Расчёт внутренних избыточных давлений

РАСЧЁТ ВНУТРЕННИХ ИЗБЫТОЧНЫХ ДАВЛЕНИЙ

Расчёт внутренних избыточных давлений производится, как и для внешних избыточных давлений для периода времени, когда они достигают максимальных давлений. Р_ВИ = Р_В – Р_Н; Р_ВИ Þ max. Имеются два таких случая.

1 случай: Конец продавки тампонажной смеси при цементировании, когда давление на цементировочной головке достигает максимального значения.

2 случай: Опрессовка колонны с целью проверки её герметичности.

Данные для выполнения лабораторной работы:

H = 1720 м;

h_б.ж.=H_к-150=690м;

h_ц.р.=1030м;

h_ст.=20 м;

ρ_б.ж.=1,05 г/см³;

ρ_ц.р.=1,83 г/см³;

ρ_п.ж.=1 г/см³;

P_пл.= 16,903 МПа;

g=9,81 м/с²;

k=0,75.

ρ_{нефти =} 0.773 г/см³

первый случай

Встречается в период цементирования в конце продавки ТС. Известно, что при цементировании максимальные давления в цементировочной головке Р_ЦГ возникают в конце процесса при посадке разделительной пробки на стоп-кольцо. Величина этого давления составит:

Р_ЦГ = ΔР_ГС + Р_ГД + Р_СТ

где: ΔР_ГС – разность гидростатических давлений, возникающих из-за разности плотностей жидкости в затрубном пространстве и внутри колонны;

Р_ГД – гидродинамическое давление, необходимое для преодоления гидравлических сопротивлений жидкости при движении её внутри колонны и в затрубном пространстве;

Р_СТ – дополнительное давление, возникающее при получении сигнала “стоп”.

Гидродинамическое давление ориентировочно может быть найдено по эмпирической формуле:

Р_ГД = 0,002 L + 1,6, МПа.

Величина ΔР_ГС для случая цементирования до устья равна (ρ_ТР - ρ_БР) g L, в противном случае равна (ρ_ТР - ρ_БР) g (L-h), где h – уровень тампонажного раствора.

Р_ЦГ = ΔР_ГС + Р_ГД + Р_СТ=20 МПа

Точка 1 ®

Р_ВИ = 20 МПа.

Точка 2 ®

Р_ВИ = Р_ц.г.+ρ_п.ж.*g*h_б.ж-h_б.ж*g*ρ_б.ж.=18,5 МПа

Точка 3 ®

Р_ВИ = Р_ц.г.+ ρ_п.ж.*g* (H-h_ст.)-h_б.ж*g*ρ_б.ж.- ρ_ц.р*g*(h_ц.р- h_ст.)=10,247 МПа

Точка 4 ®

Р_ВИ = Р_ц.г.+(ρ_п.ж.*g* H)- (h_б.ж*g*ρ_б.ж)-(ρ_ц.р*g*h_ц.р)= 10,084 МПа

второй случай

Второй случай характерен для опрессовки колонны.

В этом случае:

P_В=P_ОП+P_ГС

1. P_ОП - давление опрессовки обсадной колонны. В соответствии с «Правилами безопасности в нефтяной и газовой промышленности» величина давления опрессовки Р_ОП должна составлять:

Р_ОП = 1,1 Р_У

где: Р_У – максимальное ожидаемое давление на устье.

Для добывающих скважин максимальное давление на устье возникает в начальный момент эксплуатации при закрытом устье. Для нефтяных скважин это давление составит:

Р_У = Р_ПЛ – ρ_Н*g*L

где: Р_ПЛ – пластовое давление в МПа;

L – глубина измерения пластового давления, м;

ρ_Н – плотность нефти, кг/м³.

Для газовых скважин полностью заполненных газом при закрытом устье в начальный момент это давление равно:

Р_У = Р_ПЛ / e^S

где: e – основание натурального логарифма;

s = 10^–4 ρ_ОТН L (упрощённая формула);

ρ_ОТН – относительная плотность газа по воздуху, обычно равная 0,6.

В тех случаях, если в процессе эксплуатации скважины возникает необходимость гидроразрыва пласта и давление для этой технологической операции превышает рассчитанные по вышеприведённым формулам, то в качестве максимального устьевого давления принимают давление гидроразрыва пласта.

Для скважин других категорий максимальное давление на устье определится необходимым давлением для производства соответствующей технологической операции - нагнетание рабочей жидкости для поддержание пластового давления и др.

В любом случае давление опрессовки Р_ОП не должно быть ниже минимальных Р_ОПМИН, то есть Р_ОП ≥ Р_ОПМИН, которые в инструкции по расчёту обсадных колонн даны в виде таблицы:

Диаметр обсадных колонн, мм	114-127	140-146	168-174	178-194	219-351	273-351	397-508
РОПМИН Атм (МПа)	(15)	(12,5)	(11,5)	(9,5)	(9)	(7,5)	(6,5)

Для нефтной скважины:

Pmax.уст.=Pпл - ρ нефти*g*H =3,883 МПа

Pопр = 1.1*Pmax.уст.=4,27МПа=>т.к. Pопр меньше минимального значения (в соотв. с диаметром обс.кол. (146мм)), Pопр=12,5 МПа

Точка 1 ®

Р_ВИ = Р_оп= 12,5 МПа.

Точка 2 ®

Р_ВИ = Р_оп.+ρ_ж.опр.*g*h₁-h₁*g*ρ_б.ж.=12,162 МПа

Точка 3 ®

Р_ВИ = Р_оп.+ ρ_ж.опр.*g*H - ρ_б.ж*g*h1- ρ_ц.р.(1-k)*g*h2=7,544 МПа

Итогом всей проделанной работы является график внутренних избыточных давлений, на котором, отчетливо, видно изменение давления от глубины скважины.

Дата добавления: 2015-11-04