Для колонны диаметром 245 мм:

Vц = 0,785*[1,15*(0,29532 – 0,2452)*850 + 0,23052*20] = 13,63 м3

Для колонны диаметром 146 мм:

Интервал 0 – 1500 м:

Vг.ц. = 0,785*[1,15*(0,21592 – 0,1462)*1500 + 0,1332*20] = 71,77 м3

Интервал 1500 – 3160:

Vц = 0,785*[1,15*(0,21592 – 0,1462)*1660 + 0,1332*20] = 7,19 м3

Общий объем цементного раствора для колонны: 71,77 + 7,19 = 78,96м3

2.5.2 Расчет количества сухого цемента

Количество сухого цемента для приготовления цементного раствора определяют из выражения:

Qц = ρц*Vц*1/(1+m),

где m – водоцементное отношение; ρц – плотность цементного раствора, кг/м3, ее можно рассчитать по формуле:

ρц = [(1+m)* ρс.ц.* ρв] / [ρв +m* ρс.ц.].

где ρс.ц. – плотность сухого цемента, г/см3; ρв – плотность воды, г/см3.

ρц = [(1+0,5)* 3,15.* 1] / [1 +0,5*3,15] = 1,85 г/см3.

Для колонны диаметром 324 мм:

Qц = 1420*2,02*1/(1+0,5) = 1912,27 кг = 1,91 т,

Для колонны диаметром 245 мм:

Qц = 1420*13,63*1/(1+0,5) = 12903,07 кг = 12,9 т,

Для колонны диаметром 146 мм:

Интервал 0 – 1500 м: Количество гель-цементного порошка составит:

Q г.ц = 1420*71,77*1/(1+1,1) = 67942,27 кг = 67,94 т.

(Цементного порошка: 40,76 т, глинопорошка: 27,17 т).

Интервал 1500 – 3160 м:

Qц = 1850*7,19*1/(1+0,5) = 8915,6 кг = 8,92 т,

Общий объем цемента для колонны: Qц = 67,94 + 8,92 = 76,86 т.

Количество сухого цемента, которое необходимо заготовить с учетом потерь при затворении цементного раствора, вычислим по формуле:

Qц1 = К2*Qц,

где К2 – коэффициент, учитывающий наземные потери при затворении цементного раствора. Если затворение производится без цементно-смесительных машин, К2 = 1,054-5-1,15, при использовании цементно-смесительных машин К2 = 1,01. В нашем случае К2 = 1,01.

Для колонны диаметром 324 мм:

Qц1 = 1,01*1,91 = 1,93 т,

Для колонны диаметром 245 мм:

Qц1 = 1,01*12,9 = 13,03 т,

Для колонны диаметром 146 мм:

Интервал 0 – 3000 м:

Qц1 = 1,01*67,94 = 68,62 т,

Интервал 3000 – 3290 м:

Qц1 = 1,01*8,92 = 9 т,

Общее количество сухого цемента с учетом потерь для колонны:

Qц1 = 68,62 + 9 = 77,62 т.

2.5.3 Расчет количества воды

Необходимое количество воды для приготовления цементного раствора 50%-ной консистенции находится из выражения:

Vв = 0,5*Qц,

Для колонны диаметром 324 мм:

Vв = 0,5*2,5 = 1,25 м3.

Для колонны диаметром 245 мм:

Vв = 0,5*16,9 = 8,45 м3.

Для колонны диаметром 146 мм:

Vв = 1,1*67,94 + 0,5*8,92 = 79,19 м3.

2.5.4 Расчет количества продавочной жидкости

Потребное количество продавочной жидкости (в качестве которой часто используют буровой глинистый раствор) определяется по формуле:

Vпр = Δ*π*d22*(Н – h)/4,

где Δ – коэффициент, учитывающий сжатие глинистого раствора (Δ = 1,03 – 1,05).

Подставив значения, получим:

Для колонны диаметром 324 мм:

Vпр = 1,03*3,14*0,30592*(35 – 5)/4 = 2,26 м3.

Для колонны диаметром 245 мм:

Vпр = 1,03*3,14*0,23052*(850 – 20)/4 = 35,65 м3.

Для колонны диаметром 146 мм:

Vпр = 1,03*3,14*0,1332*(3160 – 20)/4 = 44,90 м3.

Очень часто на практике для быстрого определения Vпр пользуются следующей эмпирической формулой:

Vпр = Dн2*Н1/2,

где Dн – номинальный наружный диаметр колонны труб, спущенных в скважину, в дюймах;

Dн2/2 – количество продавочной жидкости, необходимое для заполнения 1 м спущенных труб, л;

Н1 – глубина установки кольца "стоп", т.е. глубина продавки цементного раствора.

Для эксплуатационной колонны:

Vпр = 5*3270/2 = 40875 л = 40,88 м 3.

2.5.5 Расчет давления при закачке

Максимальное давление перед посадкой верхней пробки на упорное кольцо определяется из уравнения:

Рmax = Р1 + Р2,

где Р1 – давление, необходимое для преодоления сопротивления, обловленного разностями плотностей жидкости в трубах и затрубном пространстве;

Р2 - давление, необходимое для преодоления гидравлических сопротивлений.

Р1 = (1/105)*[(Нц – h)*(ρц – ρр)], МПа

Величину Р2 обычно находят по эмпирическим формулам. Наиболее распространенной является формула Шищенко-Бакланова; для скважин глубиной более 1500 м:

Р2 = 0,001*Н + 1,6 МПа.

Для колонны диаметром 324 мм:

Р1 = (1/105)*[(30 – 5)*(1420 – 1100)] = 0,08 МПа

Р2 = 0,001*30 + 1,6 = 1,63 МПа.

Рmax = 0,08 + 1,62 = 1,7 МПа.

Для колонны диаметром 245 мм:

Р1 = (1/105)*[(850 – 20)*(1420 – 1100)] = 2,66 МПа

Р2 = 0,001*850 + 1,6 = 2,45 МПа.

Рmax = 2,66 + 2,45 = 5,11 МПа.

Для колонны диаметром 146 мм:

Р1 = (1/105)*[(1500 – 20)*(1420 – 1100) + 1660*(1860 – 1200)] = 15,7 МПа

Р2 = 0,001*3160 + 1,6 = 4,76 МПа.

Рmax = 15,7 + 5,26 = 13,73 МПа.

2.5.6 Расчет количества цементированных агрегатов

Число цементировочных агрегатов определяю, исходя из условия получения скорости подъема цементного раствора в кольцевом пространстве у башмака колонны в момент начала продавки (не менее 15 м/с для кондуктора и промежуточных колонн инее менее 1,8 – 2,0 м/с для эксплуатационных колонн); это условие вытекает из предположения, что увеличение скорости движения цементного раствора в затрубном пространстве способствует более полному вытеснению глинистого раствора и замещению его цементным.

Часто ствол скважины искривлен, имеет локальные расширения, а колонна не строго сцементирована в нем. В подобных случаях целесообразно цементный раствор вытеснять из колонны, поддерживая небольшую скорость подъема цементного раствора в затрубном пространстве (ω = 0,1-0,4 м/с). Так же следует поступать и в том случае, если колонна хорошо центрирована, но создать турбулентный режим течения цементного раствора в затрубном пространстве невозможно. Так как продавка почти всегда начинается на высшей скорости (как правило, на IV), то количество агрегатов из условия обеспечения скорости (м. v/c) подъема цементного раствора в затрубном пространстве определяют по формуле:

Nц.а = [0,785*К1*(D2 – d12)*ω/QIV] + 1,

где QIV – производительность цементировочного агрегата на IV скорости, м3/с.

Выбираем цементировочный агрегат типа ЦА-320М с установленными в его насосе 9Т цилиндровыми 127-мм втулками (с этими втулками можно работать при рmax в конце цементирования). Максимальная производительность при этом 0,9 м3/мин при давлении 6,1 МПа.

Для колонны диаметром 324 мм:

nц.а = [0,785*1,2*(0,39372 – 0,3242)*1,5/60] + 1 = 2 агрегата.

Учитывая установившуюся практику буровых работ в данном районе, принимаем nц.а. = 1 агрегат.

Для колонны диаметром 245 мм:

nц.а = [0,785*1,2*(0,29532 – 0,2452)*1,5/60] + 1 = 3 агрегата.

Учитывая опыт работ в данном районе, принимаем 2 агрегата.

Для колонны диаметром 146 мм:

nц.а = [0,785*1,2*(0,21592 – 0,1462)*2/(0,9/60)] + 1 = 5 агрегатов.

Учитывая установившуюся практику буровых работ в данном районе, принимаем nц.а = 9 агрегатов ЦА-320М.