Раздел 2. Расчет параметров промывки горизонтальной скважины с применением газожидкостных смесей (ГЖС) – пен.

Исходной для этого расчета является схема сил взаимодействия частицы бурового шлама с потоком ПГЖС в наклонном стволе скважины (По Куликову В.В., Соловьеву Е.Н.).

N

FA

Fтр

6 cgit4BDrC0LoQhgLKX3TaUN+5UZt2Tu5yVDgc2qlmmjmcDPIJIrW0lBvuaGjUb91uvk+nA3C6XN+ eN7M9Uc4Zvt0/Up9Vrsr4v3d8rIFEfQS/p7hF5/RoWKm2p2t8mJASNKY0QPCE09iP8kzFjVCmscg q1L+H1D9AAAA//8DAFBLAQItABQABgAIAAAAIQC2gziS/gAAAOEBAAATAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA AABbQ29udGVudF9UeXBlc10ueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADj9If/WAAAAlAEAAAsAAAAAAAAA AAAAAAAALwEAAF9yZWxzLy5yZWxzUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAMBVctw6AgAAKQQAAA4AAAAAAAAA AAAAAAAALgIAAGRycy9lMm9Eb2MueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAOYjGlXdAAAACAEAAA8AAAAA AAAAAAAAAAAAlAQAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAABAAEAPMAAACeBQAAAAA= " stroked="f">

Т

90º-θ

Fт

θ

F_тр – сила трения частицы о поверхность стенки скважины;

T – суммарная сила внутреннего трения и критико-химических воздействий на поверхность частицы;

F_А – Архимедова сила;

N – сила нормального давления частиц;

F_Т – сила трения;

θ – зенитный угол.

2.1. Критическая скорость газожидкостной смеси, при которой частица шлама удерживается во взвешенном состоянии:

где:

R_П – параметр пенной ГЖС, ПГЖС

М_Ж – массовый расход жидкости пенного раствора (пенного раствора ПАВ)

ρ_Ж= 1000 кг/м³ – плотность жидкости;

Q_Ж – расход жидкости, м³/с.ПринимаемQ_Жпо п. 1.2.

Р – давление, Па;

М – массовый расход воздуха, кг/с

ρ₀ – плотность воздуха

P₀ = 1·10⁵Па – атмосферное давление;

R – газовая постоянная

T = T₀ – температура, градус Кельвина.

· Принимаем Т = Т₀ = 293ºК;

µ_П – пластическая вязкость, для воды µ_П = 0,01 Па·с;

d_ш – диаметр частиц шлама, м.

d_ш = 0,003; 0,005; 0,007; 0,008; 0,013

Ar – число Архимеда

ρ_ш – плотность шлама

· Принимаем ρ_ш = 2600 кг/м³

ρ_п – плотность пены

r_П – параметр ПГЖС (см. выше)

He – число Хедстрёма

τ₀ – динамическое напряжение сдвига ПГЖС;

· Принимаем τ₀ = 15 Па или τ₀ = 5; 10; 15; 25; 30; 45 Па

a – коэффициент учитывающий физико-химический свойства поверхности частиц шлама и водного раствора ПАВ – пенообразователя

С – коэффициент лобового сопротивления шлама при движении в ПГЖС;

2.2. Расчет величины критической скорости для различных значений диаметра частиц шлама

d_ш= 0,003; 0,005; 0,007; 0,008; 0,013

Построить график зависимости: V_кр. = f(d_ш).

График нужен для того чтобы после определения характерного размера частиц шлама скорректировать критическую скорость потока ПГЖС.

2.3. Рассчитать величину V_кр. При различных значениях С – коэффициента лобового сопротивления.

Расчет вести последовательно, определяя значения параметров d; He; C; Ar=f(d_ш); V_кр.

По результатам расчетов построить график зависимости V_кр = f(C).

2.4. Рассчитать значение критической скорости при различных значениях давления в скважине – Р по формуле (8).

При этом необходимо принять соответствующие значения ρ₀;М; М_Ж; Q₀; a; d_ш.

Расчет вести последовательно, определяя значения следующих параметров при различных значениях давления Р: R_П; ρ_п; Ar; He; C.

По результатам расчетов построить график зависимости V_кр. = f(P).

2.5. Рассчитываем значения V_кр. ­при различныхзначенияхстепени аэрации ПГЖС:

Степень аэрации определяется по формуле:

где: Q_Ж – принятые значения расхода жидкости в п.1.8.

Расчет вести последовательно, определять значения параметров: Q₀; M; ρ_п; Ar; He; С.

По результатам расчетов построить график зависимости V_кр. = f(α).

2.6. Рассчитать значения параметра Хедстрёма (He) и критической скорости (V_кр.) падения частиц шлама для принятых значений динамического напряжения сдвига ПГЖС.

Значения динамического сдвига принять в пределах τ₀ = 5÷45 Па при определенных значениях необходимых параметров: Р₀; ρ₀; М; М_Ж; Q₀; d_ш.

По результатам расчета построить графики зависимостей He = f(τ₀) и V_кр. = f(τ₀).

2.7. После получения расчетных значений параметров и их графических зависимостей отметить на графиках выбранные значения параметры ПГЖС и занести значения технологических параметров и показателей свойств ПГЖС, используя данные по их составу, в таблицу.

Состав водного пенообразующего раствора	ρж, кг/м3	Параметры ПГЖС
Qж, м3/c	Q0, м3/c	α	τ0, Па	µп, Па·с	Vкр, м/с	м
См. справочник данных в источниках

2.8. Расчет расхода воздуха при принятых и обоснованных значениях параметров:

где:α – степень аэрации;

Q_ж – расход водного раствора ПАВ, м³/с.

Поскольку величина Q_ж зависит от диаметра скважины, то рекомендуемую величину расхода пенообразующей жидкости (Q_ж) необходимо увязать с диаметром скважины, в которой осуществляется промывка с применением ПГЖС (см. раздел 1.8.)

2.9. Рассчитываем расход пенной ГЖС:

2.10. Принять диаметр долота (скважины) и бурильных труб:

D_C – диаметр скважины, м;

D_Н – диаметр наружных бурильных труб, м;

d_В – внутренний диаметр бурильных труб, м.

2.11. Рассчитаем скорость потока ПГЖС в горизонтальной скважине:

2.12. Сравниваем величину скорости потока ПГЖС со скоростью витания (критической скоростью):

- Если скорость V_П близка к значению V_кр., то можно увеличить подачу воздуха, обеспечив рекомендуемое (от 10 до 50%) превышение V_п:

- Если V_П существенно меньше по величине, чем расчетное значение критической скорости, то увеличив расходные параметры М, М_Ж, Q и Q_Ж провести вновь расчет величины критической скорости потока ГЖС или необходимо принять ГЖС с более высокими значениями реологических параметров;

- Для промывки горизонтальных скважин с применением пенных ГЖС можно принимать, что: