Кафедра «Нефтегазовые технологии»

Кафедра «Нефтегазовые технологии»

ГИДРОАЭРОМЕХАНИКА В БУРЕНИИ

Методическое пособие к выполнению

контрольной работы для студентов специальности

«Бурение нефтяных и газовых скважин»

Пермь 2015

УДК 622.245

Гидроаэромеханика в бурении.Методическое пособие к выполнению контрольной

работы для студентов специальности 130504 «Бурение нефтяных и газовых

скважин/Сост. д-р техн. наук В.М. Плотников. Перм. Нац. Иссл. Политех. ун-т. Пермь, 32с.

Рецнзент канд. техн. нпук, доц. Долгих Л.Н.

В методическом пособии рассматриваются основные теоретические положения и расчетные зависимости для решения задач при выполнении контрольной работы по дисциплине «Гидроаэромеханика в бурении». Приводятся порядок выполнения основных разделов контрольной работы, рекомендации по офрмлению расчетно-пояснительной записки, перечень необходимой литературы, примеры расчета некоторых гидравлических задач при бурении скважин.

УДК 622.245

© Пермский национальный исследовательский

политехнический университет, 2009

Общие положения

Целью данной контрольной работы является закрепление теоретического материала и приобретение практических навыков по выполнению гидравлических расчетов при промывке скважин в процессе бурения.

Контрольная работа является индивидуальной и выполняется на основе фактических данных, собранных студентом при прохождении первой производственной практики. Работа включает расчетно-пояснительную записку (объёмом 15-20 страниц рукописного текста) и графические приложения.

Расчётно-пояснительная записка содержит:

-титульный лист;

-оглавление;

-бланк задания;

-текст с расчётами, схемами и т.п.;

- заключение с изложением основных выводов;

- список использованной литературы.

Пояснительная записка выполняется чернилами, пастой или, при наличии возможности, набирается на компьютере и распечатывается на принтере. При любом способе выполнения пояснительной записки она должна быть выполнена грамотно и аккуратно.

Текст пояснительной записки разрешается помещать на обеих сторонах листа стандартного формата А4 (210´297 мм). С левой стороны нечётной страницы оставляется поле шириной 20-25 мм, а с правой- 10-15 мм; на чётной странице поля выполняются наоборот. Не допускаются сокращения слов за исключением общепринятых.

При ссылке на литературный источник в тексте пояснительной записки необходимо указывать его порядковый номер в квадратных скобках по списку использованной литературы.

Формулы, использующиеся в работе впервые, должны содержать текстовые пояснения входящих в них символов.

Список использованной литературы, помещаемый в конце работы, оформляется в соответствии с существующими правилами библиографических описаний.

Графические приложения выполняются на миллиметровке или другой чертёжной бумаге тушью или карандашом. Размер формата бумаги не регламентируется, но он должен быть таким, чтобы приведённая информация была доступна для чтения и анализа.

Законченная и подшитая работа должна быть датирована и подписана исполнителем.

1. Введение

Бурение скважин различного назначения сопровождается разрушением горных пород и транспортировкой их на дневную поверхность в измельчённом виде. Удаление разрушенной породы с забоя и её транспорт на поверхность осуществляется преимущественно посредством жидкости или газожидкостной смеси, закачиваемой в бурильную колонну насосами. Интенсивность циркуляции и физико-химические свойства циркулирующего очистного агента оказывают важное и существенное влияние, как на процесс разрушения горных пород, так и на технологию строительства скважины в целом. Восходящий поток очистного агента, вступающий в контакт с горными породами в открытой части ствола скважины, предопределяет устойчивость стенок скважины и качество вскрытия продуктивных пластов.

Циркуляция очистного агента и вынос на дневную поверхность разрушенной горной породы сопровождаются большими затратами энергии, которые по данным Н.Маковея [8] могут достигать 70-80% от всей энергии затрачиваемой на бурение. В связи этим становится важным вопрос о рациональном распределении и использовании энергии потока очистного агента в циркуляционной системе буровой. В особенности это относится к промывочным каналам породоразрушающего инструмента, геометрические формы и размеры которых во многом предопределяют эффективность процесса разрушения горных пород и качество очистки забоя скважины от шлама. Всё это указывает на то, что вопросам промывки скважины необходимо уделять достаточно много внимания, как на стадии составления проектов, так и в процессе их реализации.

Проектирование промывки скважины ведётся с учётом конкретных горно-геологических условий, опыта проводки скважин на площадях, имеющих сходный разрез и включает ряд этапов:

- обоснование основных параметров и выбор вида очистного агента;

- обоснование технологически необходимого расхода очистного агента;

- выбор насосной группы и задание режима её работы;

- выбор типоразмера гидравлического забойного двигателя (ГЗД);

- расчёт потерь давления в системе циркуляции буровой;

- оценка возможности использования долот с гидромониторными насадками;

- расчёт критической плотности очистного агента (из условия предотвращения гидроразрыва пластов).

Состав и объём отдельных этапов в конкретных условиях могут меняться.

2. Список условных обозначений

i-индекс интервала бурения (промывки);

D, d - диаметр (долота, труб, замков и т. п.);

L - длина ствола скважины, труб;

H- глубина по вертикали от устья до рассматриваемой отметки;

δт - толщина стенки труб;

l – длина одной трубы;

z - число буровых насосов;

Q – расход (подача);

α – коэффициент подачи насоса;

q – удельный расход жидкости;

vм- механическая скорость бурения;

φ – относительная концентрация жидкой фазы в шламожидкостном потоке кольцевого пространства;

ρ - плотность жидкости;

ρп- плотность горной породы;

Pпл- пластовое (поровое) давление на глубине Н;

Ргр - давление гидроразрыва горных пород;

Pн - давление нагнетания насоса;

ΔP – перепад давления;

b – коэффициент загрузки насоса;

m – число насадок долота;

dн – диаметр насадки долота;

F – площадь сечения (труб, забоя);

µн – коэффициент расхода насадка долота;

Fкп – площадь сечения кольцевого пространства между бурильной колонной и стенками скважины;

f – площадь сечения проходного канала (в бурильных трубах, УБТ, насадка);

v – средняя скорость движения внутри канала циркуляции;

vкп – средняя скорость движения в кольцевом пространстве;

vч - скорость витания частиц шлама в жидкости;

µ - динамическая вязкость жидкости;

η – пластическая вязкость жидкости;

τо – динамическое напряжение сдвига;

к – коэффициент консистенции (для степенной жидкости);

n – показатель степени;

λ – коэффициент гидравлических потерь внутри канала циркуляции;

λкп – коэффициент гидравлических потерь в кольцевом пространстве;

э – эквивалентная шероховатость;

α – коэффициент сопротивления стояка;

ξв – коэффициент местных потерь внутри замка бурильных труб;

ξн – коэффициент местных потерь замков в кольцевом пространстве;

β – безразмерное напряжение сдвига;

Re – число Рейнольдса;

He – число Хедстрема;

S – число Сен-Венана;

Ar – число Архимеда;

3. Гидравлический расчёт промывки скважины.

3.1. Обоснование основных исходных параметров.

3.1.1. Обоснование плотности промывочной жидкости.

Функции, выполняемые промывочной жидкостью, весьма обширны и подробно описаны в специальной литературе [1-13], список которой, приведённый в конце данной работы, можно рассматривать как минимально необходимый.

При проектировании программы гидравлического расчёта промывки скважины необходимо из широкого разнообразия промывочных жидкостей выбрать ту, которая обеспечит не только высокие технико-экономические показатели бурения, но и исключит осложнения и аварии в скважине. Последнее условие предопределяется, главным образом, плотностью промывочной жидкости.

Оптимальная работа долота на забое достигается при минимальной плотности промывочной жидкости. Однако, плотность промывочной жидкости выбирают из условия недопущения нефтегазопроявлений, осыпей и обвалов, проходимых горных пород. Для обоснования потребной величины плотности промывочной жидкости определяющим внешним фактором является пластовое (поровое) давление.

Согласно Правил безопасности в нефтяной и газовой промышленности [11] плотность бурового раствора в интервалах совместимых условий бурения должна определяться из расчёта создания столбом бурового раствора гидростатического давления в скважине, превышающего пластовое (поровое) давление на величину 10% для скважин глубиной до 1200 м (интервалов от 0 до 1200 м), но не более чем 1,5 МПа и 5% - для скважин глубиной от 1200 м до проектной глубины, но не более чем 2,5 МПа.

Данное требование можно представить в виде следующей расчётной зависимости для определения плотности бурового раствора в соответствующем расчётном интервале:

Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru ≥ ρi= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru , (1)

где ∆Pр – предельное значение репрессии на пласт в i-ом интервале глубин;

кб- коэффициент превышения давления, создаваемого буровым раствором, над пластовым в том же расчётном интервале глубин; Hк- глубина залегания кровли пласта, давление в котором имеет величину Рпл.

Вместе с тем, плотность бурового раствора, вычисленная по выражению (1), должна создавать такую репрессию на пласт (с учётом гидродинамической составляющей давления в кольцевом пространстве) при которой исключается гидроразрыв любого из пластов расчётного интервала совместимых условий бурения. Это требование описывается следующим выражением:

ρi< Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru , Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru (2)

где Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru - суммарные потери давления в кольцевом пространстве от подошвы пласта (с наиболее низким давлением гидроразрыва) до устья скважины;

Hп– глубина залегания подошвы рассматриваемого пласта;

Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru- относительное содержание жидкости в шламожидкостном потоке.

Проверка условия (2) возможна только после установления подачи насоса.

В случае если условие (2) не выполняется, необходимо или уменьшить подачу насоса или изменить типоразмер бурильных труб.

В интервалах, представленных горными породами, склонными к потере устойчивости и текучести, плотность и другие параметры бурового раствора устанавливаются исходя из условий обеспеченья устойчивости стенок скважины, однако репрессия, на любой из пластов интервала совместимых условий бурения, не должна превышать ранее указанных значений.

Допускается депрессия на стенки скважины в пределах 10-15% от эффективных скелетных напряжений (разность между горным и поровым давлением), если это не вызывает угрозу течения, осыпей, обвалов и не приводит к газонефтеводопроявлениям [11]. Плотность бурового раствора в этом случае следует определять по формуле:

ρi=[( Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ruпл/gH]─ Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru ∙ρп , (3)

где k1 – коэффициент, учитывающий депрессию на стенки скважины, выраженный в % от эффективных скелетных напряжений (принимается равным 10-15 %); Рпл – пластовое давление; ρп – плотность горной породы.

Необходимо иметь в виду, что по совместному решению проектировщика, заказчика и подрядчика допускаются отклонения от требований Правил [11] в случае поглощения бурового раствора в процессе бурения, вскрытии коллекторов при забойном давлении, приближающемся к пластовому.

Отклонение плотности бурового раствора, находящегося в циркуляции, от проектной величины не должно превышать 0,02 Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru (кроме случаев ликвидации газонефтеводопроявлений).

3.1.2. Обоснование расхода промывочной жидкости.

Теоретическими, лабораторными и промысловыми исследованиями установлено, что расход промывочной жидкости оказывает существенное влияние на механическую скорость бурения, проходку на долото, чистоту и состояние ствола скважины.

Главнейшая функция промывочной жидкости при роторном способе бурения и бурении электробуром – очистка забоя скважины от шлама и его вынос на поверхность. При бурении гидравлическим забойным двигателем (ГЗД) промывочная жидкость, кроме того, обеспечивает его работу в технологически необходимом режиме.

Курсовая работа

по дисциплине:

гидроаэромеханика в бурении

Тема: Гидравлическая программа промывки скважины №

месторождения

Разработал: студент гр. БНГС

Руководитель,проф. кафедры БНГС

Плотников В. М.

Пермь 2013 г.

Приложение 2

Примеры расчета некоторых гидравлических задач при бурении скважин.

Пример

Исходные данные: Dд = 124 мм, Кк = 1.2, dн = 73 мм, Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru = 1120 кг/м3, rч = 2300 кг/м3, Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru = 0.02 Па×с, Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru = 10 Па. Бурение винтовым забойным двигателем Д2-105.

Расчет: Расход необходимый для очистки забоя

Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru Q =qFзаб = q × 0.785×Dд2=0.5×0.785×0.124 2=0.006 м3/с = 6 л/с.

Число Хедстрема

He = Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru = Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru =2800.

Критическое число Рейнольдса

Reкр=30(1+ Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru ) =30(1+ Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru )=268.54.

Критическое число Архимеда

Arкр = 18(Reкр + Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru ) = 18(268.54 + Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru ) =21633.72.

Число Архимеда

A r= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru = Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru =32412,24

Ar > Arкр. Число Рейнольдса

Re=1,83 Ar0,5=1,83×32412.24 0,5=329.46.

Определяем скорость витания

vв= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru = (329.46×0.02)/(0.01×1120) =0.6 м/с.

Определяем скорость в кольцевом пространстве

vкп = 1.2 vв= 1.2×0.6 =0.72 м/с.

Расход необходимый для выноса шлама на дневную поверхность

Q =vкп Fкп = 0.72×0.785×((1.2×0.124)2 - 0.0732) =0.0095 м3/с = 9.5 л/с.

Пример

Удельный момент:

Муд= A + 1.2 Dд = 2 + 1.2×12.4 = 16. 88 Н×м/кН.

Момент на долоте

Мд= G. Муд = 30×16.88 = 506.4 Н×м.

где G = 30 кН – допустимая осевая нагрузка для забойного двигателя ДГ-105.

Момент на двигателе

Мдв = 1.2 Мд = 1.2×506.4 = 607.68 Н×м =0.6 кН×м.

Крутящий момент забойного двигателя при работе на промывочной жидкости и при расходе Q :

М.= (1×1120×9,52)/ (1000×102) =1. 01 кН×м.

М > Мдв. ГЗД работает в режиме максимальной мощности. Nгзд = 36 кВт, D p =7.0 МПа,

КПД = 36 %, n = 270 об/мин.

3. Расчет потерь давления в элементах циркуляционной системы.

Общие критерии давления Δр при движении промывочной жидкости в элементах циркуляционной системы определяются из выражения.

Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru (П.15)

Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru

Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru ,

где Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru , Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru – потери давления на трение по длине труб и в кольцевом пространстве; Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru , Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru – потери давления в местных сопротивлениях в трубах и кольцевом пространстве; Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru – потери давления в наземной обвязке; Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru – перепад давления в забойном двигателе; Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru д– потери давления в промывочных отверстиях долота; Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru г – разность между гидростатическими давлениями столбов жидкости в кольцевом пространстве и трубах, Па.

Определяем критическое значение числа Рейнольдса:

Reкр.=2100+7,3He0,58, (П.16)

где He = Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru - число Хедстрема;

η – пластическая вязкость промывочной жидкости, Па. с;

τ0 – динамическое напряжение сдвига, Па;

dг – гидравлический диаметр, мм.

За бурильными трубами в необсаженной части:

Reкр.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru

За бурильными трубами в обсаженной части:

Reкр.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru

За забойным двигателем:

Reкр.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru

В бурильных трубах:

Reкр = Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru

Определяем действительные числа Рейнольдса при течении жидкости в кольцевом пространстве:

Reкп.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru , (П.17)

За бурильными трубами в необсаженной части:

Reкп.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru .

За бурильными трубами в обсаженной части:

Reкп.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru

За забойным двигателем:

Reкп.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru .

Т.к. полученные значения Reкп.< Reкр., то движение жидкости везде в кольцевом канале происходит при ламинарном (структурном)режиме.

Определим числа Сен-Венана:

Sк.п.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru , (П.18)

За бурильными трубами в необсаженной части:

Sк.п.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru .

За бурильными трубами в обсаженной части:

Sк.п.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru .

За забойным двигателем:

Sк.п.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru .

По графику, приведенному в [7], определяем параметр β: за бурильными трубами в необсаженной части β к.п.= 0.28; за бурильными трубами в обсаженной части β к.п.= 0.2; за забойным двигателем β к.п.= 0.14.

Определяем потери давления в кольцевом пространстве по формуле:

Δрк.п.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru , (П.19)

где Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru – длина секции бурильных труб, м.

За бурильными трубами в необсаженной части :

Δрк.п.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru =1023859.8 Па = 1.02 МПа.

За бурильными трубами в обсаженной части:

Δрк.п.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru =4385964.9 Па = 4.39 МПа.

За забойным двигателем:

Δрк.пзд.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru = 243996.6 Па = 0,024 МПа.

Местные потери давления от замков в кольцевом пространстве:

Δрм.к.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru , (П.20)

где Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru - средняя длина трубы, м;

d м – наружный диаметр замкового соединения, м.

Местные потери давления от замков в кольцевом пространстве в необсаженной части:

Δр м.к.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru

= 1366514.41 Па = 1.4 МПа.

Местные потери давления от замков в кольцевом пространстве в обсаженной части:

Δр м.к.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru 499131.7 Па =

=0.5 МПа.

Суммарные потери давления от замков в кольцевом пространстве:

Δр м.к = 1.4 +0.5 =1.9 МПа.

Определяем действительное числа Рейнольдса в бурильных трубах:

Reт.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru

Т.к. полученные значения Reт.> Reкр., то потери давления определяются по формуле Дарси-Вейсбаха.

Рассчитаем значения коэффициентов гидравлического сопротивления:

Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru , (П.21)

где К – шероховатость.

Для обсаженой части К= 3. 10-4, для необсаженой части К = 3. 10-3.

В бурильных трубах:

Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru , (П.22)

Вычислим потери давления внутри бурильных труб:

Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru . (П.23)

Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru = 10633395.96 Па =10.63 МПа.

Потери давления в забойном двигателе Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru = 8 МПа.

Потери давления в наземной обвязке

Δр0= (αс+ αш+ αв+ αк) Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru , (П.24)

где αс, αш, αв, αк– коэффициенты гидравлических сопротивлений различных элементов обвязки, определяемые по справочнику [2, 5].

Δр0= (3.4 + 1.2 +0.9 + 1.8) Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru 73788.4 Па = 0.074 МПа.

Потери давления в долоте определим по формулам подобия

Δрд =0.66 Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru =0,3 МПа.

Суммарные потери давления в элементах циркуляционной системы:

Δр=0.3 + 0.074 + 8 + 10. 63 +0.026 + 4.39 + 1.02 +1.9 = 26.34 МПа.

4. Подбор реологических параметров промывочной жидкости

Из характеристики забойного двигателя определяем расход промывочной жидкости Q, при котором его мощность максимальна.

Если Q > q×Fзаб, то подбор реологических характеристик бурового раствора имеет смысл.

Если Q < q×Fзаб, то подбор не имеет смысла, так как при таких расходах не будет обеспечиваться очистка забоя от шлама.

Если подбор имеет смысл, то далее определяем скорость входящего потока промывочной жидкости при расходе Q.

vкп = Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru = Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru (П.25)

Определяем скорость витания

Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru vв = Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru (П.26)

Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru Или

vв = Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru (П.27).

Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru Дальше необходимо подобрать реологические характеристики промывочной жидкости, при которых скорость витания частиц будет равна значению, вычисленному по формуле (П.27).

Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru Воспользуемся следующим выражением для определения скорости витания в ВПЖ.

vв = Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru (П.28).

Если известна зависимость динамического напряжения сдвига r0 промывочнойжидкости от пластической вязкости, то есть Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru = f ( Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru ), то подбор можно осуществить следующим образом. Подставим в выражение (П.28) зависимость Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru от Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru и строим график скорости витания от пластической вязкости Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru . Из графика определяем Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru при котором скорость витания будет равна значению, вычисленному из выражения (П.27). Зная Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru можно определить Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru .

Если зависимость динамического напряжения сдвига r0 промывочнойжидкости от пластической вязкости неизвестна, то подбор можно осуществить следующими способами.

1. Зададимся Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru и подставим в выражение (П 28) и приравняв полученное выражение с выражением (П.27) определяем Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru .

2. Зададимся Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru и подставим в выражение (П.28) и приравняв полученное выражение с выражением (П.27) определяем Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru .

Пример

Подобрать реологические характеристики промывочной жидкости для применения винтового двигателя двигателя ДР-127.

Мощность двигателя максимальна при расходе 20 л/с.

1. Зададимся Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru = 10 Па.

vв = Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru = Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru =0.866 м/с. Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru

Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru = Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru = Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru =0.866.

Откуда Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru =0.036 Па ×c.

2. Зададимся Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru =0.020 Па ×c

Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru = Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru =0.167(19.293- Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru )=0.866.

Откуда Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru =14 Па.

5. Влияние реологических параметров и глубины бурения на изменение потерь давления

Как видно из вышеприведенных выражений, реологические параметры промывочных жидкостей оказывают влияние на потери давления в трубах и в кольцевом пространстве, так как эти потери зависят от режима течения жидкости, которая в свою очередь зависит от реологических параметров.

Пример

Определим потери давления с уменьшенным значением ДНС, т.е. при Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru = 0.02 Па×с, Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru = 5 Па.

Определяем критическое число Рейнольдса

За бурильными трубами в необсаженной части:

Reкр.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru

За бурильными трубами в обсаженной части:

Reкр.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru

За забойным двигателем:

Reкр.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru

В бурильных трубах:

Reкр = Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru

Определяем действительные числа Рейнольдса при течении жидкости в кольцевом пространстве:

За бурильными трубами в необсаженной части:

Reкп.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru .

За бурильными трубами в обсаженной части:

Reкп.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru

За забойным двигателем:

Reкп.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru .

Т.к. полученные значения Reкп.< Reкр., то движение жидкости везде в кольцевом канале происходит при ламинарном (структурном режиме)режиме.

Определим числа Сен-Венана:

Sк.п.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru ,

За бурильными трубами в необсаженной части:

Sк.п.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru .

За бурильными трубами в обсаженной части:

Sк.п.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru .

За забойным двигателем:

Sк.п.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru .

По графику определяем параметр β: за бурильными трубами в необсаженной части β к.п.= 0.19; за бурильными трубами в обсаженной части β к.п.= 0.1; за забойным двигателем β к.п.= 0.09.

Определяем потери давления в кольцевом пространстве по формуле:

За бурильными трубами в необсаженной части :

Δрк.п.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru =754423 Па = 0.75 МПа.

За бурильными трубами в обсаженной части :

Δрк.п.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru =4385964.9 Па = 4.39 МПа.

За забойным двигателем:

Δрк.пзд.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru = 18975.1 Па = 0,019 МПа.

Суммарные потери давления в кольцевом пространстве:

Δр кп = 0.75 + 4. 39 + 0.019 = 5.159 МПа.

при t 0 = 10 Па Δр кп = 5.434 МПа.

Как видно из расчетов уменьшение ДНС в 2 раза привело уменьшению потерь в кольцевом пространстве 1. 05 раза, а в трубах потери давления не изменились.

Увеличение глубины бурения приведет к увеличению потерь давления в трубах и в кольцевом пространстве. Например, увеличение глубины бурения с 1800 м до 5000 м приведет к увеличению потерь давления в бурильных трубах и в кольцевом пространстве за трубами и в замках в 1.94 раза.

6. Переход турбулентного режима в ламинарный

Переход произойдет тогда, когда число Рейнольдса станет меньше критического числа Рейнольдса, то есть Re < Reкр. Воспользуемся следующими выражениями:

Reкр.=2100+7,3He0,58 (П.29)

He = Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru (П.30)

Re.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru (П.31)

Для труб

He = Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru = Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru

Re.= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru .= Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru .

Тогда Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru < 2100+7,3( Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru )0,58 (П.32)

Аналогично получаем для кольцевого пространства

Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru < 2100+7,3( Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru )0,58 (П.33)

С помощью условий (П.32) и (П.33) можно подобрать динамическое напряжение сдвига при известной вязкости и наоборот для того, чтобы иметь в трубах или в кольцевом пространстве ламинарный режим.

Пример

Необходимо подобрать ДНС промывочной жидкости, если h =0, 015 Па × с так, чтобы режим течения в трубах и кольцевом пространстве был ламинарным.

Для труб

Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru < 2100+7,3( Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru )0,58

16501.27 < 2100 + 1924.07 × Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru 0.58.

Откуда Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru > 32.15 Па.

Для кольцевого пространства в обсаженной части

Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru < 2100+7,3( Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru )0,58

4451.28 < 2100 + 2015.67 × Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru 0.58

Откуда Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru > 1.3 Па.

Для кольцевого пространства в необсаженной части

Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru < 2100+7,3( Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru )0,58

4073.98 < 2100 + 2805.56 × Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru 0.58

Откуда Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru > 0.55 Па.

Значит при Кафедра «Нефтегазовые технологии» - student2.ru > 32.15 Па режим течения в трубах и кольцевом пространстве будет ламинарным.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Балденко Д.Ф. Винтовые забойные двигатели: Справочное пособие/ Д.Ф. Балденко, Ф.Д. Балденко, А.Н. Гноевых// - М.: Недра, 1999.-375 с.

2. Булатов А.И. Справочник инженера по бурению. Том 2/А.И. Булатов, А.Г. Аветисов// - М.: Недра, 1985.-191 с.

3. Булатов А.И. Справочник по промывке сважин/А.И. Булатов, А.И. Пеньков, Ю.М. Проселков// - М.: Недра, 1985.-317 с.

4. Ганджумян Р.А. Инженерные расчеты при бурении глубоких скважин: Справочное пособие/ Р.А. Ганджумян, А.Г. Калинин, Б.А. Никитин// - М.: Недра, 2000.- 489 с.

5. Иогансен К.В. Спутник буровика/ К.В. Иогансен//-М.: Недра, 1990.-98 с.

6. Козодой А.К. Промывка скважин при бурении /А.К. Козодой, А.В. Зубарев, В.С. Федоров// - М.: Гостопиздат, 1963.-172 с.

7. Леонов Е.Г. Гидроаэромеханика в бурении/ Е.Г. Леонов, И.И. Исаев// - М.: Недра, 1987.-304 с.

8. Маковей Н. Гидравлика бурения/ Н. Маковей// - М.: Недра, 1986.-536 с.

9. Межлумов А.О. Бурение кважин с применением воздуха, газа и аэрированной жидкоти/ А.О. Межлумов, Н.С. Макурин//-М.: Недра, 1967.-320 с.

10. Осипов П.Ф. Гидравлические и гидродинамичесие расчеты при бурении скважин: Учебное пособие/ П.Ф. Осипов// - Ухта: УГТУ, 2004.-71 с.

11. Правила безопасности в нефтяной промышленности ПБ 08-624-03. Госгортехнадзор России. Ассоциация буровых подрядчиков – М.: «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003.-272 с.

12. Шищенко Р.И. Гидравлика промывочных жидкостей/ Р.И. Шищенко, Б.И. Есьман, П.И. Кондратенко//-М.: Недра, 1976.-294 с.

13. Шищенко Р.И. Практическая гидравлика в бурении/ Р.И. Шищено, Б.И. Есьман//- М.: Недра, 1966.-319 с.

Кафедра «Нефтегазовые технологии»

ГИДРОАЭРОМЕХАНИКА В БУРЕНИИ

Наши рекомендации