Гидравлические сопротивления в скважине при бурении

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ.

ПРОМЫВКА СКВАЖИН

Реологические модели промывочных жидкостей

Реологией называют науку о течении (деформации) тел. Зависимость между напряжением и деформацией большинства тел млжно описать уравнением:

где: τ - касательное напряжение на поверхности контакта двух слоев, отстоящих друг от друга на расстоянии d_r (Па);

τ_о – динамическое напряжение сдвига (Па);

η – вязкость тела (Па·с);

- скорость сдвига одного слоя относительно другого (с^-1);

τ_о, η и n – реологические характеристики тела.

τ_{о = 0 ,} n = 1 - вязкие (ньютоновские) жидкости (вода, рассолы…);

τ_{о 0 ,} n = 1 - вязкопластичные жидкости (БР);

τ_{о = 0 ,} n < 1 - псевдопластичные жидкости;

τ_{о = 0 ,} n > 1 - дилатантные жидкости

Гидравлические расчеты

Давления в скважине.

Гидростатическое давление

Р = r × g × H [Па]

где:

r - плотность бурового раствора, [кГ/м3]

g – ускорение свободного падения, [9,81 м/с²]

H – глубина скважины, [м]

Pг = 0,1 × r × H [кГ/см2]

r - плотность раствора, [г/см3]

Забойное давление.

При отсутствии циркуляции Рзаб = Рг

Во время промывки скважины Рзаб = Рг + Ргск

где: Ргск – гидросопротивления в кольцевом пространстве.

Пластовое давление.

Пластовое давление – давление флюида, находящегося в пласте на вмещающие породы (в глинах – поровое, в коллекторах – пластовое).

Давление гидроразрыва горных пород.

Давление, при котором в породе возникает сеть микротрещин и начинается

интенсивное поглощение жидкости, находящейся в скважине.

Ргр = 0,083× H + 0,66× Рпл(пор), [кГ/см2]

Дифференциальное давление.

Разность между забойным давлением и пластовым (поровым).

РD = Рг + Ргск – Рпл(пор) [Па, кГ/см2]

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ В СКВАЖИНЕ ПРИ БУРЕНИИ

2.1. В насадках долот: [Па]

где: r - плотность бурового раствора, [кг/м3]

Q – расход промывочной жидкости, [м3/с]

dc – средневзвешенный диаметр насадок, [м]

2.2. В бурильных трубах и УБТ: [Па]

где:

L – длина колонны труб, [м]

Dv – внутренний диаметр труб, [м]

2.3. В кольцевом пространстве: [Па]

где:

D – диаметр скважины, [м]

d – наружный диаметр бурильных или обсадных труб, [м]

где:

DG – разница в собственном весе бурильной колонны без промывки и с промывкой.

3. Определение скорости истечения промывочной жидкости из насадок долота[м/с]

где:

Q – расход, [дм3/c]

n – число насадок

d – средний диаметр насадок, [см]

4. Определение скорости движения раствора в трубах и кольцевом пространстве[м/с]

где:

Q – расход, [дм3/c]

F – площадь внутреннего сечения трубы или кольцевого [дм2]

где:

Q – расход, [дм3/c]

D и d – диаметр скважины и труб, [мм]

5. Требования к выбору режима промывки скважины [дм3/с]

где:

D и d – диаметр скважины и труб, [см]

Vк – скорость течения жидкости в кольцевом пространстве [дм3/с]

Оптимальная скорость восходящего потока в кольцевом пространстве должна быть

в пределах 0,4-0,6 м/с, в вязких глинах до 1,2 м/с (по Мищевичу).

Для достижения гидромониторного эффекта:

– перепад давления на долоте должен составлять 50 – 75 кГ/см2,

- скорость истечения раствора из насадок долота должна быть равной 90 – 110 м/с.

6. Определение суммарных гидросопротивлений при вновь выбранной подаче

буровых насосов.

где:

DP1 – гидросопротивления в скважине при подаче Q1,

DP2 – гидросопротивления в скважине при подаче Q2.

7. Расчет времени одного цикла промывки, [мин]

где:

Vc , Vм – объемы скважины и металла бурильной колонны [м3]

Q – производительность, [дм3/с]

7.1. Приближенное определение объема скважины и продолжительности цикла

промывки. Объем 1 п.м. внутритрубного пространства [дм3] определяется по следующей формуле:

где:

D” – наружный диаметр обсадных труб, выраженный в целых числах дюймов, [in]

По старой классификации номер долота диаметру обсадной колонны (в дюймах) из

под которой ведется бурение.

Пример расчета:

Глубина скважины – 3000 м

Бурение ведется из-под башмака технической колонны 245мм (9”)

долотом 215,9 мм (№9)

Vскв = 40,5 × 3000 = 121,5 м3

Вес инструмента находящегося на забое – 100т

Объем металла определим следующим образом: [м3]

Предположим, что производительность насосов Q = 25 дм3/с, тогда время цикла по формуле п.7, составит: [мин]

9. Определение производительности буровых насосов типа У8-6, У8-6МА-2. [дм3/с]

где:

D и d – диаметры втулки и штока, [дм]

S – длина хода поршня, [дм] (для У8-6МА-2 – 4дм)

n – число двойных ходов [мин^-1]

k – коэффициент наполнения, (принимаем k = 0,85)

10. Определение производительности буровых насосов–триплексов, типа НБТ – 475. [дм3/с]

где:

D – диаметр втулки, [дм]

S – длина хода поршня, [дм] (для НБТ-475 – 2,45дм)

n – число двойных ходов [мин^-1]

k – коэффициент наполнения, (принимаем k = 0,9)

11. Определение расхода жидкости вытекающей из отверстия (насадки, штуцера) под заданным давлением, выбор штуцера. [м3/с]

где:

m - коэффициент расхода для бурового раствора

r = 1,2 – 1,3 г/см3, m = 0,9

r = 1,4 – 1,6 г/см3, m = 0,8

r = 1,7 – 1,9 г/см3, m = 0,7

F – площадь отверстия, [м2]

g – ускорение свободного падения, [9.81м/с2]

H – напор, [метров водяного столба]

Откуда:

где: Р – необходимое давление [кГ/см2]

так как

тогда

где:

d – необходимый диаметр отверстия при заданных значениях Q и P, [мм]