расчет цементации эксплуатационного хвостовика

расчет цементации эксплуатационного хвостовика: Обзор

Расчет цементации эксплуатационного хвостовика является ответственным инженерным процессом при строительстве скважин., направлена ​​на обеспечение полной и прочной гидроизоляции между обсадной колонной и геологическими пластами.. Эта операция является фундаментальной для зональной изоляции., предотвращение миграции жидкости между подземными слоями, и обеспечение структурной поддержки ствола скважины. Точный расчет – это не единая формула, а комплексный процесс проектирования, включающий тщательное определение объема цементного раствора., Требования к вытесняющей жидкости, управление давлением, и свойства навоза. Он должен учитывать геометрию ствола скважины., характеристики пласта, потенциальные опасности, такие как потеря циркуляции или приток газа, и конкретные долгосрочные цели скважины. Невыполнение этих расчетов может привести к дорогостоящим ремонтным работам или поставить под угрозу целостность и продуктивность всей скважины..

Ключевые компоненты процесса расчета

Проектирование основано на нескольких взаимозависимых параметрах..

1. Расчет объема суспензии: Это основополагающий шаг. Общий объем необходимого цементного раствора представляет собой сумму:

   • Кольцевой объем заполнения: Рассчитано с использованием диаметра открытого отверстия. (или предыдущий идентификатор корпуса) и внешний диаметр вкладыша (ИЗ). Для учета размывов ствола скважины крайне важно использовать данные кавернометрического каротажа, а не теоретический размер долота..
   • Объем гусеницы: Объем внутри вкладыша в его нижней части.
   • Объем воротника корпуса: Учитывайте увеличенный объем смещения из-за бурильных замков..
   • Избыточный объем: Критический фактор безопасности (обычно 10-50% или больше) добавлен для компенсации неровностей ствола скважины, потери, и неопределенности.
     Основная формула кольцевого объема:: Volume = Capacity Factor × Length, где коэффициент мощности (баррель/фут или м³/м) выводится из стандартных таблиц или рассчитывается как π/4 × (D_hole² - D_liner_OD²).

2. Гидростатическое давление и управление ECD: Инженеры должны моделировать гидростатическое давление, оказываемое столбом жидкости. (прокладка, цементный раствор, вытесняющая жидкость) во время размещения. Эквивалентная циркулирующая плотность (РДРВ) должен быть рассчитан так, чтобы гарантировать, что он остается ниже градиента трещины самого слабого пласта. (чтобы избежать потерь) и выше порового давления (чтобы предотвратить приток). Это часто определяет плотность жидкого раствора и его реологию..

3. Мониторинг объема смещения и давления: Объем жидкости (обычно буровой раствор) необходимое для вытеснения пульпы из рабочей колонны в затрубное пространство должно быть точно рассчитано до момента удара пробки. Мониторинг давления в реальном времени во время смещения необходим для подтверждения правильного размещения..

4. Расчет свойств навозной жижи: Расчеты распространяются на определение свойств раствора на основе скважинных условий.:

   • плотность: Предназначен для контроля давления..
   • Время загустения: Должно быть достаточно для безопасного размещения с запасом на непредвиденные обстоятельства..
   • Контроль потерь жидкости: Критически важен для предотвращения обезвоживания в проницаемых зонах..
   • Развитие прочности на сжатие: Предназначен для последующих операций, таких как предварительное сверление или перфорация..

Критические соображения: Метод сбалансированной пробки против. Традиционный метод

Для цементирования хвостовика, особенно в наклонно-направленных скважинах, выбор метода влияет на сложность расчета.

Особенность	Обычное перемещение	Метод сбалансированной вилки
Основной принцип	Вытесняйте суспензию непосредственно грязью до тех пор, пока верхняя пробка не ударится..	Использует расчетный объем прокладки перед и за жидким навозом.; после смещения, рабочая струна натянута выше точки равновесия.
Контроль давления	Более высокий риск образования U-образной трубы после смещения, если буровой раствор плотный. < плотность суспензии.	Создает сбалансированную гидростатическую колонну перед извлечением., снижение риска мазка/помпа и потенциального притока газа.
Сложность расчета	Упрощенные расчеты объема.	Более сложный; требует точного расчета объемов прокладок и глубины точки равновесия, чтобы гарантировать, что навозная жижа не выпадет обратно и не будет чрезмерно вытеснена.
Типичное применение	Вертикальные или пологие скважины со стабильными пластами.	Наклонные/горизонтальные скважины, скважины с узкими окнами давления, или там, где высок риск миграции газа.

Практический пример из реальной жизни: Северное море, высокое давление, высокая температура (HPHT) Хорошо

Крупный оператор пробурил разведочную скважину HPHT в Северном море с узким диапазоном между поровым давлением и градиентом трещинообразования.. Эксплуатационный хвостовик необходим для изоляции нескольких газовых песков под высоким давлением..

• Испытание: Цементирование без потерь и миграции газа имело первостепенное значение.. Стандартных расчетов оказалось недостаточно из-за экстремальных температур. (~180°С/356°Ф) и давление.
• Решение & Фокус расчета:
  1. Имитационная модель методом конечных элементов использовалась наряду с традиционными расчетами для прогнозирования профилей температуры/давления во время размещения..
  2. Конструкция суспензии ориентирована на сверхнизкую потерю жидкости. (< 20 мл/30 мин.), поведение утолщения под прямым углом, и расширяющие присадки для борьбы с образованием микрозазоров при охлаждении.
  3. Объемы рассчитывались с помощью 25% превышение основано на данных ультразвукового каверномера, показывающих значительные размывы в сланцевых разрезах.
  4. Для тщательного контроля ЭЗД был использован модифицированный метод сбалансированной пробки с использованием тяжелых прокладок, утяжеленных тетраоксидом марганца..
• Результат: Данные о давлении в реальном времени соответствуют смоделированным прогнозам внутри 5%. Последующая оценка каротажа связи показала превосходную изоляцию зон во всех целевых интервалах., проверка передового подхода к расчетам и проектированию.

Часто задаваемые вопросы

1. вопрос: Почему мы не можем просто использовать теоретический диаметр ствола скважины для расчета объема??
   а: Использование теоретического размера долота не учитывает размыв ствола скважины., что характерно для мягких пород, таких как сланцы. Это приводит к существенному занижению необходимого объема цемента. (>30% В некоторых случаях), в результате образуется неполная цементная колонна, которая не обеспечивает изоляцию.

2. вопрос: Что такое "миграция газа" при цементировании, и как расчеты помогают предотвратить это?
   а: Миграция газа происходит, когда пластовый газ попадает в незакрепившуюся цементную колонну при падении гидростатического давления из-за потери жидкости или гелеобразования/усадки объема после закладки.。 Расчеты помогают, информируя конструкции, которые минимизируют это падение давления, например., расчет правильных значений потерь жидкости (<50 мл/30 мин.), проектирование сжимаемых пеноцементов там, где это необходимо，и планирование дистанционных поездов, которые повышают эффективность удаления бурового раствора。

3.вопрос：Как централизация влияет на расчеты цементации？
а：Хотя централизация не меняет общий объем，это существенно влияет на эффективность кольцевого потока。Плохая централизация (низкое расстояние) в наклонно-направленных скважинах создает узкую сторону, из которой буровой раствор не может быть эффективно удален.，ведущие к ченнелингу。Расчеты должны гарантировать, что расстояние между центраторами соответствует стандартам API RP10D-4.，что влияет на прогнозы давления трения (ECD) и в конечном итоге влияет на успех。

4.вопрос：Что такое "вести"и"хвост"суспензии，и почему они используются?
а：Обычно используется система с двумя суспензиями (ведущий/хвостовой).。Низкая плотность，верхние уплотнения из «свинцовой» суспензии большего объема，более слабые зоны экономически эффективно。Более высокая плотность，высокопроизводительный «хвостовой» раствор покрывает критические производственные зоны。Расчеты отдельных объемов/свойств для каждого；хвостовая суспензия часто имеет превосходную прочность，Контроль потерь жидкости，и химическая стойкость。

5.вопрос：Что произойдет, если мы "ударить вилку"при давлении выше расчетного?
а：Давление, превышающее расчетное, указывает на препятствие, которое, вероятно, вызвано преждевременным загустением суспензии.，перемычка в кольцевом пространстве，или недостаточный избыточный объем, что приводит к посадке верхней пробки на затвердевший цемент。Это сигнализирует о возможном неправильном размещении в скважине (например, цемент остался внутри рабочей колонны).，требуется немедленная оценка с помощью каротажа верхней части цемента, прежде чем продолжить。