ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ПРОМЫВКЕ СКВАЖИНЫ
Для полной очистки забоя расход бурового раствора <2 должен обеспечивать такую скорость восходящего потока рв (в м/с), которая превышает скорость падения твердых частиц и (в м/с) при отсутствии движения жидкости под влиянием силы тяжести на величину желаемой скорости подъема и>, г. е.
= и + Ю. (11-1)
В переходном и турбулентном режимах обтекание частицы (в м/с) вычисляется по формуле Ритгингера
/^ч(Рп Рб-Р)
где (к = ^4д/3кс — постоянная Риттингера; кс — коэффициент сопротивления движению, зависящий от конфигурации частицы, скорости ее обтекания и других факторов, для шара в среднем К ^0,4); (1Ч — диаметр самой крупной частицы, остающейся во взвешенном состоянии, определяемый по формуле1
{=-г*т°кё V (11-3)
3(Рп Рб. р)
где т0 — динамическое напряжение сдвига, Па; кл — экспериментальный коэффициент, значения которого зависят от диаметра (Рис. 11.1).
На практике в формулу (11.3) вместо т0 часто подставляют (в), так как многие буровые растворы не подчиняются мо — Чели вязкопластичной жидкости во всей области изменения градиентов скоростей.
. Шищенко Р. И., Есьман Б. И. Практическая гидравлика в бурении. — Недра, 1966.
Рис. 11.1. Значения коэфл,, циента формы ка, введен»^ Р. И. Шищенко г°
Для частиц неправильной формы используется эквивалентный диаметр сферы,
где Уч = 7Г^/б.
Для определения расчетного диаметра частиц породы, выбуриваемых шарошечным долотом можно воспользоваться выражением
<1Ч — 0, 56^{1 — Ь)И, (11.5)
где I — максимальный шаг зубьев в плоскости забоя; Ь — ширина зубьев в плоскости забоя; /г — высота зубьев.
При наличии обломков породы со стенок скважины в качестве расчетного диаметра <1Ч можно принять величину кольцевого зазора между стенкой скважины и муфтой бурильных труб1.
При использовании алмазных долот частицы выбуренной породы сравнительно мелкие и их вынос на поверхность не вызывает затруднений.
Значение к = j4gf3kc можно определить из графика (рис. 11.2) в зависимости от параметра
а = с2ч/^0, (П-б)
где (10 — диаметр наибольшей частицы, оставшейся во взвешенном состоянии.
При а < 3 режим обтекания частицы ламинарный; при 3 < а < 7 — переходный и при а > 7 — турбулентный. Для частип бурого шлама скорость проскальзывания принимается равной 0,3-0,4 аналогичной скорости для сферы.
При ламинарном режиме
и = — °~чгЬ(а), (И-7)
V
где т) — пластическая вязкость, Па-с; ф(а) — экспериментальна* функция, график которой приведен на рис. 11.3. *
Пример 11.1. Вычислить скорость падения сферичесК0
‘Маковей Н. Гидравлика бурения М.: “Недра”. 1988.
|
Рис. 11.2. Изменение коэффициента к в формуле Риттингера, по Р. И. Шищенко: 1 — сфера; 2 — плоская частица |
|
Рис. 11.3. Изменение функции ф(а), введенной Р. И. Шищенко: 1,2 — теоретические и экспериментальные данные соответственно |
частицы бурового шлама диаметром с1ч = 10 мм, плотностью рч — 2550 кг/м3 в буровом растворе, имеющем следующие характеристики: рЬр — Г280 кг/м3; 7/ = 18 МГ1а-с; т0 = 5 На.
Решение. По графику на рис. 11.1 находим к а = 2, тогда по формуле (11.3)
Лч ~ 9^ 81(2550 — 1280) “ 4,8 ММ’
Из выражения (11.6) а = 1.0/4, 8 « 2,1.
Поскольку 2,1 < 3, режим обтекания ламинарный. Из графика на рис. 11.3 найдем ф{а) = 0,05. Скорость падения частицы но уравнению (11.7)
5 • 10• 10~3
и = ~~Т8тнР?“ 5 ~ °’138 м/с"
Для плоских частиц согласно графику (см. рис 11/2) коэффициент формы частицы /4д]зкё — 1,5. Тогда по формуле (11.2)
, г /10 • 10-3(2550 — 1280) Л п.
" =1’5У———————- Ш0————— = 0.149 м/с.
Полученные значения величины и достаточно близки. Требуемую скорость подъема частиц шлама ш можно определить из выражения
т -(Г — I:
где jД — диаметр скважины; d — — наружный диаметр бур1 ных труб; vM — скорость проходки; VT 4 — объемная доля тв*Ь’ дых частиц. еР’
Допускаемая максимальная доля объема шлама, при ппР шении которой возникает опасность образования сальниКовЬ1′ прихватов, в практических расчетах принимается КТч = (уменьшается до 2 %, если буровым раствором служит вода ц-т° другие легкие жидкости пониженной вязкости). J
Для практических расчетов скорость выноса частицы w при нимается равной (0,1-г-0,3)и и тем больше, чем глубже скважина и выше г>м.
Пример 11.2. Для условий примера 11.1, приняв и = 0,149 м/с и Ут. ч = 5%, определить требуемую скорость подъема шлама и необходимую скорость восходящего потока бурового раствора, если Д = 215 мм; d — 127 мм: г>м = 5,5 м/ч. Решение. Из выражения (11.8)
” = 0,2i°^127’mo’U = °’°47 “/С-
Если принять w = 0,3и, то w = 0,3-0,149 = 0,0447 м/с, что очень близко к полученному значению.
Необходимая скорость восходящего потока бурового раствора
vB = 1,3-0,149+0,047 = 0,24- м/с.
Определив скорость vB, необходимую для транспортирования шлама к устью скважины, можно вычислить требуемый расход бурового раствора (в м3/с), обеспечивающий вынос частиц разбуриваемой породы
Q>SKUVB = ^(D2-d2)vB, (11.9)
где 5к. п — площадь сечения кольцевого пространства между стенками скважины и бурильных труб, м2.
Пример 11.3. Вычислить требуемый расход бурового раствора, воспользовавшись условием и решением примера 11.2. Решение. По формуле (11.9)
3 14
Q = —^—(0, 2152 — 0,1272)0,24 = 0,0057 м3/с, или 5,7 л/с.
Если форма частиц шлама близка к правильному многограннику, то минимально необходимое значение расхода Qmm (в м3/с) при ламинарном режиме течения бурового раствора, обеспечивающее качественную очистку ствола скважины, можно опреДе_ лить из выражения [18]
_ 3,57Г7?( Д. + d) / Д — d Нек 10)
Qmm 4р5.Р 1ч 4 100 У’
256
Іде т] — пластическая (или структурная) вязкость. На с; /ч — характерный размер частицы шлама, м; 11еч — число (параметр) |ейнольдса, характеризующее режим обтекания частицы сре-
|
|
|
(11.11); |
Я, еч = >Ь/(18/а! + 0,61/Ап/а2);
Лек — — число Хедстрема для кольцевого сечения,
|
(11.12) (11.13) |
Нек = т-оРб. рС^с — ^Г/7?2;
Дг* = Аг — 6 Неч;
(11.14)
(11.15)
Аг — параметр Архимеда; Неч — параметр Хедстрема для частицы; ах — коэффициент влияния формы частицы и стенок канала при ламинарном обтекании; а2 — коэффициент влияния формы и стенок канала при турбулентном обтекании; 8, (іч — соответственно высота и диаметр частицы (если форма частиц близка к правильному многограннику, то 6/(1ч = 1).
|
(11.16) (11.17) |
Параметр Архимеда
Дт — 9 рб. р1ч{рч Рб. р)! і
Неч = т0р6р11/г)2.
Параметр 11еч, вычисленный по формуле (11.11), сравнивается с критическим параметром
(11.18)
где Яекр — критическое значение параметра Рейнольдса, которое при 11е*р = 1600 вычисляется по формуле
|
(11.19) |
Некр = 800(1 + Л + 3-Ю~4 Нек).
Если Леч < N1^, то качественная очистка ствола скважины йозможна при ламинарном режиме течения бурового раствора в Отрубном пространстве скважины.
Пример 11.4. Определить минимальный расход бурового Раствора, при следующих исходных данных [18]: Бс = 190 мм; й = 114 мм; параметры раствора: р6,р = 1300 кг/м3; г0 = 4 Па; ^ 0,02 Па-с; характерный размер частиц шлама /ч = 0,01; фор — частиц близка к правильному многограннику (т. е. ё/и 1); Плотность частицы рч = 2300 кг/м3.
Решение. Параметры Лг и Неч по формулам (11 ігл (11.17) ‘ ‘ 1
|
9,81 ■ 1300 — 0,013(2300 — 1300) 0, 02= |
Аг = —…. —= 3,2 • 104;
4 • 1300•0,01 — 0022 — 1300-
Определяются величины, входящие в выражение (Ц 1-1 [см. формулы (11.13), (11.14) и (11.15)]:
Аг» = 3,2- 104 — 7800 = 2,4 ■ 104;
2-0,01 ( 2-0,01 3
«1=1—————— ’——— + 0,42 ———————————— = 0, 744:
0,190 — 0,114 ,190-0,1147
а2 = 0,7(0,5+ 1) — 0, 64 ^ от^
2 4-Ю4
Ке = _________________ -_____ -______________ = 197
18/0,744 + (0,61/0,97)х/2,4 ■104
Параметр Хедстрема для кольцевого сечения по формуле (11.12)
= 1^0(0490-0,114); =
0,022
Критическое значение параметра Рейнольдса и критический параметр 1Чде [см. формулы (11.19) и (11.18)]
В. екр = 800(1 + чД + 3 • Ю-4 • 7,5 • 104) = 4680,
TOC o "1-5" h z ^ =_М1_/4680 =
0,190-0,114 V 3,5 100 )
(197<211).
По формуле (11.10)
^ _ 3, 5 • 3,14 ■ 0, 02(0,190 + 0,114)
Цтт ~ 4-1300 Х
/0,190 — 0,114 7,5 — 104 ,
X ————————- 197—————- ) =0,01 м3/с, или 10 л/с.
V 0,01 100 У /
Скорость течения бурового раствора в затрубном пространстве составит
V = 0,01/0,018 = 0,55 м/с.
Гидравлические потери. При турбулентном режиме тече
Т0Я в бурильных трубах и УБТ гидравлические потери (в Па.) вычисляют по формуле Дарси — Вейсбаха..
= ^тРб. р^ 2′ (11.20)
jpH ламинарном режиме течения вязкопластичной жидкости
?т = 4 т01/Рйи ‘ (11.21)
а вязкой жидкости по формуле (11.20) при
Ат = 64/Re. (11.22)
Здесь Ат — коэффициент гидравлических сопротивлений труб; I — длина труб, м; v — средняя скорость течения раствора м/с; di — внутренний диаметр труб, м; (3 — безразмерный коэффициент, определяемый по кривым рис. 11.4 в зависимости от числа Сен-Венана — Ильюшина (Sen),
Sen = r0d/(rjv), (11.23)
Re — vdpb, pjr). (11.24)
При расчете гидравлических потерь в кольцевом пространстве:
при турбулентном режиме
Рк = у; (11.25)
при ламинарном течении вязконластичпой жидкости
4т0/к „ *
Рк=7Гт————— (1L26)
Pk(Dс — d)
|
^Ис. 11.4. Зависимость безразмерного коэффициента /?к от числа ^ен-Венана — Ильюшина: * для труб; 2 — для соосного кольцевого пространства |
при ламинарном течении вязкой жидкости ре определяется формуле (11.25) при 110
к ~~ ^’2’Т (Н.27)
|
Не к |
1 + £У+1 V а/у
А:/ 1п (й/д)
В выражениях (11.25)-(11.27) Ак — коэффициент гидравлических сопротивлений в кольцевом пространстве; 1К —• дли_ на участка кольцевого пространства с диаметральным зазором Д — й, м; Д — средний диаметр рассматриваемого участка скважины, м; й — наружный диаметр бурильной колонны м; (Зк — безразмерный коэффициент, определяемый по кривым рис. 11.4 для кольцевого пространства; 11ск — число Рейнольдса для кольцевого пространства.
Числа Сен-Венана и Рейнольдса для кольцевого пространства
8епк = г0( Д — (1)/г)Ук; (11.28)
К-ек = йк(Д — ^.р/г?. (11.29)
Гидравлические потери при турбулентном течении можно рассчитать по формуле (11.20), если Л вычислить по формуле Блазиуса:
А = дае0,25, (И-30)
где ф = 0,3164 — для труб круглого поперечного сечения; ф = 0,339 — для кольцевого пространства; А 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
Рб. г = Об. ргб. зу, (11.31)
а в сужениях кольцевого пространства бурильными замками
Рк. б.з = Ск^б. р^б. э"^1, (11-32/
где гб з — число бурильных замков в рассматриваемом участке.
Коэффициенты местных сопротивлений бурильного замка о*1 и ЗШ соответственно
Сн — (Й/Йтт) + (Й/Йб.3.н), ^ 33)
Сш = (й/йт1п)4; Г
І
Угпіп — минимальный диаметр проходного канала высаженного Ірлутрь конца трубы, м; <і6.3.н — наименьший диаметр проходного канала бурильного замка, м.
Коэффициент местных сопротивлений сужения кольцевого пространства бурильным замком
ґП2-<і2 2
— (11-34)
В других элементах циркуляционной системы кроме долот — ньіХ насадок и ГЗД
?И. С = ^2аІрб. рЯ 5 (11.35)
где о, і — коэффициент сопротивлений элемента циркуляционной системы, м-4 (табл. 11.1) [23].
|
Таблица 11.1
|
Смене ламинарного режима турбулентным соотвотг-п
ЛІУет
критическое значение числа. Рейнольдса:
П 58
R. eKp = 7,ЗНе’
|
(п.36) (11-37) |
+ 2100, где Не — число Хедстрема,
Не = Re Sen = T0p6pd1 /г/2, в кольцевом пространстве
Нек = r0p6p(Dc — (i„)2/?r — (11.38)
Вычислив число Хедстрема, ReKp можно найти также по графику (рис. 11.5) [15].
При турбулентном режиме V > vKp. Для потока, в трубах
(11.39)
|
(11.40) |
^кр — о/RfiKp/Pф. p^, а в кольцевом пространстве / _ »?(Ыек)кр
I, иК )кр — ґ^=т
Рб. р(-^с ^н)
При роторном бурении гидромониторными долотами необходимая гидравлическая мощность Лггтш приближенно может быть оценена в зависимости от удельной осевой нагрузки на долото Руд, частоты его вращения пд и диаметра Бд по рис. 11.6.
Во избежание преждевременного выхода из строя промывочных узлов гидромониторных долот перепад давлений в насадках не должен превышать рпред «13 МПа.1 Поэтому перепад давле-
|
Рис. 11.5. Кривая критических значений числа Рейнольдса п<зРе хода в турбулентный режим |
‘Методика подбора диаметров насадок гидромониторных долот с учет°* глубины скважины и параметров наземного оборудования.— М.: ВНИИ 1976.
40 90 140 130 240 230 340 330 440 4-30 540 640
Минимально нео5хо8имая гидравлическая мощность МГт1п, кВт
Рис. 11.6. 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
ний в насадках долота при роторном бурении нужно выбрать с соблюдением следующих условий:
Рнм — XI Рт ~ XI Рк _ Рц. С Рд ~0~ I ^ (11.41)
Рд < Рпред ]
где рнм — наибольшее давление, которое может создавать насос при подаче <3, Па; ^ рк — гидравлические потери в кольцевом Пространстве скважины, Па; М* — гидравлическая мощность, Найденная по рис. 11.6; — гидравлические потери в бу
рильных трубах, УБТ и бурильных замках.
При бурении ГЗД
р ^ / Рим — XI Рт — XI Рк ~ Ри. с ~ Рз. д 1 ^2^
^ Рпред»
г^е Рз. д — перепад давления в забойном двигателе, Па, при туренном бурении
К = РтвВ-?-Р%® (11.43)
Ртабл Утабл
Ртабл — перепад давлений при расходе <Зта6п бурового растра с плотностью /?табл, Па.
При отсутствии ОПЫТНЫХ данных, объемную скорость утечек (в м3/с) через уплотнительный узел вала ГЗД можно вычислить но эмпирической формуле [ВНИИБТ, 1976]
<2у = (рд/б 1 ОООрб. р)2,73. (11.44)
Для реализации перепада давлений рд в долоте при бурении с ГЗД необходимы насадки с площадью выходных сечений (м2)
г ^ —’ Q У I Рб. р (, .
/н = ———— о ‘ (П-45
у
По величине /„ из табл. 11.2 устанавливают диаметр и число насадок гидромониторных долот.
Т аблица 11.2
|
Суммарная площадь сечений промывочных отверстий гидромониторных долот
|
|
Суммарная площадь сечения /„ — Ю6, м2 |
Сочетание диаметров насадок, мм |
Суммарная площадь сечення /н Ю0,м2 |
Сочетание диаметров насадок, мм |
|
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 |
|
402 |
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 |
ОС ‘ 1 ! о |
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 |
|
Суммарная площадь сечения /н -10е, м2 |
Сочетание диаметров насадок, мм |
Суммарная площадь сечения — И)6, м2 |
Сочетание ДИа. метров насад0к> мм |
|
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 |
16-17-1? |
|
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
Ря — Рбр<32/2/4/ь2- (11.46)
В формулах (11.45) и (11.46) цн — коэффициент расхода, зависящий от конфигурации насадки, отношения длины проходного канала, к диаметру и числа Рейнольдса; при приближенных расчетах принимают для обычных долот //„ и 0,644-0,7, а для гидромониторных долот с более совершенной конфигурацией входного участка /лн = 0,94-0,95; /н — площадь выходных сечений насадок, м2; (5 — 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
Рт^ Рт+Рк+Рб. Э+Рк. б.з+Рц. с+Рз. Д+Рл • (11.47)
Пример выбора бурового насоса приводится в гла. ве 13.
Пример 11.5. Вычислить гидравлические потери давления при бурении скважины роторным способом глубиной 3000 м с промывкой глинистым раствором для следующих условии: в скважину до глубины 1700 м спущена, обсадная колона, наружным диаметром Бо к = 224 мм и средним внутренним диаметров с10 к = 220 мм; ниже скважина бурилась долотами диаметром О 190.5 мм; по данным кавернометрии средний диаметр открытого ствола Г), = 205 мм; бурильная колонна, включает УБТС-^
длиной Iу = 180 м и внутренним диаметром с1е у = 68 мм, стальные бурильные трубы ТБВК диаметром 114,3 мм (внутренний диаметр (16 х = 94,3 мм, наименьший внутренний диаметр высаженных концов 76 мм; бурильный замок ЗУК-146 диаметром = 146 мм (наименьший внутренний диаметр сЦ б 3 = 82 мм); ведущую трубу 112×112 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: Рб. р — 1160 кг/м3; 77 = 12 МПа-с; т0 = 6 Па; режим бурения рд = 180 кИ; п = 70 мин-1; <3 = 18 л/с.
Решение. Скорость течения в участках циркуляционной системы при <3 = 18 л/с по формуле (11.9):
в кольцевом пространстве между скважиной и УБТ
ив = 18 • Ю-3/ —^(0,2052 — 0,1462) = 1,11 м/с;
в кольцевом пространстве между скважиной и бурильными трубами
ув = 18 • 10"3/^^(0, 2052 — 0,1142) = 0,79 м/с;
в бурильных трубах ьв = 18 • 10"3/ (^0, 09432^ = 2,58 м/с; в УБТ
ув = 18- 10-3/ (^^^0,682^ = 4,95 м/с;
в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильными трубами
К = 18 • 10“3/^(0, 2202 — 0,1142) = 0,64 м/с.
Число Хедстрема из выражений (11.37) и (11.38): в бурильных трубах
Не = 6 • 1160 ■ 0, 09432/ [(12 • 10“3)]2 = 429 804; в УБТ
Не = 6 • 1160 ■ 0,0682/ [(12 • 10~3)]2 = 223 493;
в кольцевом пространстве между скважиной и УБТ Нек = 6 ■ 1160(0, 205 — 0,146)2/ [(12 • 10“3)]2 = 168 248;
в кольцевом пространстве между скважиной и бурильными трубами
Нек = 6 — 1160(0,205 — 0,114)2/ [(12 • Ю“3)]2 = 400 248;
в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильными трубами
Нек = 6 • 1160(0,220 — 0,114)2/ [(12 • Ю-3)]2 = 543 073.
Критическое число Рейнольдса из уравнения (11.36) для соответствующих участков циркуляционной системы:
Пекр = 7, 3 ■ 429 8040’58 + 2100 = 15 609;
11екр = 7,3 • 223 4930’58 + 2100 = И 344;
11екр = 7,3 • 168 2480,58 + 2100 = 9941;
Иекр = 7,3 • 400 2480,58 + 2100 = 15 062;
11екр = 7, 3 • 543 073°,58 + 2100 = 17 572.
Критическая скорость течения для всех участков циркуляционной системы из выражений (11.39) и (11.40):
«кр = 12 ■ 10~3 • 15 609/(1160 ■ 0,0943) = 1,71 м/с;
икр = 12 • 10-3 • 11 344/(1160 • 0, 068) = 1,73 м/с;
(ик)кр = 12 ■ 10-3 • 9941/[1160(0,205 — 0, 146)] = 1,74 м/с;
(‘Ук)кР = 12 • 10"3 • 15 062/[ 1160(0,205 — 0,114)] = 1,71 м/с;
(ик)кр = 12 ■ 10-3 ■ 17 572/[1160(0,224 — 0,114)] = 1,71 м/с.
Поскольку ьв > икр, режим течения в бурильной колонне турбулентный, а в кольцевом пространстве, где ьв < (ик)кР> — ла’ минарный.
Гидравлические потери на различных участках циркуляционной системы:
в бурильных трубах по формулам (11.24), (11.30) и (11.20)
11е = 2,58 • 0, 0943 • 1160/(12 — Ю“3) = 23 518,
Ах = 0,3164/23 5180’25 = 0 , 02 55,
рг = 0,0255 ■ 1160 ■ 2820 • 2,582/(2 • 0,0943) = 2,94 МПа;
в УБТ
Ке = 4,95-0,068- 1160/(12- 10~3) = 32 538,
Ах = 0,3164/32 5380’25 = 0 , 0 2 3 5,
ру = 0, 0235 — 1160 — 180 — 4, 952/(2 — 0, 068) = 0,88 МПа;
в кольцевом пространстве между скважиной и УБТ [см. Ф°Р" мулы (11.28), (11.26)]
4-6-180 П1П11П
=0,13 МПа,
^ 0,55(0,205- 0,146)
где рк = 0,55 (см. рис. 11.4, кривая 2);
в кольцевом пространстве между скважиной и бурильными трубами
6(0,205 — 0,114)
3еПк “ 12 • 10_3 • 0,82 “ 7’
где Рк = 0,68 (см. рис. 11.4);
= ——— 4-6-1120——— = 0,45 МПа,
Ук 0,68(0,205- 0,114)
в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильными трубами
_ 6(0,220-0,114) _ & к " 12- 10-3 ■ 0,61 ’
4-6-1700 п
рк = ——— т——————— г = 0,52 МПа,
Ук 0,74(0,22- 0,114)
где рк — 0,74 (см. рис. 11.4).
Потери давления в бурильных замках по формулам (11.31) и (11.33)
р3 = 0, 5 ■ 0,09434 — 1160 ■ 235 — 2, 582/0,0764 = 2,15 МПа,
где число замков гэ = 2820/12 = 235.
Потери давления в сужениях кольцевого пространства бурильными замками по уравнениям (11.32) и (11.34)
рк б з = 0,5 — 0,29 -1160 -235- 0, 822 = 0,026 МПа,
где £к = 2[(0,2052 — 0, 1142)/(0, 2052 — 0,1462)] = 0,29,
Т — е. Рк. б.з пренебрежимо малы.
Потери давления в элементах наземной обвязки по формуле (11.35) с учетом табл. 11.1
Рц. с = (3,4+ 1,2 + 0,43+ 1, 8)10® — 1160 — (18 • 10~3)2 = 0,25 МПа. Поскольку
^удп/Бд = 180 — 103- 70/0,1905 = 66 МП — об/(м-мин), гидравлическая мощность на забое согласно графику рис. 11.6 Должна быть /Уд > 165 кВт.
Перепад давления в насадках по формуле (11.41)
25—(2,94+0,88+2,15)—(0,13+0,45+0,52)—0,25 = 17,7 МПа >
‘ рд[165 • 103/( 18 • 10-3)] = 9 МПа; с учетом риред > 13 МПа
Суммарная площадь выходных сечений насадок долот, цео^ ходимая для реализации перепада рд = 11 МПа при С} = 18 л/’ и <3У = 0, по формуле (11.46)
, 18-10-3 / 1160 2
/н — ————— ————— = 145 мм.
‘ 0,9 V 2 — 11 • 106
Зная /н, можно по табл. 11.2 подобрать число и диаметр насадок, суммарная площадь которых близка расчетной / = 145 мм2. Выбираем две насадки с диаметром каналов 10 мм.
Средняя скорость истечения бурового раствора из долотных насадок
^ = <9//н = 18- 1(Г3(145-10~6) = 124 м/с.
Перепад давления в промывочных насадках из выражения (11.46)
|
Рл =о лп, нк’ ,П-6Л2 =12,5 МПа. |
1160- 0,0182
2 -0,92(145- 10-
Потери давления на всех участках циркуляционной системы по уравнению (11.42)
р2 = 2,94+0,88+0,13+0,45+0,52+2,15+0,25+12,5 = 19,82 МПа.
Гидродинамические давления, возникающие при спуске колонны с закрытым нижним концом. Скорость течения бурового раствора в кольцевом пространстве в этом случае вычисляется по формуле
’• = (*’ + -фщ)’ (П’48)
где ьт — скорость перемещения труб, м/с; кс ш 0,5 — коэффициент, учитывающий наличие слоя раствора, движущегося вместе с колонной.
Если г>э < г>кр и режим течения ламинарный, то гидродинамическое давление ргд, зависящее от скорости уэ, можно рассчитать по формуле (11.26). Неравенство ьэ < икр характеризует также условие, ограничивающее максимальную скорость спуска колонны.
Если уэ > уКр, то ргд можно рассчитать по формуле (11.25)- Поскольку при спуске составной бурильной колонны в сква — жину сложной конструкции скорость уэ по длине скважины изменяется, ргд вычисляют отдельно для каждого интервала, а Ре" зультаты суммируют.
Пример 11.6. Воспользовавшись условием и решением прИ’ мера 11.5, рассчитать гидродинамическое давление, возник3-10
Л1ее в кольцевом пространстве при спуске бурильной колонны с обратным клапаном.
Решение. Примем vт = 1,5 м/с, тогда скорость течения бурового раствора в кольцевом пространстве между УБТ и скважиной по формуле (11.48)
/ 0 1462
V, = 1,5 ( 0, 5 Ч————————— г ) = 1,54 м/с.
V 0,2052 — 0,1462/ 1
Для остальных участков циркуляционной системы аналогично получаем уэ = 1,0 м/с и г>э = 1,3 м/с.
Критическая скорость (ик)кр по формуле (11.40) для рассматриваемых участков 1,74; 1,71 и 1,71 м/с (см. решение примера 11.5). Оценка по критерию икр показывает, что во всех трех интервалах ламинарный режим будет обеспечен, если максимальная скорость спуска г>т < 1,71 м/с. Принимая vт = 1,7 м/с по формуле (11.28) число Сен-Венана—Ильюшина для интервала между УБТ и скважиной
_ 6(0,205 — 0,146) _
к 12 • 10~3 • 1, 7
Аналогично для остальных участков 8епк = 49, 02 и 8епк = 31,2.
Гидродинамическое давление из уравнения (11.26) для участка между УБТ и скважиной
4 — 6 — 18° _П9Л, ТТ
Ргд ~ 0,48(0,205 — 0,146) , М ’
где (Зк = 0,48 (см. рис. 11.4, кривая 2).
Путем аналогичных расчетов для остальных участков имеем Ргд = 0,45 МПа и ргд = 0,65 МПа.
Суммарное гидродинамическое давление в кольцевом пространстве при спуске бурильной колонны с обратным клапаном
Ергд = 0,30 + 0,45 + 0, 65 = 1,40 МПа.