Кернді алу және алусыз бұрғылау кезінде жуу сұйықтығының көтеру ағысының ұсынылған жылдамдықтары

Таужыныстарды бұзушы аспап	Жуу кезінде көтеру ағысының жылдамдығы, м/с
Сумен	Сазды ерітіндімен
Кескіш түрдегі қашаулар (бұрғылануы бойынша V дәрежеге дейінгі таужыныстарда)	0,6 – 1,0	0,6 – 0,8
Шарошкалы қашаулар (бұрғылануы бойынша V дәрежеден жоғары таужыныстарда)	0,6 – 0,8	0,4 – 0,6
Қатты қоспалардан жасалған коронкаларда	0,25 – 0,6	0,2 – 0,5
Алмазды коронкаларда	0,5 – 0,8	0,4 -0,6

Ауаның (газдың) қажетті шығыны қалыпты атмосфералық қысым (м³/с) кезінде 1.5 формуласы бойынша анықтауға болады. ауаның (газдың) сығылғыштығына байланысты оның көтеру ағысының жылдамдығы ұңғыманың сақиналы арнасында тұрақсыз. Забоймаңы белдемде ағыстың көтеру қабілеттігінің төмендеуін толтыру үшін ұңғыма тереңдеген сайын шығынды жоғарлату қажет. Жалпы жағдайларда нақты шығынды жоғары нақтылықпен келесі формула бойынша анықтауға болады:

, (1.6)

мұндағы – атмофералық қысымда шламды шығаруға қажетті шығын, ; – ұңғыманың сақиналы арнасының забой маңы белдеміндегі қысым, Па; – жер бетіндегі атмофералық қысым .

Көптеген жағдайларда жуу ортасының шығынының мәні есептеу мәндеріне қарағанда жоғарлауы, әсіресе ауаның забойдың тазалану жағдайларының жақсару және құралдың біршама салқындату есебінен бұрғылау жұмыстар өнімділігінің жоғарлауына әкеледі.

Ұңғыманың циркуляциялық жүйесінде қысымның төмендеуі.

Ұңғымада сұйықтықты, газ тәріздес немесе газсұйықтықты жуу ортасының уақыт бірлігіне қараға,нда берілген мөлшерімен тұрақты циркуляциясын қамтамасыз ету үшін сорғыштың, компрессордың немесе біруақытта екеуінің де жетегіне белгілі бір мөлшерде энергияны шығындау қажет. бұл энергия сорғыштың (компрессордың) өзінде шығындалуын ескермейтін болсақ, ұңғымадағы циркуляциялық жүйесіндегі гидравликалық кедергіні жеңу үшін және түсіру және көтеру ағыстарындағы жуу ортасының тығыздығының әртүрлі, мысалы соңғысында таужыныстардың бұзылу өнімдерінің (шламның) болуы нәтижесінде гидростатикалық күштерге, ал турбиналық, гидросоққылау немесе пневмосоққылау бұрғылау жұмыстары кезінде ағыстың энергиясы забойлық қозғалтқыштың жетегіне де шығындалады.

Белгілі жағдайларға сәйкес сорғышты және компрессорлық қондырғыларды таңдау ұңғымадағы циркуляцияланатын ортаның гидравликалық (аэродинамикалық) кедергілерді және гидростатикалық (аэростатикалық) күштерді жеңуге кететін шығындарды есептеу негізінде жүргізіледі. Осы есептеулер әдістемесі әртүрлі және циркуляцияланатын ортаның (сұйықтық, газ, газ-сұйықтықты қоспа) физикалық табиғатына тәуелді болады.

Ұңғыманың сұйықтықпен жуу негізінде қысымның шығыны. Сорғышты таңдау.

Кез келген тамшылы (су, тұзды ерітінді, дизелді жанармай) немесе құрылымдық сұйықтықтың (сазды, полимерлі ерітінділер) сығылмайтынына байланысты гидравликалық есептеулер біршама қарапайым және ұңғыманың кез келген учаскілеріндегі қысым шығыны қосылуы мүмкін. Сорғыш (сорғыштиар тобы) шығаратын жалпы қысым келесі формула бойынша анықталып, Паскальмен өлшенеді:

(1.7)

мұндағы: – бұрғылау және ауырлатылған құбырларда, жетекші құбырда, сальникте, шлангта және жер беті айдау жүйесінде қысымның шығыны; – бұрғылау құбырлардың қосындыларындажергілікті кедергілерді жеңуге кететін қысым шығыны; – ұңғыманың сақиналы арнасынеда қысымның шығыны; – қашауда немесе колонкалы жиынтықта кедергіні жеңуге кететін қысым шығыны; – турбиналы немесе гидросоққылау бұрғылау жағдайларында турбобурда (гидросоққышта) қысымның шығыны; – ұңғыманың шламндануы, сальниктердің пайда болуы және т.б. кезінде қосымша кедергілерді жеңу үшін қысымның қорын ескеретін көрсеткіш. .

Ұңғымада (Па) және жер беті құбырларда қысымның гидравликалық шығының есептеу негізіне Дарси-Вейсбах формуласы алынған:

(1.8)

мұндағы λ – Гидравликалық кедергінің шексіз көрсеткіші; υ – ағыс арнасының қимасы бойынша сұйықтық қозғалуының орташа көлемдік жылдамдығы, м/с; р – сұйықтықтың тығыздығы, кг/ ; l – ағыс арнасының ұзындығы, м; - ағсы арнасының эквивалентті диаметрі (бұрғылау ұбырлары үшін = , мұндағы – құбырлардың ішкі диаметрі; бұрыс пішінді арна үшін ауданы қимасының төрттен бір бөлігінің периметрдің қатынасына тең, ұңғыманың сақиналы арнасы үшін мұндағы – бұрғылау құбырлардың сыртқы диаметрі, D – ұңғыманың диаметрі, м).

гидравликалық есептеулер кезінде ең күрделі және жауапты мәселелерге белгілі жағдайлар үшін λ мәнін анықтау болып табылады. Гидравликалық кедергілер көрсеткіші сұйықтықты ортасының қасиеттеріне, оның қозғалу жылдамдығына, арнаның қимасына, қабырғалардың бірқалыпсыздығына тәуелді болып келеді.

Түзу арналарда ньютонды тұтқырлы сұйықтықтардың қозғалу режимі Рейнольдстың өлшемсіз параметрімен сипатталады:

немесе (1.9)

мұндағы μ – динамикалық тұтқырлық көрсеткіші, Па с. Қалған мәндер жоғарыда берілген.

Тәжірибелік есептелерге арналған формулаларда бірқалыпмыздықтың әсері эквивалентті немесе гидравликалық бірқалыпсыздық арқылы ескеріледі және де жаңа тұтас болат құбырлары үшін 0,02-0,07 мм, шамалы коррозиясы бар құбырлар үшін 0,2-0,5 мм, ескі тат басқан құбырлар үшін 1 мм-ге тең.

<2000 мәндері (шамамен) кезінде ағыстың ламинарлы режимі байқалады және ол кезде кедергі көрсеткіші Рейнольдас санына тәуелді болып, Стокс формуласы бойынша анықталады:

λ=65/R_e, (1.10)

бұл облыста қысымның шығыны бірінші дәрежеде қозғалу жылдамдығына тәуелді болады.

R_e үлкен мәндерінде ауыспалы және турбулентті режим орын алады және олар жылдамдықтан қысым шығынының бөлшек дәрежесіне тәуелдігімен сипатталады, ал Рейнольдс санының мәні кезінде (квадраттық облыс) қысым шығыны R_e мәніне тәуелсіз болады. олар бірқалыпсыздықпен анықталып, қозғалыс жылдамдығының квадратына пропорфионалды болып келеді.

Турбулентті режимнің барлық кең облысы бойынша тұтқырлы сұйықтықтардың қозғалысы кезінде мәнін анықтау үшін салыстырмалы формулалар, мысалы А.Д. Альтшуль формуласы қолданылады:

, (1.11)

мұндағы – гидравликалық бірқалыпсыздық, мм.

өте төмен мәндерінде (1.11) формуласы тегіс құбырлардағы турбулентті режим үшін, ал R_e үлкен мәндерінде бірқалыпсыз үйкеліс (квадратты облыс) үшін нақты болады

Сазды ерітіндінің және басқа да құрылымдық сұйықтықтардың қозғалысы кезінде гидравликалық кедергіні есептиеу олардың реологиялық қасиеттеріне байланысты біршама күрделі. Тұтқырлы пластикалы орта болғандықтан бұл ерітінді Ньютонның тұтқырлық заңына бағынбайды және оның қозғалу режимі Рейнольдстың жалпы параметрінің көмегімен шамалап сипатталады:

, (1.12)

Және ол келесі формуламен берілетін тиімді тұтқырлық η_эф арқылы анықталады:

, (1.13)

мұндағы η – құрылымдық тұтқырлық көрсеткіші; – ығысудың динамсикалық кернеулігі. Өлшеу жүйесінде оларды есептеу кезінде қалпты сазды ерітінділер үшін бұл мәндердің мәнін Па арасында қабылдауға болады және мәні жоғары болған сайын ПА-5 бойынша шартты тұтқырлығы да жоғары болады.

R*<2000-3000 мәндері кезінде қозғалудың құрылымдық режимі байқалады. Бұл жағдайда кедергі көрсеткіші λ жалпы параметрін R_e* қолдану арқылы (1.10) Стокс формуласы арқылы анықталады.

Құрылымдық сұйықтықтың турбулентті қозғалу режимі кезінде бірқалыпсыздықтың әсері әлі толық зерттелмеген. Сондықтан да Re*≥2000-3000 кезінде Р.И. Шищенконың жақындатылған формуласын қолданған жөн.

. (1.14)

R_e*≥50 000 кезінде сазды ерітінділер үшін тұрақты және 0,02 тең болатын кедергі көрсеткішін қолданған жөн.

Сұйықтықты ерітінділермен жуу кезінде көптеген жағдайларда турбулентті режим байқалады. Формулалармен қарастырылған кезінде бұрғылау бағанасының айналу және тербілісі кезінде сғынның қосымша турбуляциясының пайда болуын ескермейді. Сондықтан да сумен, тұзды ерітіндімен, сұйықтықты көмірсутегілермен және басқа да тамшылы сұйықтықпен жуу арқылы бұрғылау жұмыстары кезінде гидравликалық кедергінің көрсеткішін анықтау үшін үнемі А.Д. Альтшултің жақындатылған (1.11) формуласын қолдануға болады және тегіс құбырлар (k_m=0) кезінде Блазнус формуласына әкеледі:

, (1.15)

ал тұщы және тұзды сазды және полимерлі ерітінділермен, яғни құрылымдық сұйықтықтармен жуу кезінде Р.И. Шищенконың жақындатылған (1.14) формуласын қолдануға болады. сорғыштың гидравликалық қуаттылықтың шамалы қорына байланысты қысым шығынының есептеу мәндерінің жоғарлау түрінде қателік болуы мүмкін.

Бұрғылау және ауырлатылған бұрғылау құбырларында (АБҚ), жетекші құбырда, сальникте, шлангта, жер беті айдау жүйесінде қысымның шығының біруақытта анықтау үшін келесі формуланы қолданған ыңғайлы:

, (1.16)

мұндағы барлық мәндер бұрғылау құбырының ішкі арнасына жатады, – бұрғылау құбырлардың экваивалентті ұзындығы және қысымның шығыны АБҚ, жетекгі құбырларда және т.б. қосындылық шығындарға тең:

, (1.17)

мұндағы – АБҚ ұзындығы, м; – АБҚ, жетекші құбырдың және т.б. ішкі диаметрі, м.

Бұрғылау бағанасының қосындыларында және АБҚ, жетекші құбырлар, сальниктер, жер беті айдау жүйесі үшін жеке жағдайлардағы қысымның шығыны келесі формула бойынша анықталады:

, (1.18)

мұндағы ξ – жергілікті кедергінің өлшемсіз көрсеткіші; n – қосындылар саны; υ – бұрғылау құбырлар арнасындағы ағыстың жылдамдығы, м/с.

ξ мәні Б.С. Филатовтың түзеткіш тәжірибелік көрсеткіші бар Бордо-Карно формуласы бойынша анықталады:

(1.19)

мұндағы – қосындыдағы ең кіші өткізу арнасының диаметрі, м; - бұрғылау құбырлардың ішкі диаметрі, м; а – тәжірибелік көрсеткіш, муфталы-құлыпты қосындылар үшін ол 2, ал ниппелді қосындылар үшін 1,5 тең.

Ұңғыманың сақиналы арнасында қысымның шығыны (1.10) формуласы бойынша анықталады және оған λ мәнін, сақиналы арнананың қимасы бойынша орташа ағыс жылдамдығын υ және мәндерін енгізген жөн. Ұңғыманың диаметрі ретінде шартты түрде қашаудың немесе коронканың сыртқы диаметрлер мәні, ал оқпанның шегенделген бөлігінде қысымның шығының есептеу үшін – шегендеу бағанасының ішкі диаметр мәні қабылданады. Шегенделмеген ұңғыманың оқпаны, әсіресе нашар цементтелген немесе борпылдақ таужыныстарда нақты цилиндрлік бетіне ие болмайды және диаметр бойынша номиналды диаметрлен біршама ерекшеленіп, біршама кеңеюге, жергілікті тарылуға, үлкен қуыстарға ие болуы мүмкін сонымен қатар, бұрғылау бағанасының айналуы және тербілісі, оның оқпанда эксцентрлі орналасуын, қабырғалардың бірқалыпсыздығы, ағыстағы газдың көбіршіктері, жуу сұйықтығының шамалы шығыны немесе ұңғымаға басқа сұйықтықтардың құйылуы және де басқа да қиын ескерілетін факторлар сақиналы арнада қысым шығындарын есептеуде шамалы қателіктердің болуына әкеледі.

Колонкалы жиынтықта немесе қашауда қысымның шығыны тәжірибелік мәліметтер негізінде есептеледі. Колонкалы жиынтықта керннің болуына, сұйықтықтың шығынына және қасиеттеріне, қысымның өзгеруіне байланысты Па құрайды. Мұнай және газға бұрғылау кезінде кескіш және ұсақтаушы типті қашауларда оның мәні Па, ал гидромониторлы қашаулардан – одан жоғары болады.

Турбобур және гидросоққыштарда қысымның өзгеруі олардың техникалық сипаттамаларына тәуелді болып, технологиялық жағдайлармен анықталады.

Заманауи алмазды бұрғылау жұмыстары кезінде қысым шығының есептеу, әсіресе сақиналы арналарда бағананың айналуын ескермей жүргізуге болмайды. Ұңғыма диаметрінің кішіреюі, жаңа салалық нормалы бұрғылау құбырларын қолдану, ССК және КССК снарядтарын енгізу бұрғылау бағанасы және ұңғыма қабырғалары, керн және колонкалы құбыр, қос колонкалы жиынтықтар құбарлар арасындағы сақиналы арналардың көлденең қимасының кенет тарылуына әкеледі. Бұл жағдайларда снарыдтың жоғары айналу жиілігі жуу сұйықтығының остік қозғалысына айналу қозғалысы бастырылады. Ағыс арнайы сипатқа ие болады: айналу жилігі жоғары болған сайын спиральдың бұрышы кіші болады. бұл жағдайларда ортадан тепкіш күштер күшееді және олардың белсеңді әрекеті (ішкі цилиндрлік шекараның айналуы кезінде) ысымның гидродинамикалық шығының жоғарлатады, ал консервативті күш (сыртқы шекараның айналуы кезінде) – оларды төмендетеді.

Екі жағдайда да қысым шығының өзгеруі арна қабырғасының айналмалы жылдамдығының ω ағыстың орташа остік жылдамдығына υ пропорционалды болып келеді. Тар сақиналы арна бойынша сұйықтықтың көтеру ағысы қысымының шығындалуы бұрғылау бағанасы бойынша төмен түсетін ағыстың қысым шығынына қарағанда бір-екі есе жоғары болады. эксцентриситеттің жоғарлауына байланысты тар сақиналы арналардағы қысымның шығыны сақиналы арнаның ішкі диаметрінің сыртқы диаметріне қатынасына (мысалы ) пропорционалды төмендейді.

Сумен, NaCl, CaCl сулы ерітінділермен, сұйықтықты көмірсутегілермен және су-майлы эмульсиямен жуу бар жоғары жиілікті алмазды бұрғылау жұмыстары кезінде ортадан тепкіш күштердің тар сақиналы арнада көтеру ағысындағы қысымының гидродинамикалық шығының жоғарлауына әсерін гидравликалық кедергі көрсеткішіне арналған И.А. Запевалотың эмпирикалық формуласының көмегімен шамалап есептеуге болады:

, (1.20)

мұндағы λ – (1.11) формуласымен анықталатын сұйықтықтың остік турбулентті қозғалысы кезінде кедергінің өлшемсіз көрсеткіші; υ – арнаның қимасы бойынша көтеру ағысының орташа жылдамдығы, м/сағ; ω – бағананың айналмалы жылдамдығы, м/с, және ол келесі формуламен анықталады:

, (1.21)

мұндағы n – айналу жиілігі, айн/мин.

Көтеру ағысында қысымның шығыны көрсеткішін қолдана отырып Дарси-Вейсбах (1.18) формуласы бойынш анықталады. Түсіру ағысында (арнаның сыртқы шекарасы айналуы кезінде) бұл шығындар айналу жиілігіне тәуелді болады және оларды қарапайым әдіспен анықтауға болады.

Алмасып келетін, әртүрлі жұтылу белдемдері және флюидтары бар таужыныстарда, яғни күрделі жағдайларда бұрғылау кезінде ұңғыма оқпанындағы гидродинамикалық жағдай циркуляция қалпына келген және көтеру-түсіру операциялары, әсіресе жоғарытиксотропты сазды және полимерлі ерітінділер қолданатын кезінде кенет өзгеріп кетуін ескеру қажет. ұңғыманы толтырып жатқан сұйықтықтың нақты қысымы есептегіш, қалыпты циркуляция жағдайындағы қысымнан бірнеше ретке өзгеруі мүмкін. Бұрғылау снарядын көтеру кезінде поршенді эффект су және газ белгілерінің көрінуіне, ал түсіру кезінде – қабаттың гидрожарылысына әкелуі мүмкін. Екі жағдай кезінде де таужыныстардың опырылуы, оқпанның шламдануы және басқа да күрделіктер туындауы мүмкін. Көп мерзімді тұрып қалулардан (әсіресе мұзды және алмасып келетін мұзды және ерігіш таужыныстар) сақтанып, жоғарытиксотропты ерітінділерді қолданбай, циркуляция қалпына келген кезінде жуу сұйықтығын біртіндеп айдау қажет, ал қауіпті жағдайлардың пайда болуы кезінде снарядты көтеру және түсіру жылдамдығын азайту қажет.

Жоғарыда айтылып кеткендей, бұрғылау кезінде шламның жақсы шығарылуын қамтамасыз ететін қажетті жуу сұйықтығының шығыны ұңғыма оқпанының ең үлкен қимасы жағдайлары яғни оның бастапқы диаметрі үшін анықталады, ал қысым шығындалған кезінде – жоғары тереңділік пен шламдану кезінде жақсы жуылуыға белгілі қоры болатын сұйықтықтың сәйкес шығыны кезінде соңғы диаметрі жағдайлары үшін анықталады.

Ұңғыманы ауамен (газбен) үрлеу кезінде қысымның шығыны, компрессорды таңдау. Ауаның (газдың) сығылғыштығы – оның тұрақты арнаның көлденең қимасы бойынша қозғалыс жылдамдығы сұйықтықтарға қарағанда кез келген учаскілерде әртүрлі болып келеді, сондықтан да қысымның шығындалуы да әртүрлі болады. аэростатикалық қысым гидростатикалыққа қарағанда тұрақты емес, биіктігі бойынша үнемі өзгеріп отыратын газ тығыздығы арқылы анықталады. Осы себептер бойынша ұңғыманың циркуляциялық жүйесінде ауаның (газдың) қысым шығының есептеу біршама күрделі болып келеді.