствора k_ж=1,04:

V_пж = 0,785 k_ж d_в²(h – h₀) = 0,785×1,04×0,4509²×(20 – 5) » 2,5 м³   (2.67)

Рассчитаем давление, развиваемое  насосом в последний момент закачки  продавочной жидкости, р_mах, Па:

р₁ = 10^-5×[(h – h₀)×(r_цр – r_р)] = 10^-5×[(20 – 5)×(3150 – 1050)] » 0,315 МПа;

р₂ = 0,001 h + 0,8 = 0,001×20 + 0,8 = 0,82 МПа

р_тах = р₁ + р₂ = 0,315 + 0,82 = 1,135 МПа.      (2.68)

Время цементирования t, мин.:

t = (V_цр + V_пж) / Q_ца + t_во=(6,6 + 2,5) / 0,87 + 15 » 25 мин.    (2.69)

Расчет цементирования кондуктора Æ299 мм

Производим расчет одноступенчатого цементирования кондуктора    Æ299 мм, спущенного на глубину 1100 м, при следующих условиях: диаметр долота D=444,5 мм; наружный диаметр обсадных труб d_н=298,5 мм; внутренний диаметр обсадных труб d_в=279,5 мм; высота подъема цементного раствора h=1100 м; плотность бурового раствора r_р=1150 кг/м³; плотность цементного раствора r_цр=3150 кг/м³; кольцо «стоп» установлено на высоте h₀=20 м от башмака.

Объем цементного раствора, подлежащего закачке в скважину (k₁=1,5) определим по формуле (2.63):

V_цр = 0,785×[(1,5×0,4445² – 0,2985²) ×1100 + 0,2795² ×20] = 184,8 м³.

Количество сухого цемента  для приготовления цементного раствора определим по формуле (2.64) т=0,5):

G_ц = (1/(1 + 0,5))×184,8×3150 » 388,1 т.

Количество сухого цемента  с учетом потерь при затворении цементного раствора (k₂=1,01) определим по формуле (2.65):

G^I_ц = 1,01×388,1 = 392 т.

Необходимое количество воды для приготовления цементного раствора 50%-й консистенции (т=0,5) определим по формуле (2.66):

V_в =0,5×392 = 196 м³.

Потребное количество продавочной жидкости (k_ж=1,04) определим по формуле (2.67):

V_пр = 1,04×0,785×0,2795²×(1100 – 20) = 68,9 м³.

Давление, развиваемое насосом  в последний момент закачки продавочной жидкости, определим по формуле (2.68):

р₁ = 10^-5×[(1100 – 20)×(3150 – 1150)] = 21,6 МПа;

р₂ = 0,001×1100 + 0,8 » 1,9 МПа;

р_тах = 21,6 + 1,9 » 23,5 МПа.

Время цементирования t, мин. определим по формуле (2.69):

t = (V_цр + V_пж) / Q_ца + t_во=(184,8 + 68,9) / 0,87 + 15 » 307 мин.

Расчет цементирования технической колонны Æ194 мм

Производим расчет одноступенчатого цементирования 1-й технической колонны Æ194 мм, спущенной на глубину 2150 м, при следующих условиях: диаметр долота D=269,9 мм; наружный диаметр обсадных труб d_н=193,7 мм; внутренний диаметр обсадных труб d_в=177,1 мм; высота подъема цементного раствора h=2150 м; плотность бурового раствора r_р=1620 кг/м³; плотность цементного раствора r_цр=3150 кг/м³; кольцо «стоп» установлено на высоте h₀=   =20 м от башмака.

Объем цементного раствора, подлежащего закачке в скважину, определим по формуле (2.63):

V_цр = 0,785× [(1,5×0,2699² – 0,1937²)×2150 + 0,1771²×20] = 121,6 м³.

Количество сухого цемента  для приготовления цементного раствора определим по формуле (2.64):

G_ц = (1/(1+0,5))×121,6×3150 = 255,3 т.

Количество сухого цемента  с учетом потерь при затворении цементного раствора определим по формуле (2.65):

G^I_ц = 1,01×255,3 » 257,8 т.

Необходимое количество воды для приготовления цементного раствора 50%-й консистенции определим по формуле (2.66):

V_в =0,5×257,8 = 128,9 м³.

Потребное количество продавочной жидкости определим по формуле (2.67):

V_пр = 1,04×0,785×0,1771² (2150 – 20) = 54,5 м³.

Давление, развиваемое насосом  в последний момент закачки продавочной жидкости, определим по формуле (2.68):

р₁ = 10^-5 [(2150 – 20) (3150 – 1620)] = 32,6 МПа;