Задание (стр. 3 )

dсэ, Dсэ – внутренний и наружный диаметры соединительных элементов;

dбт, Dбт – внутренний и наружный диаметры бурильных труб;

Dс – диаметр скважины;

1 – круглый (в поперечном сечении) поток жидкости;

2 – кольцевой (в поперечном сечении) поток жидкости;

3 – области (зоны) вихрей.

III.  Расчетная схема циркуляции жидкости

I – буровой насос;

II – манометр;

III – предохранительный клапан;

IV – емкость (зумпф);

V – фильтр с обратным клапаном (храпок);

VI – система очистки промывочной жидкости.

Магистраль разделена на 7 (i = 1,2,…7) участков движения жидкости.

i – номер участка движения. Участки i = 5-7 в поперечном сечении круглые, а участки i = 1-3 – кольцевые.

i = 1 – между обсадной и бурильной колоннами;

i = 2 – между стенками скважины и бурильной колонной;

i = 3 – между стенками скважины и УБТ;

i = 4 – на забое скважины и в буровом долоте;

i = 5 – внутри УБТ;

i = 6 – внутри бурильной колонны;

i = 7 – в устьевой обвязке (в подводящей линии от бурового насоса до колонны бурильных труб).

Pиi – избыточное давление при входе на i-ый участок движения.

Pн – давление, развиваемое насосом.

P0 – атмосферное давление.

IV.  Длина вертикальной проекции УБТ

hУБТ = HУБТ ∙ (hС – hОК) / (НС – НОК), м

V.  Геометрические характеристики участков движения промывочной жидкости

a.  Геометрические характеристики поперечных сечений участков

V.1. Диаметр скважины

DC = DД, м

V.2. Площадь проекции забоя скважины на плоскость, перпендикулярную её оси

V.3. Площадь и эквивалентный диаметр поперечного сечения потока промывочной жидкости

Для круглого сечения геометрическим диаметром d:

В гладкой части магистрали, i = 5, 6, 7

Внутри соединительного элемента колонны БТ, i = 6

Для кольцевого сечения, имеющего геометрические диаметры D и d:

В гладкой части магистрали, i = 1– 3

Снаружи соединительного элемента колонны БТ, i = 1, 2

b.  Линейные геометрические характеристики участков

Длины участков движения:

= … м

H2 = HC – HОК – HУБТ = … м

H3 = H5 = HУБТ = …м

H6 = HС – HУБТ = … м

= … м

Вертикальные проекции участков движения:

= … м

h2 = hC – hОК – hУБТ = … м

h3 = h5 = hУБТ = … м

h6 = hС – hУБТ = … м

VI.  Начальное напряжение сдвига ПЖ

Если ПЖ – техническая вода (ТВ), то τ0 = 0, r = 1000 кг/м3.
Если ПЖ – глинистый раствор (ГР), то в соответствии с производственными данными можно принять:

при r < 1200 кг/м3

τ0 = 1,4 Па,

при r = 1200 – 1800 кг/м3

при r = 1800 – 2300 кг/м3

VII.  Абсолютная вязкость промывочной жидкости

Если ПЖ – ТВ, то

, Па ∙ с –

– эмпирическая формула Ж. .

Если ПЖ – ГР, то в соответствии с производственными данными можно принять:

при r < 1200 кг/м3

μ0 = 0,00221 Па ∙ с,

при r = 1200 – 1800 кг/м3

μ0 = (ρ – 1150) ∙ 44,2 ∙ 10-6, Па ∙ с,

при r = 1800 – 2300 кг/м3

μ0 = (ρ – 1450) ∙ 69,7 ∙ 10-6, Па ∙ с.

VIII.  Средняя скорость движения потока промывочной жидкости на участке i=1

В соответствии с производственными данными можно принять:

V1 = 0,3 – 0,5 м/с – при промывке скважины ГР;

V1 = 0,5 – 0,7 м/с – при промывке скважины ТВ.

Принимаем V1 = … м/с.

IX.  Объёмный расход промывочной жидкости

Для охлаждения долота и очистки забоя скважины от шлама

Q1 = а · fзаб = … м3/с = … л/с,

а = 0,35 – 0,5 м/с при роторном и электробурении;

a = 0,5 – 0,7 м/с при бурении гидравлическими забойными электродвигателями.

Для выноса шлама на поверхность

Q2 = V1 × f1 = … м3/с = … л/с.

Для охлаждения долота, очистки забоя и выноса шлама на поверхность

Q ≥ Q3,

где Q – выбранное значение объёмного расхода.

Принимаем Q = … л/с = …м3/с.

X.  Массовый расход жидкости

XI.  Массовый расход шлама на всех участках

для участков i = 1–3:

для участков i = 4–7: .

XII.  Средняя скорость жидкости на всех участках i = 1–3, 5–7

XIII.  Плотность смеси на всех участках

ρсм i = ρ ∙ (1 – Ψ ) + ρш ∙ Ψ , кг/м3

На участках i = 5–7: Ψ=0.

XIV.  Числа Сен-Венана, Рейнольдса и Хедстрёма для течения промывочной жидкости на участках i = 1–3, 5–7

Число Сен-Венана учитывает силы трения в трубопроводах.

Число Рейнольдса характеризует отношение кинетической энергии потока жидкости (газа) и напряжения сдвига.

Число Хедстрёма характеризует взаимосвязь касательной силы трения на поверхности трубопровода, вязкости и плотности жидкости (газа).

XV.  Режим течения промывочной жидкости на участках i = 1–3, 5–7

–

эмпирическая формула .

Для ТВ:

C = 2100 для круглых сечений;

C = 1600 для кольцевых сечений.

Для ГР:

C = 2100 для круглых и кольцевых сечений.

Если Rei ≥ Reкрi, то режим течения жидкости на участке турбулентный.

Если Rei < Reкрi, то режим течения жидкости на участке ламинарный (НЖ) или структурный (БЖ).

XVI.  Коэффициент линейных сопротивлений на всех участках

Для участков i = 1–3, 5–7:

·  Если режим течения промывочной жидкости на участке турбулентный, то

–

полуэмпирическая формула .

·  Если режим течения промывочной жидкости на участке ламинарный или структурный, то

λi = a ∙ (1 + Seni / 6) / Rei ,

где a = 64 для круглых сечений;

a = 96 для кольцевых сечений.

Для участка i = 4:

λi = 0.

XVII.  Линейная потеря давления на всех участках

= … ∙ 105, Па –

формула Дарси - Вейсбаха.

XVIII.  Коэффициент местных сопротивлений движению ПЖ снаружи и внутри СЭ на всех участках

–

эмпирическая формула .

Для участков i = 1, 2, 6:

- при DСЭ = DБТ, dСЭ < dБТ (ниппельное соединение БТ) b = 1,5;

- при DСЭ > DБТ, dСЭ < dБТ (муфтовое соединение БТ) b = 2;

- при DСЭ = DБТ, dСЭ = dБТ (соединение БТ «труба в трубу» или непрерывная колонна БТ без СЭ (колтюбинг)) ξi = 0.

Для участков i = 3, 4, 5, 7: ξi = 0.

XIX.  Местная потеря давления в соединительном элементе на всех участках

= … ∙ 105, Па –

формула Вейсбаха.

XX.  Потеря давления на трение в промывочной жидкости на всех участках

На участках i = 1–3; 5–7:

= … ∙ 105, Па.

На участке i = 4: потеря давления на трение ПЖ в буровом долоте PД

Pтрi = PД = ρ ∙ VC2/ (2 ∙ μн2) = … ∙ 105, Па,

где μн – коэффициент расхода при истечении ПЖ из долота (гидромониторных насадков долота), μн = 0,7 – 0,95.

XXI.  Механическое давление, расходуемое на подъем шлама на всех участках

Pмехi = (ρсмi – ρ) ∙ g ∙ hi = … ∙ 105, Па.

XXII.  Избыточное давление при входе на все участки

= … ∙ 105 Па = … МПа;

= … ∙ 105 Па = … МПа;

= … ∙ 105 Па = … МПа;

Pи4 = Pи3 + Pтр4 = … ∙ 105 Па = … МПа;

= … ∙ 105 Па = … МПа;

= … ∙ 105 Па = … МПа;

= … ∙ 105 Па = … МПа.

XXIII.  Давление, развиваемое насосом

= … ∙ 105 Па = … МПа,

XXIV.  Мощность потока жидкости

N = PН ∙ Q = … ∙ 103 Вт = … кВт.

XXV.  Мощность насоса

NН = N / η = … ∙ 103 Вт = … кВт.

XXVI.  Мощность двигателя насоса

NДВ = NН / ηп = … ∙ 103 Вт = … кВт.

По рассчитанным значениям Q (л/c), Рн (МПа) и Nдв (кВт) производится выбор насоса и сменных втулок насоса.

Литература

Общие вопросы гидравлики, гидромашин и гидропривода:

1.  , , Иванов и аэродинамика. - М.: Стройиздат, 1987.

2.  , , Заря и гидропривод. – М.: Недра, 1991.*

3.  Идельчик по гидравлическим сопротивлениям. – М.: Машиностроение, 1975.

4.  Чугаев : Учеб. для вузов. – Л.: Энергоиздат, 1982.

5.  Штеренлихт : Учеб. для вузов. – в 2-х кн. – М.: Энергоатомиздат, 1991.

Промывка скважин жидкостями:

, , Бондарев при бурении, креплении и цементировании скважин. – М.: Недра, 1974. , , Рябченко промывки скважин. – М.: Недра, 1981. Бурение разведочных скважин: Учеб. для вузов / , , и др.; Под общ. ред. . – М.: Высш. школа, 2007.* , , Никитин расчеты при бурении глубоких скважин: Справочное пособие / Под ред. . – М.: РГГРУ, 2007.* , , Сердюк в бурении: Справочное пособие / Под ред. . – М.: РГГРУ, 2007.* , Габузов процессы при бурении скважин. – М.: Недра, 1991. , Исаев в бурении: Учеб. для вузов. – М.: Недра, 1987. , Исаев и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин. Ч.1. Гидроаэромеханика в бурении. - М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2006. идравлика бурения. – М.: Недра, 1986.* Рабинович . – М.: Недра, 1980. Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин. –
в 2-х томах. / Под общ. ред. . – М.: Недра, 1984.* , Есьман гидравлика в бурении. – М.: Недра, 1966.

* - имеется в учебном фонде библиотеки МГРИ-РГГРУ