Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Для решения задач, связанных с теплообменом в бурящейся скважине, в первую очередь должны быть установлены качественная и количественная характеристики процесса передачи тепла через стенки бурильных и обсадных труб, участвующих в процессе про­водки скважины,

В условиях буровой скважины процессы теплопередачи значи­тельно усложняются тем, что здесь имеются две колонны обсадных труб (или больше), расположенные концентрично или эксцентрично. При атом количество стенок (колонн), участвующих в процессе тепло­обмена, может меняться в зависимости от ее конструкции по глубине скважины.

Рассмотрим в качестве примера предполагаемую конструкцию скважины, проектируемой [31] для бурения до глубины 7000 м. Как видно из рис. 25, при этом намечается спуск промежуточной колонны диаметром 298 мм до глубины 3000 м и хвостовика обсад­ной колонны диаметром 219 мм до глубины 5000 м.

По достижении проектной глубины 7000 м будет спущена эксплу­атационная колонна. Однако, поскольку последняя в процессе бу­рения не участвует, в дальнейшем она во внимание не принимается.

Рассмотрим процесс теплопередачи на заключительном этапе бурения, т. е. когда в скважину уже спущены промежуточная ко­лонна и хвостовик и бурят комбинированной бурильной колонной 141 X 114 мм на глубине, близкой к проектной [42].

Разделяя ствол скважины плоскостями, перпендикулярными к ее оси, можно выделить шесть характерных участков с сечениями а — о, b — Ь, с — с, d — d, е — е, / — /, которые отличаются друг от друга количеством и качеством термических сопротивлений, возникающих на пути теплового потока, движущегося от породы, слагающей стенки скважины, к бурильной колонне (или от кольце­вого пространства к породам и к бурильной колонне). При этом по­лагаем, что на расстоянии г„ от оси скважины (радиус теплового влияния) температура пород tu постоянна и равна температуре

пласта горной породы в ненарушенном состоянии, определяемой по известным формулам геотермии.

Для простоты примем, что колонны обсадных и бурильных труб расположены строго концентрнчно и на всех участках тепловой поток движется в направлении от породы к промывочной жидкости, находящейся в бурильной колонне; тогда можно составить следу­ющую схему передачи тепла.

Л» участка	Сечение	Путь теплового потока в сечении	Максимальная высота ствола с данным сечением, м
I	а—а	П (порода) — ЦК (цемептиый камень)— СК (стенка кондуктора)—ГП (глини­стая прослойка) —СТК1 (стенка 1 промежуточной колонны)—РКП (рас — тпор в кольцевом пространстве) — СБТ (стенка бурильной трубы) — РБТ (раствор в бурильной трубе)	400
II	Ь—Ъ	П—ГП—СТК1—РКП—СБТ—РБТ	1000
III	с—с	П-ЦК-СТК1—РКП—СБТ—РБТ	980
IV	d-d	11—ЦК—СТК1—ГП—СТКП—РК П— СБТ—РБТ	20
V	е—е	П-ЦК—СТКП-РКП-СБТ-РБТ	2000
VI	/-/	П-РКП—СБТ—РБТ	2000

Очевидно, что до спуска промежуточной колонны и хвостовика тепло будет передаваться по одной из указанных схем, поэтому рас­сматривать этот период строительства скважины обособленно нет необходимости. Кроме того, можно не рассматривать участки а — а и d — d, так как первый находится в самой верхней части скважины, где эффект теплопередачи незначителен, а второй из-за того, что высота участка d — d мала и ею в общем балансе процесса тепло­передачи в скважине можно пренебречь.

Если не учитывать разность диаметров колонны и хвостовика, то аналогичными будут участки в сечениях с — с и е — е. Участок с сечением d — d может рассматриваться как частный случай уча­стка II или III, которые отличаются только качественной характе­ристикой первых (после породы) термических сопротивлений.

Таким образом, для выяснения принципиальных положений процесса теплопередачи в бурящейся скважине вполне достаточно рассмотреть один участок — участок с сечением с — с.

Рассмотрев этот участок, можно прийти к заключению, что он по своей схеме аналогичен участку, изображенному на рис. 7, по­этому обозначения температуры всех стенок и жидкостей, коэффи­циентов теплопроводности труб и т. д. для рассматриваемого сечения примем такими же, как это показало на этом рисунке.

Очевидно, что для рассматриваемого случая будут также спра­ведливы и все ранее составленные равенства (1.22) — (1.24).

Рис. 25. Примерная кон­струкция скважины для бурения па глубину 7000 м.

(V.1)

+

2АШ 1

«1 di 1 «3 d3

1

(V.2)

2А„

Отсюда следует, что *1-—-ГТ7-

к кг _ д. Если же кг > kt, то кукг

к,—

Но при выводе аналитической зависимости для распределения температуры по стволу бурящейся скважины были введены два коэффициента теплопередачи к1 и кг. Первый из них — коэффициент теплопередачи от потока жидкости в кольцевом (затрубном) про- странстве к потоку в бурильных трубах, а второй — коэффициент теплопередачи от окружающей среды (породы) к потоку в затрубном пространстве [24]. )$.|Исходя из такой предпосылки, полное термическое сопротивление также можно представить в виде суммы частных тер- мических сопротивлений и гг: г, = г1 + га, причем значения rt и г2 могут быть запи- саны^в виде 1 ‘ 1 1- ^2 | 1 rfjL (I2 ^2 2АТТ с^з 1 2 Ат d

Анализируя выражения (V.1) и (V.2), видим, что входящие в них величины можно разбить на две группы: величины, завися­щие от течения и теплофизических свойств, и величины, зависящие от конструкции скважины. К последним относятся диаметры сква­жины (долота), колони и т. д., которые для заданной конструкции постоянны и известны. Полагая, что для данного случая толщина стенок обсадных и бурильных колонн может быть принята в среднем равной 10 мм,

(V.4a)

(V. 4)

In-

кг

i

(V.3) Если /с, кг, то величиной кг можно пренебречь и тогда

II “s ьД. d%

на основе рис. 25 и 7 можно составить вспомогательную таблицу (табл. 21).

Таблица 21 Сечение Формулы ДЛЯ 1-1 Формулы для г« а—а Не рассматривается Ь—Ь 1 , 0,0338 0,154 , Г 1 1 1 ПГЮ1П Г* oj — 0,279 1 К. а ^ К 1 лот 1 ох — 0,121 «2-0,141 1 * 1 , 0,0338 0,154 , Г* и3-0,279 1 1 лц. к , 1.26 Да 1 1 лст d-d Не рассматривается 1 , 0,0465 -1-1,20 — L * а3-0,199 1 Х, т 4 К.* 1 1 1 . п n/yioo ^ к 1 а;-0.094 а^-0,114 1 0,ТО-33 f-t * 1 1,79 Г*”< Гу 0,199 1 К,

В этой таблице приняты следующие обозначения: а, — коэффи­циент теплоотдачи от стенок 141 — мм бурильных труб к потоку внутри этих труб в ккал1м • ч • °С; а( — то же для 114-мм бурильных труб; аа — коэффициент теплоотдачи из кольцевого пространства к стен­кам 141 — мм бурильных труб; а’, — то же для 114-лл бурильных труб; а3 — коэффициент теплоотдачи от стенок 299-мм обсадной колонны в кольцевое пространство; а’ — то же для 219-мм хвостовика; аз — то же для стенок необсаженной части скважины; Хг н, и Яст, Хп — коэффициенты теплопроводности соответственно гли­нистой прослойки, цементного камня, материала труб и пород в ккал1м ■ ч • °С.

Коэффициенты теплоотдачи (аг, ос2 и т. д.), входящие в вы­ражения, приведенные в табл. 21, в настоящее время еще не опреде­лены.

Поэтому в дальнейшем постараемся определить лишь прибли­женные значения коэффициентов fr, н kt.

Комментарии запрещены.