Задание (стр. 2 )

Схема циркуляции промывочной жидкости в скважине при прямой промывке

1 – направление; 2 – кондуктор; 3 – обсадная колонна; 4 – бурильные трубы;

5 – соединительные элементы; 6 – УБТ (утяжеленные бурильные трубы);

7 – буровое долото; 8 – нисходящий поток; 9 – восходящий поток, обогащенный шламом;

Hок – длина обсадной колонны; Hс – длина ствола скважины; Dс – диаметр скважины.

Условные схемы соединительных элементов

а) – ниппельное соединение бурильных труб;

б) – муфтовое соединение бурильных труб;

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.

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.

Длина вертикальной проекции УБТ

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

Геометрические характеристики участков движения промывочной жидкости
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

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

Начальное напряжение сдвига ПЖ

Если ПЖ – техническая вода (ТВ), то ф0 = 0, ρ = 1000 кг/м3.
Если ПЖ – глинистый раствор (ГР), то в соответствии с производственными данными можно принять:

  при ρ  < 1200 кг/м3

  ф0 = 1,4 Па,

  при ρ  = 1200  – 1800 кг/м3

  при ρ  = 1800  – 2300 кг/м3

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 ρ  < 1200 кг/м3

м0 = 0,00221 Па ∙ с,

  при ρ  = 1200  – 1800 кг/м3

м0 = (с – 1150) ∙ 44,2 ∙ 10-6,  Па ∙ с,

  при ρ  = 1800  – 2300 кг/м3

м0 = (с – 1450) ∙ 69,7 ∙ 10-6,  Па ∙ с.

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.

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.

Массовый расход жидкости

 

Массовый расход шлама на всех участках

для участков i = 1–3: 

для участков i = 4–7:  .

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

 

Плотность смеси на всех участках

  ссм i = с ∙ (1 – Ш ) + сш ∙ Ш,  кг/м3

  На участках i = 5–7:  Ш=0.

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).

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).

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

  лi = a ∙ (1 + Seni / 6) / Rei,

  где a = 64 для круглых сечений;

  a = 96 для кольцевых сечений.

Для участка i = 4:

  лi = 0.

Линейная потеря давления на всех участках

    =  … ∙ 105, Па –

формула Дарси - Вейсбаха.

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)) оi = 0.

Для участков i = 3, 4, 5, 7:  оi = 0.

Местная потеря давления в соединительном элементе на всех участках

    =  … ∙ 105, Па –

формула Вейсбаха.

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 = с ∙ VC2/ (2 ∙ мн2) = … ∙ 105, Па,

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

Механическое давление, расходуемое на подъем шлама на всех участках

  Pмехi = (ссмi – с) ∙ g ∙ hi  = … ∙ 105, Па.

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. 

Давление, развиваемое насосом

    = … ∙ 105 Па = … МПа, 

 

Мощность потока жидкости

  N  = PН ∙ Q = … ∙ 103 Вт = … кВт.

Мощность насоса

  NН  =  N / з = … ∙ 103 Вт = … кВт.

Мощность двигателя насоса

  NДВ  =  NН / зп = … ∙ 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:

, , Гидравлика и аэродинамика. - М.: Стройиздат, 1987. , , Гидравлика и гидропривод. – М.: Недра, 1991.* Справочник по гидравлическим сопротивлениям. – М.: Машиностроение, 1975. Гидравлика: Учеб. для вузов. – Л.: Энергоиздат, 1982. Гидравлика: Учеб. для вузов. – в 2-х кн. – М.: Энергоатомиздат, 1991.

Промывка скважин жидкостями:

, , Промывка при бурении, креплении и цементировании скважин. – М.: Недра, 1974. , , Технология промывки скважин. – М.: Недра, 1981. Бурение разведочных скважин: Учеб. для вузов / , , и др.; Под общ. ред. . – М.: Высш. школа, 2007.* , , Инженерные расчеты при бурении глубоких скважин: Справочное пособие / Под ред. . – М.: РГГРУ, 2007.* , , Расчеты в бурении: Справочное пособие / Под ред. . – М.: РГГРУ, 2007.* , Термогидравлические процессы при бурении скважин. – М.: Недра, 1991. , Гидроаэромеханика в бурении: Учеб. для вузов. – М.: Недра, 1987. , Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин. Ч.1. Гидроаэромеханика в бурении. - М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2006. идравлика бурения. – М.: Недра, 1986.* Гидравлика. – М.: Недра, 1980. Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин. –
в 2-х томах. / Под общ. ред. . – М.: Недра, 1984.* , Практическая гидравлика в бурении. – М.: Недра, 1966.

* - имеется в учебном фонде библиотеки МГРИ-РГГРУ