tính toán xi măng lót sản xuất

tính toán xi măng lót sản xuất: Tổng quan

Tính toán xi măng lót sản xuất là một quá trình kỹ thuật quan trọng trong xây dựng giếng, nhằm mục đích đảm bảo độ kín thủy lực hoàn chỉnh và bền giữa dây vỏ và các thành tạo địa chất. Hoạt động này là cơ bản để cô lập khu vực, ngăn chặn sự di chuyển chất lỏng giữa các lớp dưới bề mặt, và cung cấp hỗ trợ cấu trúc cho giếng. Tính toán chính xác không phải là một công thức duy nhất mà là một quá trình thiết kế toàn diện bao gồm việc xác định tỉ mỉ khối lượng vữa xi măng, yêu cầu về chất lỏng dịch chuyển, quản lý áp lực, và tính chất bùn. Nó phải tính đến hình dạng giếng, đặc điểm hình thành, các mối nguy hiểm tiềm ẩn như mất lưu thông hoặc tràn khí, và các mục tiêu giếng dài hạn cụ thể. Thất bại trong những tính toán này có thể dẫn đến các hoạt động khắc phục tốn kém hoặc ảnh hưởng đến tính toàn vẹn và năng suất của toàn bộ giếng.

Các thành phần chính của quá trình tính toán

Thiết kế xoay quanh một số thông số phụ thuộc lẫn nhau.

1. Tính toán khối lượng bùn: Đây là bước nền tảng. Tổng khối lượng vữa xi măng cần thiết là tổng của:

   • Khối lượng lấp đầy hình khuyên: Tính toán bằng đường kính lỗ mở (hoặc ID vỏ trước đó) và đường kính ngoài của lớp lót (CỦA). Điều quan trọng là sử dụng dữ liệu nhật ký thước cặp thay vì kích thước bit lý thuyết để tính đến hiện tượng rửa trôi giếng khoan.
   • Khối lượng theo dõi giày: Thể tích bên trong lớp lót ở dưới cùng của nó.
   • Khối lượng cổ áo vỏ: Tính đến thể tích dịch chuyển tăng lên do các khớp nối dụng cụ.
   • Khối lượng vượt quá: Một yếu tố an toàn quan trọng (tiêu biểu 10-50% hoặc hơn) được thêm vào để bù đắp cho sự bất thường của giếng, tổn thất, và sự không chắc chắn.
     Công thức cơ bản tính thể tích hình khuyên là: Volume = Capacity Factor × Length, trong đó Hệ số công suất (bbl/ft hoặc m³/m) được lấy từ các bảng tiêu chuẩn hoặc được tính như π/4 × (D_hole² - D_liner_OD²).

2. Quản lý áp suất thủy tĩnh và ECD: Các kỹ sư phải mô hình hóa áp suất thủy tĩnh do cột chất lỏng gây ra (miếng đệm, vữa xi măng, chất lỏng dịch chuyển) trong quá trình bố trí. Mật độ tuần hoàn tương đương (ECD) phải được tính toán để đảm bảo nó vẫn ở dưới độ dốc đứt gãy của hệ tầng yếu nhất (để tránh tổn thất) và cao hơn áp lực lỗ rỗng (để ngăn chặn dòng chảy). Điều này thường quyết định mật độ bùn và thiết kế lưu biến.

3. Giám sát khối lượng dịch chuyển và áp suất: Khối lượng chất lỏng (thường khoan bùn) yêu cầu để dịch chuyển bùn từ chuỗi công việc vào vòng xuyến phải được tính toán chính xác đến điểm chạm vào nút. Giám sát áp suất thời gian thực trong quá trình dịch chuyển là điều cần thiết để xác nhận vị trí thích hợp.

4. Thiết kế thuộc tính bùn: Tính toán mở rộng để xác định các đặc tính của bùn dựa trên các điều kiện hạ cấp:

   • Tỉ trọng: Được thiết kế để kiểm soát áp suất.
   • Thời gian đông đặc: Phải đủ để đặt vị trí an toàn với biên độ dự phòng.
   • Kiểm soát mất chất lỏng: Quan trọng để ngăn chặn tình trạng mất nước ở vùng thấm.
   • Phát triển cường độ nén: Được thiết kế cho các hoạt động tiếp theo như khoan trước hoặc đục lỗ.

Những cân nhắc quan trọng: Phương pháp cắm cân bằng so với. Phương pháp thông thường

Đối với xi măng lót, đặc biệt là ở giếng lệch, sự lựa chọn phương pháp tác động đến độ phức tạp của phép tính.

Tính năng	Dịch chuyển thông thường	Phương pháp cắm cân bằng
Nguyên tắc chính	Đổ bùn trực tiếp bằng bùn cho đến khi va chạm vào đầu cắm.	Sử dụng thể tích đệm được tính toán phía trước và phía sau bùn; sau khi dịch chuyển, chuỗi công việc được kéo lên trên điểm cân bằng.
Kiểm soát áp suất	Nguy cơ hình thành ống chữ U cao hơn sau khi dịch chuyển nếu mật độ bùn < mật độ bùn.	Tạo cột thủy tĩnh cân bằng trước khi kéo ra, giảm rủi ro về gạc/tăng áp và khả năng tràn khí.
Độ phức tạp tính toán	Tính toán khối lượng đơn giản hơn.	Phức tạp hơn; yêu cầu tính toán chính xác thể tích đệm và độ sâu điểm cân bằng để đảm bảo vữa không bị rơi trở lại hoặc bị dịch chuyển quá mức.
Ứng dụng điển hình	Giếng đứng hoặc góc thấp có thành tạo ổn định.	Giếng lệch/ngang, giếng có cửa sổ áp suất hẹp, hoặc nơi có nguy cơ di chuyển khí cao.

Nghiên cứu trường hợp thực tế: Nhiệt độ cao áp cao Biển Bắc (HPHT) Tốt

Một nhà điều hành lớn đã khoan giếng thăm dò HPHT ở Biển Bắc với biên độ hẹp giữa áp lực nước lỗ rỗng và độ dốc đứt gãy. Dây chuyền sản xuất cần thiết để cách ly nhiều loại cát khí áp suất cao.

• Thử thách: Xi măng hóa mà không gây thất thoát hoặc cho phép di chuyển khí là điều tối quan trọng. Tính toán tiêu chuẩn không đủ do nhiệt độ quá cao (~180°C/356°F) và áp lực.
• Giải pháp & Trọng tâm tính toán:
  1. Mô hình mô phỏng phần tử hữu hạn đã được sử dụng cùng với các phép tính truyền thống để dự đoán các thông số nhiệt độ/áp suất trong quá trình bố trí.
  2. Thiết kế bùn tập trung vào việc mất chất lỏng cực thấp (< 20 ml/30 phút), hành vi làm dày góc phải, và các chất phụ gia giãn nở để chống lại sự hình thành vi vòng khi làm mát.
  3. Khối lượng được tính toán bằng 25% dư thừa dựa trên dữ liệu thước đo siêu âm cho thấy sự rửa trôi đáng kể ở các phần đá phiến.
  4. Phương pháp cắm cân bằng đã được sửa đổi đã được sử dụng bằng cách sử dụng các miếng đệm nặng có chứa mangan tetraoxit để quản lý ECD một cách tỉ mỉ..
• Kết quả: Dữ liệu áp suất thời gian thực phù hợp với dự đoán được mô hình hóa trong 5%. Đánh giá nhật ký liên kết sau đó cho thấy khả năng cách ly vùng tuyệt vời trên tất cả các khoảng mục tiêu, Xác nhận phương pháp tính toán và thiết kế nâng cao.

Câu hỏi thường gặp

1. Q: Tại sao chúng ta không thể chỉ sử dụng đường kính giếng khoan lý thuyết để tính toán thể tích?
   Một: Sử dụng kích thước bit lý thuyết sẽ bỏ qua hiện tượng rửa trôi giếng, điều này phổ biến ở các thành tạo mềm như đá phiến. Điều này dẫn đến việc đánh giá thấp đáng kể khối lượng xi măng cần thiết (>30% Trong một số trường hợp), dẫn đến cột xi măng không hoàn chỉnh, không thể cách ly được.

2. Q: Là gì "di chuyển khí" trong việc xi măng, và cách tính toán giúp ngăn chặn điều đó?
   Một: Sự di chuyển khí xảy ra khi khí hình thành đi vào cột xi măng chưa đông kết khi áp suất thủy tĩnh giảm do mất chất lỏng hoặc gel hóa/co rút thể tích sau khi đổ.。 Các tính toán trợ giúp bằng cách cung cấp thông tin cho các thiết kế nhằm giảm thiểu sự sụt giảm áp suất này—ví dụ:, tính toán giá trị tổn thất chất lỏng chính xác (<50 ml/30 phút), thiết kế xi măng xốp nén được khi cần thiết，và lên kế hoạch cho các chuyến tàu đệm để nâng cao hiệu quả loại bỏ bùn。

3.Q：Việc tập trung hóa ảnh hưởng đến tính toán xi măng như thế nào？
Một：Trong khi việc tập trung hóa không làm thay đổi tổng khối lượng，nó ảnh hưởng mạnh mẽ đến hiệu quả dòng chảy hình khuyên。Sự tập trung kém (thấp) trong các giếng lệch tạo ra một mặt hẹp khiến bùn không thể được loại bỏ một cách hiệu quả，dẫn đến phân kênh。Tính toán phải đảm bảo khoảng cách tập trung đáp ứng tiêu chuẩn API RP10D-4，ảnh hưởng đến dự đoán áp suất ma sát（ECD）và cuối cùng ảnh hưởng đến sự thành công。

4.Q：là gì "chỉ huy"Và"đuôi"bùn，và tại sao chúng được sử dụng？
Một：Hệ thống hai bùn (chì/đuôi) là phổ biến。Mật độ thấp hơn，bùn “chì” thể tích lớn hơn bịt kín phía trên，vùng yếu hơn một cách hiệu quả về mặt chi phí。Mật độ cao hơn，bùn “đuôi” hiệu suất cao bao phủ các khu vực sản xuất quan trọng。Tính toán khối lượng/thuộc tính riêng biệt cho từng；bùn đuôi thường có sức mạnh vượt trội，Kiểm soát mất chất lỏng，và kháng hóa chất。

5.Q：Điều gì xảy ra nếu chúng ta "va chạm"ở áp suất cao hơn tính toán?
Một：Áp suất va đập cao hơn tính toán cho thấy có sự tắc nghẽn - có thể do bùn đặc quá sớm，bắc cầu trong hình khuyên，hoặc khối lượng dư thừa không đủ dẫn đến nút trên cùng rơi xuống xi măng cứng。Điều này báo hiệu khả năng vị trí hố đào kém (ví dụ: xi măng còn sót lại bên trong chuỗi công việc)，yêu cầu đánh giá ngay lập tức thông qua nhật ký lớp phủ xi măng trước khi tiếp tục。