Сорапты-циркуляциялық кешеннің жуу режимін есептеу және параметрлерiн таңдау

Сорапты-циркуляциялық кешен ұңғымамен бұрғылау тізбегі арқылы тiкелей байланысқан, жуу сұйықтығының ортасында жұмыс iстейдi және қоршаған ортаның ықпалына тікелей ұшырайды. СЦК параметрлерi және пайдалануды жағдайлары ұңғыманың құрылымына және бұрғылау тізбегінің компановкасына, жуу сұйықтығының қасиеттерiне және қоршаған ортаның параметрлерiне тәуелдi болады.

Ұңғыманың құрылымы және бұрғылау тізбегінің компановкасы. Бұрғылау процесiнде ұңғыманың тереңдiгi нөлден максималь мәнiне дейiн өседі, ал диаметрі сатылы кемиді. Бұрғылаудың технологиялық талаптарына байланысты, бұрғылау тізбегі құлыпты және қашаулы бұрғылау құбырларынан басқа, центрлеуші элементтерден, аудармалардан, ауырлатылған бұрғылау құбырларынан (АБҚ), кеңейткіштерден, түптік қозғалтқыштан тұрады, ал қашау гидромониторлық саптамалармен жабдықталуы мүмкін.

Циркуляциялық жүйенің өнімділігін сипаттайтын параметрлер: сыйымдылықтардың саны мен көлемі, дірілдік елеуіштің, центрифуганың, газсыздандырғыштың өткізу қабілеттері, олар бұрғыланатын ұңғыманың параметрлерімен және бұрғылау қондырғысының сыныбымен анықталады.

Жуу сұйығының физикалық-химиялық қасиетi. Жуу сұйығы физикалық-химиялық қасиеттердiң кең ауқымымен сипатталады, олар: тығыздығы, статикалық және динамикалық тұтқырлығы, құрамында шламның және еркін газдың болуы, қаныққан будың температурасы және қысымы. Жуу сұйығының қасиеттері бұрғылау процесінде өзгередi. Ерiтiндiнiң қасиеттерiнiң өзгерiсiнiң рауалы шектерi Ұңғыманы өткізудің технологиялық талаптарымен де, СЦК-нің бұрғылау, қосымша және айдаушы сораптар сияқты, түйiндерiнiң қалыпты жұмысымен шарттастырылған.

Ұңғыманыңқұрылымына, ашылатын қабаттардың қасиеттерiне тәуелді ерiтiндiнiң тығыздығы аэрирланған сұйық тығыздығынан ауыр ерітінділер тығыздығына (2400 кг/м³) дейiн өзгере алады, ал пластикалық тұтқырлық пен ығысуға статикалық кедергі кең диапазондарда өзгередi.

Қоршаған ортаның параметрлерi. Көрcетiлген параметрлер пайдаланылатын климаттық ауданға және бұйымның жасалу типіне, температурының ылғалдылықтың диапазонына тәуелдi болады. Бұрғылау қондырғыларының жұмыс істеу жағдайының ерекшеліктерінескергенде, күтім жасалатын базаға дейінгі қашықтық, пайдаланылатын көліктің типі ескерілуі керек.

Айтылғандарды ескере, СЦК-нің негiзгi параметрлерiнемыналарды жатқызуға болады: бұрғылау сораптарының беруі және айдау қысымы, ыдыстардың сыйымдылықтары және жуу сұйығын қатты бөлшектер мен газдан тазалау тереңдігі.

Бұрғылау сорабының беруi жуу сұйығының құбырлар арасындағы сақиналық кеңiстiгiндегi, қашау саптамаларындағы қозғалыс жылдамдығымен және түптік қозғалтқыштың қуатымен анықталады.

Жуу сұйығының құбырлар арасындағы сақиналық кеңiстiгiндегi қозғалыс жылдамдығы мына формула бойынша анықталады:

, (13.1)

мұнда Q_c - жұмыс iстейтiн сораптың жалпы беруi; - сақиналық кеңiстiк қимасының ауданы; D_д және d_т - сәйкесiнше қашаудың және бұрғылау құбырларының диаметрлерi.

Сақиналық кеңiстiктегi ерiтiндiнiң көтерілу жылдамдығы 0,3-1,2 м/с аралығында болуыкерек. Ол ерiтiндi және жыныстың физикалық-механикалық қасиеттерiне, бұрғыланған жыныс бөліктерінің өлшемдері және мөлшеріне, ұңғыманың диаметрi мен тереңдiгіне тәуелдi болады. Ерiтiндiнiң жылдамдығы төмендегенде бұрғыланған жынысының бір бөлiгi ұңғыма түбіне отырады, ол тізбектің қарысып қалуына әкеледі. Ерiтiндi жылдамдығының 0,9-1,2 м/с аса шамадан тыс артуы ұңғыманың қабырғаларын шайып кетуге және қабаттар арасы ашылып, ізінше ерiтiндiнiң жұтылуына алып кеттi.

Қашауға берілетін гидравликалық қуат бұрғылау тиiмдiлiгіне ықпал етедi, сондықтан сораптар ұңғыма түбінің 1 см² ауданына 0,4-0,8 кВт қашау қүатын жеткізуді қамтамасыз етуi керек. Бұл қуатты беруді Q_c өсірумен емес, ал саптамалардағы қысым айырымын өсіру жолымен арттырған тиімді, өйткені циркуляциялық жүйе элементтеріне шығындалатын қуат беру текшесіне пропорционал.

Бастапқыда ұңғыма оқпанының диаметрі соңғыдан 2-3 есе үлкен, ал бұрғылау басында түбінің ауданы соңындағыдан 4-9 есе үлкен. Тәжірибеден анықталғандай, тиімді бұрғылау үшін диаметрлері үлкен ұңғымаларды ерiтiндiнiң түпке берілуi 0,6 м³/с дейін және кіші диаметрлі ұңғымалар үшін 1 м² түпке 1 м³/с құрауы керек. Сондықтан бұрғылау сораптары талап етілген реттеу диапазонында беруді өзгеру қабілетіне ие болуы керек.

Бұрғылау сораптарының айдау қысымы циркуляциялық жүйенiң гидравликалық кедергісіне тәуелдi болады (13.2-сурет) және оның жеке элементтерiндегi гидравликалық шығындардың жиынтығына тең:

, (13.2 )

мұнда Р_м; Р_к; Р_зд; Р_д; Р_зп - сәйкесiнше манифольд желісінде, бұрғылық құбырларытізбегінде, түптік қозғалтқышта, қашауда және құбыр аралық сақиналық кеңiстiкте қарқынның жоғалтуы.

Циркуляциялық жүйе элементтерiндегi қарқынның шығыны Р_і тығыздығына,тұтқырлығына, қозғалыс жылдамдығына, құбырдың кедiр-бұдырлығына тәуелдi және Дарси-Вейсбах формуласы бойынша есептеледi:

, (13.3)

мұнда λ_і - гидравликалық кедергiлердiң өлшемсiз коэффициентi (әдетте, λ_і=0,02-0,03); ρ – ерiтiндiнiң тығыздығы; l_i және d_i – қарқындық құбырөткізгіштің і-ші телімінің ұзындығы мен гидравликалық диаметрі; - і-ші телімдегі ерітінді ағымының жылдамдығы; f_i - і-ші телім қимасының ауданы.

Қашаудағы және түптік қозғалтқыштығы қысым шығыны формула бойынша анықталады:

, (13.4)

мұнда, - сәйкесінше қашаудағы және турбобурдағы жергiлiктi кедергiлер коэффициенттерң;

f_д, f_т - сәйкесінше қашаудан және турбобурдан сұйық өтетiн аудан.

Сораптың пайдалы гидравликалық қуаты беру шамасына және айдаѣ қысымына пропорционал:

, (13.5)

мұнда - айдау қысымы; - бұрғылау құбырларының ерітінді өтетін қимасының ауданы; - бұрғылау құбырларының диаметріне келтірілген циркуляциялық жүйенің гидравликалық кедергілерінің жинақтық коэффициенті.

Ұңғыманың диаметрi тереңдік өскен сайын сатылы кемитін болғандықтан, айдау қуаты мен шектік қысымының шектеулілігі шартынан әрбір интервалдағы ерітінді беру Q_c мен қысымының Р_н сатылы және сатысыз реттеу шектері анықталады. Р_н мен N_c сатылы реттеуге поршеньдер диаметрлерін, қашау саптамалары қималарын бір мезгілде жұмыс істейтін поршеньдер санын өзгертумен қол жеткізіледі.

Циркуляциялық жүйенiң сыйымдылықтарының жиынтық көлемi ұңғыманың 2-3 көлемi шамасында таңдалады.