Akademia Górniczo - Hutnicza

im. Stanisława Staszica w Krakowie

Wydział Wiertnictwa Nafty i Gazu

Specjalność: Inżynieria Gazownicza

Projektowanie Otworów Wiertniczych

Temat: Projekt otworu wiertniczego numer 114.

Wykonał: Mirosław Borsukiewicz

Piotr Olkiewicz

Profil litologiczny otworu wiertniczego numer 114

Lp	Głębokość zalegania [m]	Litologia i właściwości skał	Grad. ciśnienia złożowego [MPa/m]
1	0 - 120	Utwory piaszczyste (por.35%)	0,0085
2	120 - 300	Zlepieńce (por.30%)	0,0086
3	300 - 1100	Piaskowiec gruboziarnisty (por. 40%)	0,0160
4	1100 - 2000	Łupki	0,0096
5	2000 - 2250	Średnio i gruboziarnisty piaskowiec (por.30%)	0,0098
6	2250 - 2350	Szare iły	0,0099
7	2350 - 2450	Margle (por.5%)	0,0099
8	2450 - 2800	Wapienie (por.6%)	0,0100
9	2800 - 2900	Iły	0,0100
10	2900- 3100	Zlepieńce (por.25%)	0,0110
11	3100- 3450	Piaskowce drobnoziarniste (por.20%)	0,0120

Średnica kolumny eksploatacyjnej - 5”

1. Obliczenie ciśnienia złożowego.

Gdzie:

H - głębokość spągu warstwy, dla której wyznacza się ciśnienie złożowe;

Gz - gradient ciśnienia złożowego.

Lp.	G zł	H	P złożowe [MPa]
1	0,0085	120	1,02
2	0,0086	300	2,58
3	0,0160	1100	17,6
4	0,0096	2000	19,2
5	0,0098	2250	22,05
6	0,0099	2350	23,265
7	0,0099	2450	24,255
8	0,0100	2800	28
9	0,0100	2900	29
10	0,0110	3100	34,1
11	0,0120	3450	41,4

2. Obliczane ciśnienia geostatycznego.

Gdzie:

hi - miąższość poszczególnej warstwy,

ρi - gęstość poszczególnej skały,

g - przyśpieszenie ziemskie.

Gęstości skał zostały wyznaczone z wykresów 8.3,8.4,8.5 i tabeli 8.10

1. Utwory piaszczyste (por.35%) na głębokości 0 - 120 m.

ρ₁ = 2,15∙10³ [kg/m³]

h₁ = 120 [m]

Pg₁ = 9,80665∙120∙ 2,15∙10³ = 2,53 [MPa]

2. Zlepieńce (por.30%) głębokość 120 - 300 [m]

ρ₂ = 2,225 ∙10³ [kg/m³]

h₂ = 180 [m]

Pg₂ = g∙h₂∙ ρ₂ = 3,92 [MPa]

3. Piaskowiec gruboziarnisty (por. 40%) - głębokość 300 - 1100 [m]

ρ₃ = 2,05∙10³ [kg/m³]

h₃= 800 [m]

Pg₃= g∙h₃∙ ρ₃ = 16,08 [MPa]

4. Łupki na głębokości 1100 - 2000 [m]

ρ₄ = 2,375 ∙10³ [kg/m³]

h₄= 900 [m]

Pg₄= g∙h₄∙ ρ₄ = 20,96 [MPa]

5. Średnio i gruboziarnisty piaskowiec (por.30%) 2000 - 2250 [m]

ρ₅ = 2,22∙10³ [kg/m³]

h₅= 250 [m]

Pg₅= g∙h₅∙ ρ₅ = 5,44 [MPa]

6. Szare Iły na głębokości 2250 - 2350 [m]

Wyznaczamy dla tego interwału średnią gęstość z wzoru:

ρ _spągu = 2,40∙10³ [kg/m³]

ρ _stropu = 2,360∙10³ [kg/m³]

ρ _śr.= 2,380∙10³ [kg/m³]

h₆= 100 [m]

Pg₆= g∙h₆∙ ρ₆ = 2,33 [MPa]

7. Margle (por.5%) na głębokości 2350 - 2450 [m]

ρ₇ = 2,70∙10³ [kg/m³]

h₇= 100 [m]

Pg₇= g∙h₇∙ ρ₇ = 2,64 [MPa]

8. Wapienie (por.6%) na głębokości 2450 - 2800 [m]

ρ₈ = 2,625∙10³ [kg/m³]

h₈= 350 [m]

Pg₈= g∙h₈∙ ρ₈ = 9,01 [MPa]

9. Iły na głębokości 2800 - 2900 [m]

Wyznaczamy dla tego interwału średnią gęstość z wzoru:

ρ _spągu = 2,620∙10³ [kg/m³]

ρ _stropu = 2,600∙10³ [kg/m³]

ρ _śr.= 2,610∙10³ [kg/m³]

h₉= 100 [m]

Pg₉= g∙h₉∙ ρ₉ = 2,55 [MPa]

10. Zlepieńce (por.25%) na głębokości 2900- 3100 [m]

ρ₁₀ = 2,300∙10³ [kg/m³]

h₁₀= 200 [m]

Pg₁₀= g∙h₁₀∙ ρ₁₀ = 4,51 [MPa]

11. Piaskowce drobnoziarniste (por.20%) na głębokości 3100- 3450 [m]

ρ₁₁ = 2,390∙10³ [kg/m³]

h₁₀= 350 [m]

Pg₁₁= g∙h₁₁∙ ρ₁₁ = 8,20 [MPa]

Pg=Pg₁+Pg₂+ Pg₃+Pg₄ +Pg₅+Pg₆ +Pg₇+Pg₈ +Pg₉+Pg₁₀+Pg₁₁

Pg= 78,21 [Mpa]

III. Obliczanie ciśnienia szczelinowania.

1. Utwory piaszczyste (por.35%) na głębokości 0 - 120 m.

Psz₁ = Pz + ½(P_G - P_Z)

Psz₁ = 1,77 [MPa]

Gsz₁ = Psz₁/H₁

Gsz₁ = 0,01479 Mpa/m

2. Zlepieńce (por.30%) głębokość 120 - 300 [m]

Psz₂ = Pz +½ (P_G - P_Z)

Psz₂ = 4,52 [MPa]

Gsz₂ = Psz₂/H₂

Gsz₂ = 0,01506 Mpa/m

3. Piaskowiec gruboziarnisty (por. 40%) - głębokość 300 - 1100 [m]

Psz₃ = Pz +½ (P_G - P_Z)

Psz₃ = 20,07 [MPa]

Gsz₃ = Psz₃/H₃

Gsz₃ = 0,01824 Mpa/m

4. Łupki na głębokości 1100 - 2000 [m]

Psz₄ = Pz+⅔ (P_G - P_Z)

Psz₄ = 35,40 [MPa]

Gsz₄ = Psz₄/H₄

Gsz₄ = 0,0177 Mpa/m

5. Średnio i gruboziarnisty piaskowiec (por.30%) 2000 - 2250 [m]

Psz₅ = Pz +½ (P_G - P_Z)

Psz₅ = 35,50 [MPa]

Gsz₅ = Psz₅/H₅

Gsz₅ = 0,01577 Mpa/m

6. Szare Iły na głębokości 2250 - 2350 [m]

Psz₆ = Pz + ⅔(P_G - P_Z)

Psz₆ = 41,94 [MPa]

Gsz₆ = Psz₆/H₆

Gsz₆ = 0,01784 Mpa/m

7. Margle (por.5%) na głębokości 2350 - 2450 [m]

Psz₇ = Pz + ⅔(P_G - P_Z)

Psz₇ = 44,04 [MPa]

Gsz₇ = Psz₇/H₇

Gsz₇ = 0,01797 Mpa/m

8. Wapienie (por.6%) na głębokości 2450 - 2800 [m]

Psz₈ = Pz + ⅔(P_G - P_Z)

Psz₈ = 51,29 [MPa]

Gsz₈ = Psz₈/H₈

Gsz₈ = 0,01831 Mpa/m

9. Iły na głębokości 2800 - 2900 [m]

Psz₉ = Pz + ⅔(P_G - P_Z)

Psz₉ = 53,33 [MPa]

Gsz₉ = Psz₉/H₉

Gsz₉ = 0,01839 Mpa/m

10. Zlepieńce (por.25%) na głębokości 2900- 3100 [m]

Psz₁₀ = Pz +½ (P_G - P_Z)

Psz₁₀ = 52,05 [MPa]

Gsz₁₀ = Psz₁₀/H₁₀

Gsz₁₀ = 0,01679 Mpa/m

11. Piaskowce drobnoziarniste (por.20%) na głębokości 3100- 3450 [m]

Psz₁₁ = Pz +½ (P_G - P_Z)

Psz₁₁ = 59,80 [MPa]

Gsz₁₁ = Psz₁₁/H₁₁

Gsz₁₁ = 0,01733 Mpa/m

IV. Obliczenie ciśnienia hydrostatycznego słupa płuczki.

Stosujemy metodę naddatku ciśnienia. Przy wyznaczaniu gęstości płuczki winno się utrzymać represję zawartą w przedziale 7 ÷ 35 at.

normalne ciśnienie złożowe:

naddatek wynosi: 0,7 - 2,1 MPa

Lp.	Ciśnienie hydrostatyczne [MPa]	Gradient Ph [Mpa]
1.	1,02+0,7= 1,72	0,01433
2.	2,58+0,7= 3,28	0,01093
3.	17,6+0,7= 18,3	0,01663
4.	19,2+0,7= 19,9	0,00995
5.	23,26+0,7= 22,75	0,01011
6.	24,25+0,7= 23,96	0,01019
7.	24,25+0,7= 24,95	0,01018
8.	28,0+0,7= 28,70	0,01025
9.	29,0+0,7= 29,70	0,01024
10.	34,1+0,7= 34,80	0,01122
11.	41,4+0,7= 42,10	0,01220

V. Schemat zarurowania otworu.

Po ustaleniu schematu zarurowania otworu wiertniczego dobieramy średnice poszczególnych kolumn rur okładzinowych, jaki świdrów do wykonania wiercenia pod rury.

1. Kolumna rur 5” - 127 mm

Rury te będą zapuszczone do głębokości Ho₁ = 3450 [m]

Średnica złączki rury 5'' wynosi Dm₁ = 0,1413 [m]

Najbliższa znormalizowana średnica świdra wynosi Do₁ = 0,216 [m]

Dla tak przyjętej średnicy świdra wielkość prześwitu wyniesie:

Granice dopuszczalnych prześwitów k є (0,016 ÷ 0,095)

2. Kolejna kolumna rur w której mieści się świder 216 mm jest to 9 5/8" o najmniejszej średnicy wew. 224,5 mm

Rury te będą zapuszczone do głębokości Ho₂ = 2900 [m]

Średnica zewnętrzna złączki rur o średnicy 9 5/8” wynosi Dm₂ = 0,2699 [m]

Najbliższa znormalizowana średnica świdra wynosi Do₂ = 0,311 [m]

Przyjmując to średnica świdra, otrzymamy wielkość prześwitu:

k₂ = Do₂ - Dm₂

k₂ = 0,0411 [m] - warunek dotyczący prześwitów spełniony.

3.Kolejna kolumna rur w której mieści się świder 311 mm jest to kolumna rury o średnicy 13 3/8'' o najmniejszej średnicy wew. 313,5 mm

Rury te będą zapuszczone do głębokości Ho₃ = 1100 [m]

Zewnętrzna średnica złączki rur o średnicy 13 3/8'' wynosi Dm₃ = 0,365 [m]

Najbliższa znormalizowana średnica świdra wynosi Do₃ = 0,4064 [m]

Przyjmując tą średnicę świdra, otrzymamy wielkość prześwitu:

k₃ = Do₃ - Dm₃

k₃ = 0,0414 [m] - warunek dotyczący prześwitów spełniony.

4. Kolejna kolumna rur w której mieści się świder 311 mm jest to kolumna rury o średnicy 18 5/8'' o najmniejszej średnicy wew. 450,9 mm

Średnica złączki rur o średnicy 18 5/8'' wynosi Dm₄ = 0,508 [m]

Najbliższa znormalizowana średnica świdra wynosi Do₃ = 0,5588 [m]

Przyjmując tą średnicę świdra, otrzymamy wielkość prześwitu:

k₄ = Do₄ - Dm₄

k₄ = 0,0508 [m]

Rury te będą zapuszczone do głębokości Ho₄ = 50 [m]

SCHEMAT ZARUROWANIA OTWORU WIERTNICZEGO

VI. Obliczenia wytrzymałościowe kolumny rur okładzinowych.

1. Obliczenie ciśnienia zgniatającego dla kolumny eksploatacyjnej 5^''

Gdzie:

Hdi - dopuszczalna głębokość zapuszczania rury okładzinowej ze względu na ciśnienie zgniatające i-tą grubości ścianki [m],

Pzgi - dopuszczalne ciśnienie zgniatające dla i-tej grubości ścianki [tab. 8.20 str.200]

ၧp - ciężar właściwy płuczki wiertniczej wypełniającej otwór przed orurowaniem [N/m3]

n - współczynnik bezpieczeństwa na zginanie:

- dla kolumn prowadnikowych n = 1,0

- dla kolumn technicznych i eksploatacyjnych n = 1,1.

H_o = 3450 [m]

γ_p = 12,20 [N/m³]

n = 1,1

stal C - 75 tab. 8.22

b₁ = 7,52 [mm] P_zg1 = 48,1 [MPa]

H_d1 =
= 3584 m >H_o

stal K - 55 tab. 8.22

b₂ = 5,59 [mm] P_zg1 = 21,1 [MPa]

b₃ = 6,43 [mm] P_zg2 = 28,5 [MPa]

b₄ = 7,52 [mm] P_zg2 = 38,3 [MPa]

H_d2 = 2853 [m]

H_d3 = 2123 [m]

H_d4 = 1572 [m]

h₁ = H_o - H_d2 = 3450 - 2853 = 597 [m]

h₂ = H_d2 - H_d3 = 2853 - 2123 = 730 [m]

h₃ = H_d3 - H_d4 = 2123 - 1572 = 551 [m]

h₄ = H₀ - (h₁+h₂ +h₃) = 3450 - 1878 = 1572 [m]

2. Siła rozluźniająca połączenia gwintowe

li - dopuszczalna długość drugiej sekcji rur okładzinowych (licząc od dołu, z uwagi na siłę rozluźniającą połączenia gwintowe) [m],

Pri - siła rozluźniająca połączenia gwintowe i-tej sekcji,

k - współczynnik bezpieczeństwa na rozluźnianie połączenia gwintowego,

k = 2,0 - dla krajowych rur skręcanych bez użycia momentomierza,

k = 1,75 - dla krajowych rur skręcanych z użyciem momentomierza,

k = 1,6 - dla rur zgodnie z normami API z użyciem momentomierza,

qi - ciężar jednostki długości w powietrzu i-tej sekcji rur okładzinowych,

- ciężar odcinka kolumny rur okładzinowych w powietrzu, poniżej i-tej sekcji,

q₁ = 22,3 · 9,80 = 218,54 [N/m] P_r1 = 1312[kN] C - 75

q₂ = 22,3 · 9,80 = 218,54 [N/m] P_r2 = 1094[kN] K - 55

q₃ = 19,4 · 9,80 = 190,12 [N/m] P_r3 = 894 [kN] K - 55

q₄ = 17,1 · 9,80 = 167,58 [N/m] P_r3 = 954 [kN] K - 55

1. dla pierwszej sekcji:

l₁= = 3752 [m] > h₁(597m) zatem pozostawiamy h₁

2. dla drugiej sekcji:

ciężar sekcji wiszącej poniżej

Q₁ = q₁ · h₁ = 597 · 218,54 = 1,30 · 10⁵ [N]

l₂ =
= 2533 [m] > h₂(730 m) zatem pozostawiamy h₂

3. dla trzeciej sekcji:

Q₂ = q₂ · h₂ = 730 · 218,54 = 1,59 · 10⁵[N]

ΣQ = Q₁ + Q₂ = 1,30·10⁵ + 1,59 ·10⁵ = 2,89·10⁵[N]

l₃ =
= 2937 [m] > h₃(551m) zatem pozostawiamy h₃

4. dla czwartej sekcji:

Q₃ = q₃ · h₃ = 551 · 190,12 = 1,04 · 10⁵ [N]

ΣQ = Q₁ + Q₂ + Q₃ = 1,30·10⁵ + 1,59 ·10⁵ + 1,04 ·10⁵ = 3,93·10⁵ [N]

L₄ =
= 1212 [m] < h₄(1572 m) zatem zmieniamy ze stali K- 55 b₄=5,59 na stal C - 75 b_4' = 7,52 mm

gdzie:

q_4' = 22,3 · 9,80 = 218,54 [N/m] P_r4' = 1312[kN]

Sprawdzamy ponownie czwartą sekcję dla nowych wartości

L_4' =
= 1953 [m] > h₄(1572 m) zatem pozostawiamy h₄

3. Sprawdzenie sekcji kolumny rur okładzinowych na ciśnienie wewnętrzne

P_w - najmniejsze ciśnienie powodujące rozerwanie warstw,

P_o - ciśnienie wewnętrzne na określonej głębokości otworu wiertniczego.

P_z - ciśnienie złożowe

P_zew - ciśnienie zewnętrzne panujące poza kolumną rur okładzinowych zwykle równe jest ciśnieniu hydraulicznemu słupa wody,

H_ks - głębokość zapuszczania sekcji kolumn rur, koniec sekcji licząc od dołu,

ၧ_w - ciężar właściwy wody,

s - powinna być większa od:

1,0 - dla kolumny prowadnikowej,

1,0 - dla kolumny technicznej,

1,1 - dla kolumny eksploatacyjnej.

P_w1 = 53,6 [Mpa]

P_w2 = 39,3 [MPa] P_z = 41,4[MPa]

P_w3 = 33,6 [Mpa]

P_w4 = 53,6 [Mpa]

a). Pierwsza sekcja:

P_zew1 = (H_o - h₁) · γ_w = (3450 - 597) · 9,81·10³ = 27,98 [MPa]

P_o1 = P_z - P_zew1 = 41,4 - 27,98 = 13,42 [MPa]

Wpółczynnik bezpieczeństwa na ciśnienie wewnętrzne:

S =
= 3,9 > 1,1 ok.

b). Druga sekcja:

P_zew2 = (H_o - h₁ - h₂) · γ_w =(3450 - 1327)·9,81·10³ = 20,83 [MPa]

P_o2 = 20,57 [MPa]

S=
= 1,9 > 1,1 ok.

c). Trzecia sekcja:

P_zew3 = (H_o - h₁ - h₂ - h₃) · γ_w = (3450 - 1878)·9,81·10³ = 15,42 [MPa]

P_o3 = 26 [MPa]

S =
= 1,29 > 1,1 ok.

d). Czwarta sekcja:

P_zew4 = 0 [MPa]

P_o4 = P_z = 41,4 [MPa]

S =
= 1,29 > 1,1 ok.

VII. Projekt cementowania kolumn rur okładzinowych

Metodyka obliczania cementowania jednostopniowego:

1. Objętość zaczynu cementowego.

V_zc = V₁ + V₂ + V₃  [m³]

V₁ = π/4 * (kD_o²-D_z²) * (H-l_sp)

V₂ = π/4 * (D_wp²-D_z²) * L_p

V₃ = π/4 * D_w² * l

V₁ - objętość przestrzeni pierścieniowej pomiędzy ścianą otworu a rurami

V₂ - objętość przestrzeni pierścieniowej pomiędzy kolumnami

V₃ - objętość korka cementacyjnego

2. Masa suchego cementu potrzebna do sporządzenia 1 m³ zaczynu cementowego.

3. Gęstość masy zaczynu cementowego.

4. Masa suchego cementu potrzebna do sporządzenia obliczonej objętości zaczynu.

M_c = r₁ * m_c * V_zc   [kg]

5. Masa cieczy wody zarobowej potrzebna do sporządzenia obliczonej objętości zaczynu dla założonego współczynnika wodno-cementowego.

Mw = r_w * w * M_c  [kg]

6. Objętość płuczki wiertniczej, przybitki potrzebnej do wytłoczenia obliczonej obiętości poza kolumną rur.

Vpp = π/4 * (D_w1² * l₁ + D_w2² * l_l + D_w3² * l₃ +D_w4² * l₄) *S_p  [m³]

7. Wymagany strumień objętości tłoczenia pomp agregatów zaczynu cementowego przestrzeni pierścieniowej otworu (przyjęto Vzc = 1,8 [m/s] )

Q = F_pp * v_zc   [m³/s]

F_pp - powierzchnia przekroju poprzecznego przestrzeni pierścieniowej

F_pp = (V_zc-V_k)/L_zc

8. Maksymalne ciśnienie w głowicy przy końcu cementowania.

Pmax = Prc + Phr + Phmr  [MPa]

Prc = (H-l) * (ρzc - γpp)

D_ws - średnia ważona, wewnętrzna średnica cementowanej kolumny rur

λ
_p - współczynnik strat na tarcie dla płuczki

λ_zc - współczynnik strat na tarcie dla zaczynu

9. Dopuszczalne ciśnienie przy którym może pracować sprzęt cementacyjny określone jest wzorem:

P_d = P_w/b

P_w - ciśnienie dopuszczalne sprzętu cementacyjnego ze względów konstrukcyjnych (przyjęto 37 [MPa]) Współczynnik b przyjęto: b = 1.5

Słuszna ma być zależność: P_d > P_max

10. Wybór agregatu cementacyjnego.

11. Liczba agregatów cementacyjnych przy wtłaczaniu zaczynu cementowego poza kolumnę rur okładzinowych.

n = Q/q + 1

12. Liczba pojemników cementacyjnych.

m = 1/V_zc * M_c/ρ_nc

13. Liczba agregatów cementacyjnych użytych do zatłaczania zaczynu cementowego.

n_zc = 2 * m

14. Sumaryczny czas cementowania.

T_c = V_zc/(n_zc*q_i) + V_pp/(n*q_i) + t_o   [s]

15. Czas przetłaczalności.

Tw = T_c/0,75  [s]

Oznaczenia:

• Współczynnik wodno-cementowy w

• Średnica otworu wiertniczego (średnica świdra) D_o

• Zewnętrzna średnica cementowanej kolumny rur okładzinowych D_z

• Średnia wewnętrzna średnica technicznej kolumny rur okładzinowych D_w

• Głębokość otworu wiertniczego H,L_r

• Wysokość wytłoczenia zaczynu cementowego poza kolumnę rur okładzinowych L_zc

• Wysokość korka cementowego wewnątrz kolumny rur l

• Współczynnik powiększenia otworu wiertniczego na skutek rozwałów k [1,2]

• Współczynnik uwzględniający straty cementu r₁ [1,00-1,05]

• Współczynnik uwzględniający straty cieczy zarobowej r_w [1,00-1,10]

• Współczynnik uwzględniający ściśliwość płuczki-przybitki S_p [1,01-1,05]

• Gęstość cieczy zarobowej ρ_w

• Gęstość suchego cementu ρs

• Ciężar właściwy płuczki wiertniczej γpp

• Ciężar właściwy zaczynu cementowego γzc

• Gęstość nasypowa suchego cementu ρs

• Czas potrzebny do uruchomienia klocków cementacyjnych t_o

• Czas przetłaczalności zaczynu cementowego T_w

• Współczynnik bezpieczeństwa b [1,4 - 1,6]

Kolumna eksploatacyjna.

Obliczam jednostopniowe cementowanie eksploatacyjnej kolumny rur okładzinowych o średnicy zewnętrznej D_z = 5" = 127 mm, zapuszczonej do głębokości H = 3450 m, wiedząc że średnica świdra przy wierceniu pod kolumnę wynosiła D_o = 216 mm. Gęstość płuczki wiertniczej wypełniającej otwór przed cementowaniem wynosi ρp = 1220 kg/m³, wysokość korka cementacyjnego wewnątrz kolumny wynosi l = 20 m, współczynnik uwzględniający zwiększenie średnicy otworu na skutek rozmycia jego ściany przez płuczkę w czasie wiercenia wynosi k = 1,2. Do cementowania używam cementu wiertniczego o gęstości ρc = 3150 kg/m³, współczynnik w = 0,6.

Zmiany średnicy kolumny technicznej 9 5/8” oraz eksploatacyjnej 5” w tabeli:

Rodzaj kolumny	Śr. wewnętrzna Dwi [m]	Długość sekcji li [m]
Techniczna 9 5/8”	0.2245	2900
Eksploatacyjna 5 ”	0.112	597
		0.112	730
		0.1141	551
		0.112	1572

Średnia ważona średnica wewnętrzna kolumny eksploatacyjnej :

Korzystamy ze wzorów podanych w opisie metodyki cementowania:

1. Objętość zaczynu cementowego.

V₁ = π/4 * [(1,2 * 0,216)²-(0,127)²]*(3450-2900) = 22,05  [m³]

V₂ = π/4 * (0.2245² - 0.127²)*2900 = 78,01  [m³]

V₃ = π/4 * 0,1123² * 20 = 0,197  [m³]

V_zc = 22,05 + 78,01 + 0,197 = 100,257  [m³]

2. Masa suchego cementu potrzebna do sporządzenia 1 m³ zaczynu cementowego.

3. Gęstość masy zaczynu cementowego.

4. Masa suchego cementu potrzebna do sporządzenia obliczonej objętości zaczynu.

M_c = 1,1 * 1089,97 * 100,25 = 120196,5   [kg]

5. Masa cieczy wody zarobowej potrzebna do sporządzenia obliczonej objętości zaczynu dla założonego współczynnika wodno-cementowego.

M_w = 1 * 0,6 * 120196,5 = 72117,9  [kg]

6. Objętość płuczki wiertniczej, przybitki potrzebnej do wytłoczenia obliczonej objętości poza kolumną rur.

Vpp = π/4 * (0,1123² *3450 ) * 1,05 = 35,86  [m³]

7. Wymagany strumień objętości tłoczenia pomp agregatów zaczynu cementowego przestrzeni pierścieniowej otworu (przyjęto v_zc = 1,8 [m/s]

F_pp = (72,11-0,197) / 3450 = 0,02084  [m²]

Q = 02984 * 1,8 = 0,0375   [m³/s]

8. Maksymalne ciśnienie w głowicy przy końcu cementowania.

P_rc = (3450-20) * (1740-1220) * 9,80665 = 17,49  [MPa]

P_max = 17,49 + 5,44 + 0,71 = 23,64  [MPa]

9. Dopuszczalne ciśnienie, przy którym może pracować sprzęt cementacyjny

P_d = 37 / 1,5 = 24,67  [MPa]

Warunek spełniony P_d > P_max

10. Wybór agregatu cementacyjnego.

Biorąc pod uwagę, że Q = 0,0375 [m³/s] i P_max = 23,64 [MPa] dokonuje wyboru agregatu cementacyjnego typuCA-320M posiadającego pompę tłokową 9T

11. Liczba agregatów cementacyjnych przy wtłaczaniu zaczynu cementowego poza kolumnę rur okładzinowych.

Zakładając średnicę tulei pompy agregatu cementacyjnego równą 0,1 m, określam że ciśnienie tłoczenia pompy (przy maksymalnym strumieniu objętości tłoczenia) dla II prędkości pracy agregatu wynosi 26,48 [MPa]. Strumień objętościowy tłoczenia zaczynu dla takiej prędkości pracy agregatu wynosi 9,6 *10^-3 [m³/s].

n = 0,0375 /0,0096 + 1 = 4,9 - przyjmuję 5 agregatów cementacyjnych.

12. Liczba pojemników cementacyjnych.

Dla pojemnika cementacyjnego 25MN-20 , V_zb = 14,5 [m³]

m = 1/14,5* 120196,5 /1210 = 6,85 - przyjęto 7 pojemników cementacyjnych

13. Liczba agregatów cementacyjnych użytych do zatłaczania zaczynu cementowego do wew. kolumny rur.

n_zc = 2 * 7 = 14

W celu uzyskania wymuszonego strumienia objętości tłoczenia Q = 0,037 można zaczyn cementowy zatłaczać na dowolnym biegu, gdyż już na pierwszym biegu q_I= 6,51*10^-3 zatem:

Q=n_zc*q_I= 14*6, 51*10^-3=0,091 m³/s > 0,037 m³/s

Proponujemy tłoczyć na II biegu

q_II=9,6 *10^-3 m³/s

14. Liczba agregatów niezbędnych do zatłoczenia przybitki

Wg przyjętej technologii cementowania założono, że 0,98 objętości przybitki odbywać się będzie n=4 agregatami przy strumieniu objętości q_II=9,6 *10^-3 m³/s zaś pozostałe 0,02 jednym agregatem przy q_II=9,6 *10^-3 m³/s

15. Sumaryczny czas cementowania.

T_c =100,25/(14*0,0096)+0,98*35.86/(5* 0,0096)+0.02*35.86/0,0096+600 = 2153[s]

16. Wybór receptury zaczynu cementowego.

Tw = 2153 / 0,75=2871 s

17. Zestawienie wyników:

• Objętość zaczynu cementowego - 100,25 [m³]

• Objętość przybitki - 35,86  [m³]

• Masę suchego cementu - 120196,5    [kg]

• Masę cieczy zarobowej - 72117,9   [kg]

• Liczbę agregatów cementacyjnych - 14 szt.

• Liczbę pojemników - 7 szt.

• Czas cementowania - 2153 [s]

• Czas przetłaczalności zaczynu cementowego - 2871 [s]

• Maksymalne ciśnienie cementowania 23,64   [MPa]

• Maksymalny strumień tłoczenia Q=0,0375 [m³/s]

Literatura:

1. Tyt.: „Projektowanie otworów wiertniczych”

Autorzy:Andrzeja Gonet, Stanisław Sryczek, Mirosław Rzyczniak

Wyd.: AGH Kraków 2004.

2. Tyt.: ,,Narzędzia Wiercące''

Autorzy: Ludwik Szostak, Wacław Chrząszcz, Rafał Wiśniowski

Wyd.: AGH Kraków 1996.

4

---