Гидравлическая программа промывки скважины

ρ_^k=                                                                                         (1.7) 
 
 
 
 

Зависимость безразмерного коэффициента _k от числа Сен-Венана — Ильюшина: 

График 1.

1 — для труб; 2 — для соосного кольцевого пространства 

     при ламинарном течении вязкой жидкости р_^е определяется по формуле (1.6) при 

                                                 (1.8)                                                      

В выражениях (1.6)-(1.8)  — коэффициент гидравлических сопротивлений в кольцевом пространстве; l_^к — длина участка кольцевого пространства с диаметральным зазором c — d, м; c — средний диаметр рассматриваемого участка скважины, м; d — наружный диаметр бурильной колонны, м; — безразмерный коэффициент, определяемый по кривым график 1 для кольцевого пространства; — число Рейнольдса для кольцевого пространства.

Числа Сен-Венана и Рейнольдса для кольцевого пространства

Sen_^k=)/                                                                  (1.9)

 = )            (1.10)

Гидравлические  потери при турбулентном течении  можно рассчитать по формуле (1.1), если   вычислить по формуле Блазиуса: 

=ᴪ/                                                         (1.11)

где ᴪ = 0,3164 — для труб круглого поперечного сечения; ᴪ = 0,339 — для кольцевого пространства; для ЛБТ на 10-15 % меньше, чем для стальных труб.

     Потери  давления при течении раствора в  бурильных замках приближенно можно  рассчитать по формуле Борда — Карно 
 

                                                                         (1.12)                     

а в сужениях кольцевого пространства бурильными замками 

                                                                   (1.13)

где — число бурильных замков в рассматриваемом участке.

Коэффициента  местных сопротивлений бурильного замка ЗН и ЗШ соответственно 
 

                                                                                          (1.14) 

dmin — минимальный диаметр проходного канала высаженного внутрь конца трубы, м; dб.з.н— наименьший диаметр проходного канала бурильного замка, м.

Коэффициент местных  сопротивлений сужения кольцевого пространства бурильным замком

                                                                                                          (1.15)

В других элементах  циркуляционной системы кроме долотных насадок и ГЗД

                                                        (1.16)

где a_ⁱ - коэффициент сопротивлений элемента циркуляционной системы м^-4

(табл. 2).

Элемент системы	Условный размер элемента, мм	Диаметр проходного канала, мм	аi • 10-5, м-4
Стояк	114	__	3,4
	127	—	1,8
	140	' —	1,1
	168	—	0,4
Буровой рукав	—	50	9,7
	—	65	2,9
	—	76	1,2
Вертлюг	—	75	0,9
	—	90	0,43
	—	100	0,28
Ведущая труба	65x65	30	12,0
	76,2	38,1	7,5
	76,2	44,4	6,0
	80x80	33	9,4
	88,9	44,4	6,0
	88,9	57,2	3,9
	108	57,2	3,9
	108	68,8	2,4
	108	71,4	2,1
	112x112	74	1,8
	ТБКП-112	74	1,8
	133,4	76,2	1,5
	133,4	82,5	1,0
	140x140	85	0,9
	ТБКП-140	85	0,9
	152,4	82,5	1,0
	152,4	88,9	0,7
	155x155	100	0,4
	ТБКП-155	100	0,4
Турбобур	164	—	7,0
	172	—	6,0
	195	—	3,5
	240	—	1,5

Таблица 2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Смене ламинарного  режима турбулентным соответствует критическое значение  числа Ренольдса

                                                                  (1.17)

где Не — число Хедстрема

                                                          (1.18)

в кольцевом пространстве

                                                             (1.19)

Вычислив число  Хедстрема, Re_^кp можно найти также по графику 2

При турбулентном режиме >V_^кр Для потока в трубах

                                                                             (1.20)

 
 
 
а в кольцевом пространстве

                                                                     (1.21)

При роторном бурении  гидромониторными долотами необходимая гидравлическая мощность -Н_^гmin приближенно может быть оценена в зависимости от удельной осевой нагрузки на долото Р_^уд, частоты его вращения n_^д и диаметра D_^д по графику 3. Во избежание преждевременного выхода из строя промывочных узлов гидромониторных долот перепад давлений в насадках не должен превышать P_^пред примерно 13 Мпа^-1 .Поэтому перепад давлений в насадках долота при роторном бурении нужно выбрать с соблюдение следующих условий:

                                                   (1.22)

 Кривая  критических значений числа Рейнольдса перехода в турбулентный режим 

График 2.

 

Зависимость между  минимально необходимой гидравлической мощностью на забое и удельной осевой нагрузкой, частотой вращения при роторном бурении гидромониторными шарошечными долотами с симметричной схемой промывки. Числа у кривых указывают диаметр долота в мм

График 3.

 
 
 
Где Рнм— наибольшее давление, которое может создавать насос при подаче Q; — гидравлические потери в кольцевом пространстве скважины, Па;— гидравлическая мощность, найденная по графику 3 — — гидравлические потери в бурильных трубах, УБТ и бурильных замках. При бурении ГЗД

                                                   (1.23)    где Р_з.д — перепад давления в забойном двигателе, Па, при турбинном бурении, Па, при турбинном бурении

 
 
 
 
 
                                                                                                           (1.24)  где Р_табл — перепад давлений при расходе Q_Tабл бурового раствора с плотностью Р_табл 5 Па.  При отсутствии опытных данных, объемную скорость утечек ( в м³/с) через уплотненных узел вала ГЗД можно вычислить по эмпирической формуле

                                                                          (1.25) Для реализации перепада давлений P_д в долоте при бурении с ГЗД необходимы насадки с площадью выходных сечений (м²)

                                                             (1.26) По величине F_н из таблицы 3 устанавливают диаметр и число насадок гидромониторных долот.

 
 
 
Суммарная площадь сечений промывочных  отверстий гидромониторных долот.

Таблица 3.

Суммарная площадь сечения Сочетание диаметров  насадок, мм Суммарная площадь  сечения Сочетание диаметров  насадок, мм 79 10 303 11-11-12 95 11 305 10-17 113 12 306 10-17 133 13 306 10-11-13 154 14 309 13-15 157 10-10 311 10-10-14 174 10-11 314 12-16 177 15 321 10-12-12 190 11-11 322 11-17 192 10-12 323 11-11-13 201 16 324 10-12-13 208 11-12 328 10-11-14 211 10-13 331 14-15 226 12-12 333 10-18 227 17 334 13-16 228 11-13 339 12-12-12 232 10-14 340 12-17 236 10-10-10 341 11-12-13 246 12-13 344 10-13-13 249 11-14 334 11-11-14 252 10-10-11 346 10-12-14 254 18 350 11-18 255 10-15 350 10-11-15 265 13-13 355 14-16 267 12-14 358 10-10-16 269 10-11-11 359 12-12-13 270 10-10-12 360 13-17 272 11-15 360 11-13-13 280 11-16 362 11-12-14 285 11-11-11 365 10-13-14 287 13-14 367 11-11-15 287 10-11-12 368 12-18 290 12-15 368 10-12-15 296 11-16 375 10-11-16 378 15-16 453 12-12-17 379 12-13-13 454 17-17 380 12-12-14 455 11-13-17 381 14-17 456 16-18 382 11-13-14 456 10-15-16 384 10-10-17 459 10-14-17 385 11-12-15 462 14-14-14 386 10-14-14 463 11-12-18 387 13-18 463 13-14-15 388 10-13-15 466 10-13-18 391 11-11-16 467 12-15-15 393 10-12-16 467 13-13-16 398 13-13-13 468 12-14-16 400 12-13-14 473 11-15-16 401 10-11-17 473 12-13-17 J02 16-16 476 11-14-17 403 11-14-14 481 10-16-16 403 12-12-15 481 12-12-18 404 15-17 481 17-18 404 11-13-15 482 10-15-17 408 14-18 482 11-13-18 409 10-14-15 485 14-14-15 409 11-12-16 486 13-15-15 412 10-10-18 487 10-14-18 412 10-13-16 488 13-14-16 417 11-11-17 491 12-15-16 419 10-12-17 492 13-13-17 419 13-13-14 494 12-14-17 421 12-14-14 497 11-16-16 423 12-13-15 499 11-15-17 426 11-14-15 500 12-13-18 427 12-12-16 503 18-18 428 16-17 503 11-14-18 428 10-11-18 507 10-16-17 429 11-13-16 507 14-15-15 431 15-18 509 14-14-16 432 10-15-15 510 10-15-18 434 10-14-16 510 13-15-16 435 11-12-17 512 13-14-17 438 10-13-17 515 12-16-16 441 13-14-14 517 12-15-17 442 13-13-15 520 13-13-18 444 12-14-15 521 12-14-18 445 11-11-18 523 11-16-17 446 10-12-18 526 11-15-18 447 12-13-16 532 14-15-16 448 11-15-15 532 10-17-17 450 11-14-16 534 10-16-18 535 14-15-17 631 15-17-17 536 13-15-17 632 15-16-18 544 12-15-18 635 14-17-18 549 11-17-17 642 13-18-18 551 , 11-16-18 655 16-17-17 554 15-16-16 658 15-17-18 603 16-16-16 660 16-16-18 604 11-18-18 663 14-18-18 605 15-16-17 683 16-17-18 608 14-17-17 686 15-18-18 608 15-15-18 708 17-17-18 609 14-16-18 710 16-18-18 614 13-17-18 736 17-18-18 622 12-18-18 763 18-18-18 629 16-16-17

 

   Перепад давления в промывочных насадках буровых долот можно рассчитать по формуле

                                                                  (1.27)

   В формулах (1.26) и (1.27) µ_н— коэффициент расхода, зависящий от конфигурации насадки, отношения длины проходного канала к диаметру и числа Рейнольдса; при приближенных расчетах принимают для обычных долот µ_н приблизительно =0,64—0,7, а для гидромониторных долот с более совершенной конфигурацией входного участка µ_н = 0,9-г0,95; f_н— площадь выходных сечений насадок, м²; Q — в м³/с.

   Для обеспечения циркуляции бурового раствора в заданном количестве насос должен развивать давление, которое складывается из суммы потерь давления (в Па) на всех участках циркуляционной системы

                                             (1.28)                                                                        

2. ПРИМЕРЫ.

Пример 1: Вычислить гидравлические потери давления при бурении скважины роторным способом глубиной 3000 м с промывкой глинистым раствором для следующих условий: в скважину до глубины 1700 м спущена обсадная колона наружным диаметром Dок= 224 мм и средним внутренним диаметром _^ок = 220 мм; ниже скважина бурилась долотами диаметром D = 190,5 мм; по данным кавернометрии средний диаметр открытого ствола c = 205 мм; бурильная колонна включает УБТС-146 длиной l_^у = 180 м и внутренним диаметром d_^ву = 68 мм, стальные бурильные трубы ТБВК диаметром 114,3 мм (внутренний диаметр d_^бт = 94,3 мм, наименьший внутренний диаметр высаженных концов 76 мм; бурильный замок ЗУ К-146 диаметром = 146 мм (наименьший внутренний диаметр d_^в.б.з = 82 мм); ведущую трубу 112x112 мм с диаметром проходного канала 74 мм, средняя длина одной трубы 12 м; стояк диаметром 114 мм; буровой рукав диаметром проходного канала 90 мм и короткий нагнетательный трубопровод диаметром 114 мм от стояка до буровых насосов; реологические характеристики бурового раствора: = 1160 кг/м3;  η= 12 Мпа*с; ρ_⁰= 6 Па; режим бурения Рд = 180 кН; п = 70 мин^-1; Q = 18 л/с.

Решение: Скорость течения в участках циркуляционной системы системы при Q = 18 л/с по формуле: QS_^к.п v_^в = (-) v_^в