Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Определение потерь давления от замковых соединений, т. е. местных гидравлических потерь в затрубном пространстве сква- дкин, бурящихся на большие глубины, представляет собой,, акту­альную задачу, исследованию которой уделяется все большее вни­мание. .

При первом решений этой задачи величина указанных потерь •определялась по формуле Борда—Шумилова (VI.50), которая в соответствии с обозначениями на рис. 42, приводилась к виду

Автор	d, мм	D, мм	а		К	Примечание
М. Ю. Саламов, Б. И. Есьман	29,5	121 146	0,244 0,201	—	0,0228 0,0292	Горизонтальная установка; труба-кабель
С. М. Кулиев, Б. И. Есьман, М. А. Абдинов	33—34 33—34	76 76	0 ,434 0,434	0,0178 0,01’51	0,0107 0,0119	Горизонтальная установка; труба-труба
Е. М. Соловьев	33-34 .	9-4	0,351	0,0240	. —	Вертикальная установка; трубы
С. М. Кулиев, Б. И. Есьман, И. С. Касумбеков и др.	33-34	« 94	0,351	—	0 ,0148	Горизонтальная установка; труба-кабель
В. И. Липатов, Б. И. Мительман, А. П. Островский	33-34	98	0,346	0,0185	0,0221	Вертикальная установка; труба-кабель
То же	33-34	98	0,346	0,0187	—	Вертикальная установка; труба-штанга
С. М. Кулиев, Б. И. Есьман, И. С. Касумбеков и др.	33—34	110	0,300	—	0,0256	Горизонтальная установка; труба-кабель
То же	33—34	121	‘ 0,273	—	0 ,0213	То же
В. И. Липатов, Б. И. Мительман, А. П. Островский	33—34 г	121	0,273	0,0192	0,0249	Вертикальная установка; труба-кабель
То же	33—34	121	0,273	0,0184	—	Вертикальная установка; труба-штанга •
А. О. Асан-Нури, Б. И. Мительман	41—42	118	0,351	—	0,0208	Вертикальная установка; труба-кабель
М, Ю. Саламов, Б. И. Есьман	41-42	121	0,343	—	0,0227	Горизонтальная установка; труба-кабель
То же	41-42	146	0,284	—	0,0291	То же
А. О. Асан-Нури, Б. И. Мительман	41-42	149	0 ,278	—	0,0209	Вертикальная установка; труба-кабель

Зак. 1141

D2 — d; D2 — d?

‘ о’2 ^ ^3. кб’>

(VII. 89)

— 1

Рз. к =

.D — внутренний диаметр колонны или диаметр долота; dT — на­ружный диаметр бурильных труб; d3 —- наружный диаметр замко­вого соединений; иш, % — скорости потока в пространстве между — стенками скважины и бурильными трубами, стенками скважины и замковыми соединения­ми соответственно. Между тем при более внимательном рас­смотрении схемы явления (см. рис. 42) мож­но утверждать, что, строго говоря, гидравли­ческие потери, возникающие от замковых сое­динений в затрубном пространстве, должны рассматриваться как сумма потерь от вне­запного сужения потока и от сразу следую­щего за ним внезапного расширения. В соот­ветствии с (III.33) и (III34) это условие может быть записано в виде равенства

i

4-г

иу

__ У_ ч

^З. К — 4

1 —-

юш / 2g (VII. 90) Однако для кольцевых сечений значения коэффициентов рс и рр, зависящих от степени сужения или расширения, совершенно неиз­вестны. Принимая, что в первом приближении Рс — Эр = 1, и имея в виду, что при всех прочих равных условиях потери на расширение всегда больше, чем при сужении, т. е. при­

Рис. 42. Схема рас­положения замкового соединения буриль­ных труб в’ кольце­вом пространстве

нимая, что ^ —— 1^2 < ^1 — —^ , формулу (VII.90) с некоторым f 1 / 2g

запасом можно переписать в виде. * 9 Г ПК, 2 1Г (VII.91) скоростью в широком сечении, на основании со­- ту = сш<йш/му;

2/ip?= 2 |

или, заменяя иу отношения

Ст-‘У

— 2|з. к.б*

(VI 1.92)

^З. К — £з.1

ГДе ъз. кт

2 &

Зависимость (VI 1.92) достаточно полно отображает физиче­скую сущность изучаемого явления и может рассматриваться как базовая. Произведя соответствующую замену, получаем следую­щую запись, аналогичную записи формулы Борда — Шумилова: 16Q2P /1 1 2 ,

. Рз. К 9 I о г, I П^>

где р — плотность бурового раствора; п — число замков; k — опытный коэффициент. ‘

Нами совместно с Ю. В. Садыховым [21] было показано, что если ввести обозначения a = dT/D-, q = d3jdr; $ = d3/D = aq, вынести за скобку сначала D2, а затем а2, то формула (VII.93) будет бо­лее удобной для практических расчетов:

p3.K = nBnWk, (VII.94)

где

TOC o "1-5" h z 16 /1 1 V

Ц =———- -;B=Q’p;r=—————— -) ;

я Ч с—яг с—J

с= 1/а2,

и все эти величины могут быть затабулированы. .

Так, в табл. 17 помещены значения B = Q2p, найденные для наиболее вероятных значений Q и р, встречающихся в практике.

Таблица 17 р, кг/м* Значения В в м2 •кг/с2 при Q, л/с 10 15 18 20 25 30 35 40 45 50 1200 0,12 0,27 0,39 0,48 0,75 1,08 1,47 1,92 2,40 3,00 1400 0,14 0,32 0,45 0,56 0,88 1,26 1,72 2,24 2,83 3,50 1500 0,15 0,34 0,49 0,60 0,94 1,35 1,84 2,40 3,00 3,75 1600 0,16 0,36 0,52 0,64 1,00 1,44 1,96 2,56 3,24 4,00 1800 0,18 0,41 0,58 0,72 1,12 1,62 2,22 2,88 3,60 4,50 2000 0,20 0,45 0,65 0,80 1,25 1,80 2,45 3,20 4,05 5,00

Таблица 18 d j мм. т 89 114 127 140 зн 108/113 140 172 cf3, мм ЗШ. 118 . 146 170 178 ЗУ 120 155 155 185 d3 ЗН 1,21/1,27 1,23 1,23 ? = ТЗШ 1,33 Т,28 1,34 1,27 ЗУ 1,35 1,36 1,22 1,32 р, м~4 25,8-103 9,61■103 6,26-103 4,22.10*

В табл. 18, составленной по данным [61], приведены значения dT, d3, q и р для труб и замков основных типоразмеров. Рассмат­ривая табл. 18, можно заметить, что общие пределы изменения величины q колеблются от 1,21 до 1,36. Если же учесть, что замки

ЗУ на практике фактически не используются, то для расчетов оста­ются только следующие значения q: 1,21; 1,23; 1,27; 1,28 и 1,33.

Наряду с этим условие (3 = ад>1 означает непроходимость замкового соединения через трубу с данным внутренним диамет­ром. Поэтому все значения а и W, соответствующие таким зна­чениям р, рассматривать не следует, так как они не имеют реаль­ного смысла. С учетом сказанного рабочий диапазон а сущест­венно сокращается. Однако величина W возрастает по такой

ос Рис. 43. Зависимость W от а при различных q: 1, 2, 3, 4, 5 — соответственно <7 = 1,21; 1,23; 1,27; 1,28; 1,33

крутой кривой, что уже самое незначительное увеличение а вы­зывает заметный рост величины W. Поэтому таблица для нахож­дения W — f (a, q) получается слишком громоздкой, в связи с чем ее целесообразно заменить серией кривых для различных q, по­строенных в координатах а—W (рис. 43).

Наличие таких кривых в сочетании с табл. 17 и 18 во многом упрощает необходимые расчеты.

Для примера вычислим потери от замковых соединений в скважине, рассчитанной на бурение до глубины 7000 м в условиях Азербайджана. Наиболее приемлемы могут быть два варианта конструкций, состоящих из кондуктора, промежуточной колонны, хвостовика и эксплуатационной колонны. Различие между этими вариантами заключается лишь в величине диаметров колонн. Бу­дем рассматривать только заключительный этап бурения, когда в — скважину уже спущены промежуточная колонна и хвостовик и бурят, комбинированным инструментом, составленным из труб 140×114 мм. Расход бурового раствора Q = 18 л/с, его плотность — р = 1400 кг/м3. Предполагается, что стенки необсаженной части скважины не имеют каверн и диаметр ствола постоянный.

При таких условиях в каждом варианте можно выделить по­три участка с различной геометрической характеристикой (табл. 19). Далее, располагая значениями dr, a, q, Q, р и т. д.,. по табл. 17 и 18, по кривым на рис. 43 и по формуле (VII.94)

Величины	Номер варианта
I	II
1	2	3	1	2	3
D, мм	277	200	190	252	174	161
dT, мм	140	114	114	140	114	114
a=dT/D	0,505	0,570	0,600	0,556	0,588	0,709
|i, м—4	4220	9610	9610	4220	9610	9610
B=Q2р, м3 • кг/с2	0,454	0,454	0,454	0,454	0,454	0,454
л=Н/10	300	200	200	350	200	150
Яэн	1,23	1,23	1,23	1,23	1,23	1,23
W3H	0,0052	0,026	0,052	0,018	0,038	1,2
Рзн» Па	2994	22 680	‘ 45 340	12 110	33140	784 800
^Рзв, Па		7,1-104		83	•104
Рзш	1,27	1,28	1,28	1,27	1,28	1,28
ТРзш	0,0081	0,045	0,099	0,029	0,073	3,4
Рзш» Па	4680	39 240	86320	19 495	63 660	12223 600
2рзш > Па		1,3-10®		22-	Ю5

определяем искомую величину Pi потерь давления на каждом участке и суммарную (2рг) по всему стволу. Для сравнения пред­ставляет интерес определить величины и 2рг- при работе как с замками ЗН, так и ЗШ. Все указанные величины, заданные и подлежащие определению, даны в табл. 19.

Сопоставляя данные о 2рг-, можно заключить, что вариант II конструкции скважины в отношении потерь на местные сопро­тивления в кольцевом пространстве намного хуже, чем вариант 1з здесь потери давления примерно в 20 раз больше, чем при вари­анте I. Наряду с этим можно сделать вывод, что абсолютная ве­личина потерь, вне зависимости от типа замков, зависит главным образом от отношения a = dT/D. В частности, при бурении под эксплуатационную колонну на глубину 5000—7000 м при а =^0,6 можно принимать, что 2р3н~2рзш, или 0,0981—0,1962 МПа.

Необходимо оговориться, что в рассматриваемом примере, сле­дуя существующей практике расчетов, коэффициент k принимал­ся равным 1. Однако это далеко не так. Специальные опыты, выполненные с целью определения k, показали [27], что его величина в общем случае зависит от режима течения, от ти­поразмера и соотношения диаметров труб и замков. Однако, к сожалению, из-за недостаточного числа опытов назвать конкрет­ные значения коэффициента k для различных условий пока что невозможно. Но уже сейчас можно утверждать, что значения k при структурном режиме всегда больше, чем при турбулентном, и в отдельных опытах они достигали величины 5—10, вместо обыч­но принимаемой k=. На это обстоятельство должно. быть обра­щено особое внимание, поскольку в условиях практики движение бурового раствора, в затрубном пространстве может происходить именно при структурном режиме.

* Номер опыта	dT/D	d3/D	Значения коэффициента k при различных режимах
структурном	переходном	турбулентном
I	0,61	0,74	5,8	1,25	0,66
2	0,61	0,81	2,6	1,53	0,895
3	0,61	0,91	1,6	1,01	1,13

Ко всему изложенному следует добавить, что величина коэф­фициента k при всех режимах течения рабочей жидкости зависит еще и от расположения внутренней трубы. Для того чтобы убе­диться в этом, достаточно сравнить значения k, соответствующие концентричному расположению (£к), и значения, к, соответствую­щие эксцентричному расположению (k3) внутренней трубы с зам­ковыми соединениями. Поскольку теоретическое значение £к. теор= = £э. теор, то, обозначая отношение величин kK и 6Э через к, по­лучаем: .

kK £к. оп’£э. теор ёк. оп

*э £к. теор’£э. оп £э. оп

Значения к, найденные таким образом по данным опытов, вы­полненных при течении глинистого раствора с целью определения величин £к и [27, 68], даны в табл. 20.

Данные табл. 20 полностью подтверждают сказанное.

Комментарии запрещены.