Скорость спуска обсадных колонн

В процессе спуска колонны без ограничения скорости спуска, особенно при малых кольцевых зазорах, возможны гидроразрыв в горных пород и поглощение промывочной жидкости вследствие возникновения высоких гидродинамических давлений. Наиболее опасная ситуация возникает при спуске обсадной колонны с закрытым обратным клапаном, поскольку вся жидкость, вытесняемая колонной, движется только по заколонному пространству. Рассмотрим случай спуска колонны с закрытым нижним концом.

При перемещении колонны, например, вниз вместе с ней будет двигаться часть смежного слоя жидкости. Поэтому жидкость, вытесняемая колонной движется вверх не по всему сечению, а лишь по наружной части его.

Среднюю эффективную скорость выходящего потока можно определить по формуле:

,

где: - скорость спуска труб;

- поправка, учитывающая искажение профиля скоростей, принимают равной 0, 5.

Чтобы при спуске не было поглощений, необходимо ограничивать гидродинамическое давление, которое при спуске колонны складывается из двух компонентов: одного - зависящего от скорости, которую приобрела жидкость к концу предшествовавшего момента времени, и второго - инерционного, зависящего от ускорения движения жидкости в рассматриваемый момент. Так при турбулентном режиме течения это условие можно записать, как:

где: - коэффициент гидравлических сопротивлений:

;

- скорость восходящего потока вытесняемой жидкости;

- ускорение движения жидкости;

- глубина пласта, в которой возможно поглощение;

- коэффициент, учитывающий увеличение гидравлических сопротивлений в заколонном пространстве за счет муфт на обсадных трубах и элементов технологической оснастки:

;

- коэффициент местных сопротивлений для муфтового сужения:

;

- длина одной обсадной трубы.

Положив , можно определить предельно допустимое значение скорости течения в заколонном пространстве:

.

Если , то определяют по приведенной выше формуле скорость спуска колонны. При расчет нужно сделать применительно к структурному режиму течения при котором гидродинамическое давление:

,

где: - безразмерная величина, определяемая в зависимости от параметра
Сен-Венана-Ильюшина по эмпирическим зависимостям:

;

- динамическое напряжение сдвига и пластическая вязкость промывочной жидкости.

Величину критической скорости можно определить по формуле:

,

где: - критическое число Рейнольдса:

.