![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Гидравлический расчет промывки скважины
Цель составления гидравлической программы бурения - определение рационального режима промывки скважины, обеспечивающего наиболее эффективную отработку долот, при соблюдении требований и ограничений, обусловленных геологическими особенностями вскрываемого интервала, энергетическими, техническими и эксплуатационными характеристиками применяемого инструмента. Расчет производится по методике, предложенной в [8]. Исходные данные для расчета: Глубина бурения скважины L, м 2830. Удельный вес разбуриваемых пород qГП, Н/м3 2, 4·104. Механическая скорость бурения Vм м/с 0, 005. Момент турбобура, необходимый для разрушения породы, Мр Н·м 1450. Реологические свойства жидкости: динамическое напряжение сдвига tО, Па 20. пластическая вязкость h, Па·с 0, 027. Удельный вес бурового раствора qГП, Н/м3 1, 08·104. Тип бурового насоса УНБТ 950. Число буровых насосов 1. Наминальный расход насоса Qн, м3/сек 0, 037. Наминальное рабочее давление Рн, МПа 23. Элементы бурильной колонны УБТ - 178x90: длина l1, м 62; наружный диаметрdн1, м 0, 178; внутренний диаметр dв1, м 0, 080. УБT - 146x74: длина l2, м 8; наружный диаметр dн2, м 0, 146; внутренний диаметр dв2, м 0, 074. ТБПВ: длина l3, м 250; наружный диаметр dн3, м 0, 127; внутренний диаметр dв3, м 0, 109; наружный диаметр замкового соединения dз3, м 0, 170. ЛБТ: длина l4, м 2778; наружный диаметр dн4, м 0, 147; внутренний диаметр dв4, м 0, 125; наружный диаметр замкового соединения dз4, м 0, 172. Элементы наземной обвязки: Условный диаметр стояка, м 0, 168. Диаметр проходного сечения, м: бурового рукава 0, 102; вертлюга 0, 100; ведущей трубы 0, 85. Определяются потери давления в бурильных трубах. Вычисляются потери давления внутри бурильных труб. Для этого определяются значения критических чисел Рейнольдса в бурильной колонне по формуле:
Rекр=2100+7, 3· ((q·dв2·tО) /10·h2) 0, 58. (2.48) В ЛБТ: Rекр=2100+7, 3· ((1, 08·104 ·0, 1252·20) / 10·0, 0272) 0, 58=16204. В ТБПВ: Rекр=2100+7, 3· ((1, 08·104 ·0, 1092·20) / 10·0, 0272) 0, 58=14132. В УБТ-178: Rекр=2100+7, 3· ((1, 08·104 ·0, 0902·20) / 10·0, 0272) 0, 58=10504. В УБТ-146: Rекр=2100+7, 3· ((1, 08·104 ·0, 0742·20) / 10·0, 0272) 0, 58=9778.
Определяются действительные числа Рейнольдса в бурильной колонне по формуле:
Rеm= (4·q·Q) / (10·p·dв·h). (2.49) В ЛБТ: Rеm= (4·1, 08·104 ·0, 030) / (10·3, 14·0, 125·0, 027) =12230 В ТБПВ: Rеm= (4·1, 08·104 ·0, 030) / (10·3, 14·0, 109·0, 027) =14024 В УБТ-178: Rеm= (4·1, 08·104 ·0, 030) / (10·3, 14·0, 090·0, 027) =19108 В УБТ-146: Rеm= (4·1, 08·104 ·0, 030) / (10·3, 14·0, 074·0, 027) =20657
В бурильной колонне в ЛБТ и ТБПВ Rеm< Rекр, значит движение происходит при ламинарном режиме и описывается уравнением Сен-Венана, а вУБТ-178 и УБТ-146 Rеm> Rекр, следовательно движение происходит при турбулентном режиме и описывается уравнением Дарси-Вейсбаха. Определяются потери давления. Рассчитывается число Сен-Венана для колонны труб ЛБТ и ТБПВ формуле:
Sт= (p·tО·dв3) / (4·h·Q). (2.50) В ЛБТ: Sт= (3, 14·20·0, 1253) / (4·0, 027·0, 030) =303. В ТБПВ: Sт= (3, 14·20·0, 1093) / (4·0, 027·0, 030) =230.
Определив значение Sт, по Рис.6.7. [8, стр 72] определяется значение коэффициента b: для ЛБТ - 0, 84; для ТБПВ - 0, 82. Вычисляются потери давления внутри бурильной колонны по формуле:
DРт= (4·tО·l) / (b·dв) МПа. (2.51)
В ЛБТ:
DРт= (4·20·2778) / (0, 84·0, 125) =2, 117 МПа.
В ТБПВ:
DРт= (4·20·250) / (0, 84·0, 109) =0, 224 МПа
Рассчитывается значения коэффициентов гидравлического сопротивления l для УБТ-178 и УБТ-146 по формуле:
l=0, 1· (1, 46·К/dв+100/ Rеm), (2.52)
где К - коэффициент шероховатости стенок, принимается для УБТ=3, 0·10-4, м. В УБТ-178:
l=0, 1· (1, 46·3, 0·10-4/0, 090+100/19108) =0, 0322.
В УБТ-146:
l=0, 1· (1, 46·3, 0·10-4/0, 074+100/20657) =0, 0326.
Вычисляются потери давления внутри УБТ-178 и УБТ-146 по формуле:
DРт= (l·0, 8·q·Q2·l) / (p2·dв5) МПа. (2.53)
В УБТ-178:
DРт= (0, 0322·0, 8·1, 08·104·0, 0302·62) / (3, 142·0, 0905) = 0, 48 МПа.
В УБТ-146:
DРт= (0, 0326·0, 8·1, 08·104·0, 0302·8) / (3, 142·0, 0745) =0, 093 МПа.
Суммарные потери давления внутри колонны бурильных труб и секций УБТ составит:
å DРт=0, 093+0, 48+2, 117+0, 224=2, 92 МПа.
Местными потерями давления в приварных замках ТБПВ пренебрегают, так как потери не значительны []. Вычисляются потери давления в наземной обвязке по формуле:
DРо= (аС+аР+аВ+аК) ·q·Q МПа, (2.54)
где аС=0, 4, аР=0, 3, аВ=0, 3, аК=0, 9 - коэффициенты гидравлических сопротивлений различных элементов обвязки (см. табл.6.1 [8, стр.118]).
DРо= (0, 4+0, 3+0, 3+0, 9) ·105·10, 8·104·0, 030=1, 85 МПа.
Вычисляются потери давления в затрубном пространстве. Для этого определяются значения критических чисел Рейнольдса по формуле:
Rекр=2100+7, 3· ((q· (dс-dн) 2·tО) /10·h2) 0, 58. (2.55)
В затрубном пространстве за ЛБТ на интервале 0-650 м:
Rекр=2100+7, 3· ((1, 08·104 · (0, 230-0, 147) 2·20) / 10·0, 0272) 0, 58=10871. В затрубном пространстве за ЛБТ на интервале 650-2778 м: Rекр=2100+7, 3· ((1, 08·104 · (0, 367-0, 147) 2·20) / 10·0, 0272) 0, 58=29273. В затрубном пространстве за ТБПВ по формуле (2.55): Rекр=2100+7, 3· ((1, 08·104 · (0, 237-0, 127) 2·20) / 10·0, 0272) 0, 58=14260. В затрубном пространстве за УБТ-178: Rекр=2100+7, 3· ((1, 08·104 · (0, 237-0, 178) 2·20) / 10·0, 0272) 0, 58=8004. В затрубном пространстве за УБТ-146: Rекр=2100+7, 3· ((1, 08·104 · (0, 237-0, 146) 2·20) / 10·0, 0272) 0, 58=11859. В затрубном пространстве за забойным двигателем: Rекр=2100+7, 3· ((1, 08·104 · (0, 237-0, 195) 2·20) / 10·0, 0272) 0, 58=6080.
Вычисляются действительные значения чисел Рейнольдса в затрубном пространстве по формуле:
Rеm= (4·q·Q) / (10·p· (dс+dв) ·h). (2.56) В затрубном пространстве за ЛБТ на интервале 0-650 м: Rеm= (4·1, 08·104 ·0, 030) / (10·3, 14· (0, 230+0, 147) ·0, 027) =4055 В затрубном пространстве за ЛБТ на интервале 650-2778 м: Rеm= (4·1, 08·104 ·0, 030) / (10·3, 14· (0, 367+0, 147) ·0, 027) =12230. В затрубном пространстве за ТБПВ: Rеm= (4·1, 08·104 ·0, 030) / (10·3, 14· (0, 237+0, 127) ·0, 027) =14024. В затрубном пространстве за УБТ-178: Rеm= (4·1, 08·104 ·0, 030) / (10·3, 14· (0, 237+0, 178) ·0, 027) =3684. В затрубном пространстве за УБТ-146: Rеm= (4·1, 08·104 ·0, 030) / (10·3, 14· (0, 237+0, 146) ·0, 027) =3991. В затрубном пространстве за забойным двигателем:
Rеm= (4·1, 08·104 ·0, 030) / (10·3, 14· (0, 237+0, 195) ·0, 027) =3539.
В затрубном пространстве Rеm< Rекр, значит движение бурового раствора происходит при ламинарном режиме и описывается уравнением Сен-Венана:
Sкп= (p·tО· (dс-dн) 2+ (dс+dн)) / (4·h·Q). (2.57) В затрубном пространстве за ЛБТ на интервале 0-650 м: Sкп= (3, 14·20· (0, 23-0, 147) 2+ (0, 23+0, 147)) / (4·0, 027·0, 03) =50, 34. В затрубном пространстве за ЛБТ на интервале 650-2778 м: Sкп= (3, 14·20· (0, 367-0, 147) 2+ (0, 367+0, 147)) / (4·0, 027·0, 03) =482, 2. В затрубном пространстве за ТБПВ: Sкп= (3, 14·20· (0, 237-0, 127) 2+ (0, 237+0, 127)) / (4·0, 027·0, 03) =85, 4. В затрубном пространстве за УБТ-178: Sкп= (3, 14·20· (0, 237-0, 178) 2+ (0, 237+0, 178)) / (4·0, 027·0, 03) =25, 8. В затрубном пространстве за УБТ-146: Sкп= (3, 14·20· (0, 237-0, 146) 2+ (0, 237+0, 146)) / (4·0, 027·0, 03) =61, 5. В затрубном пространстве за забойным двигателем: Sкп= (3, 14·20· (0, 237-0, 195) 2+ (0, 237+0, 195)) / (4·0, 027·0, 03) =14, 8.
Определив значение Sкп, по Рис.6.7. [8, стр 72] определяется значение коэффициента bкп: для ЛБТ на интервале 0-650 м - 0, 66; для ЛБТ на интервале 650-2778 м - 0, 87; для ТБПВ - 0, 74; для УБТ-146 - 0, 7; для УБТ-178 - 0, 58; для забойного двигателя - 0, 45. Вычисляются потери давления в затрубном пространстве по формуле:
DРкп= (4·tО·l) / (bкп· (dс-dн)) МПа. (2.58)
В затрубном пространстве за ЛБТ на интервале 0-650 м:
DРкп= (4·20·650) / (0, 66· (0, 230-0, 147)) =0, 95.
В затрубном пространстве за ЛБТ на интервале 650-2778 м:
DРкп= (4·20·2128) / (0, 87· (0, 367-0, 147)) =0, 89.
В затрубном пространстве за ТБПВ:
DРкп= (4·20·250) / (0, 74· (0, 237-0, 127)) =0, 25.
В затрубном пространстве за УБТ-178:
DРкп= (4·20·62) / (0, 58· (0, 237-0, 178)) =0, 14.
В затрубном пространстве за УБТ-146:
DРкп= (4·20·2128) / (0, 7· (0, 237-0, 146)) =0, 01.
В затрубном пространстве за забойным двигателем:
DРкп= (4·20·2128) / (0, 45· (0, 237-0, 195)) =0, 03.
Суммарные потери давления в затрубном пространстве составит:
å DРкп=0, 95+0, 89+0, 25+0, 14+0, 01+0, 03 =2, 27 МПа.
Вычисляются потери давления от замков в затрубном пространстве по формуле:
DРзс=l/lm·0, 1· ((dc2-dн2) / (dc2-dн2) - 1) 2 ·q ·Vкп2 МПа, (2.59)
где lm - средняя длина трубы; Vкп - минимальная скорость жидкости в затрубном пространстве, в интервале ТБПВ определяется по формуле:
Vкп= (4·Q) / (p · (dc2-dн2)) м/с. (2.60) Vкп= (4·0, 03) / (3, 14 · (0, 2372-0, 1272)) =0, 95 м/с.
В затрубном пространстве за ЛБТ на интервале 0-650 м:
DРзс=650/12·0, 1· ((0, 2302-0, 1472) / (0, 2302-0, 1722) - 1) 2 ·1, 08·104 ·0, 952=0, 005 МПа.
В затрубном пространстве за ЛБТ на интервале 650-2778 м:
DРзс=2128/12·0, 1· ((0, 3672-0, 1472) / (0, 3672-0, 1722) - 1) 2 ·1, 08·104 ·0, 952=0, 001 МПа.
В затрубном пространстве за ТБПВ:
DРзс=650/12·0, 1· ((0, 2372-0, 1272) / (0, 2372-0, 1702) - 1) 2 ·1, 08·104 ·0, 952=0, 004 МПа.
Суммарные потери давления в затрубном пространстве от замков составит:
å DРзс=0, 005+0, 001+0, 004 =0, 01 МПа.
Определяется перепад давления в забойном двигателе по формуле:
DРзд= (DРтн·q·Q2) / (qС·Qтн2) МПа. (2.61) DРзд= (4, 7·1, 08·104 ·0, 032) / (1·104 ·0, 032) =5, 08 МПа.
Определяется вспомогательный параметр j:
j= Q/ (p/4· Vмех ·dc2+Q). (2.62) j= 0, 03/ (3, 14/4· 0, 005 ·0, 2372+0, 03) =0, 993.
Определяется перепад давления, связанный с выносом шлама по формуле:
DР= (1 - j) · (qШ - q) ·g·L МПа (2.63) DРг= (1 - 0, 95) · (2, 4·104 - 1, 08·104) ·9, 81·2830=1, 8 МПа.
Определяется сумма потерь давления во всех элементах циркуляционной системы за исключением долота:
DР-DРд=2, 92+1, 85+2, 27+0, 01+5, 08=12, 13.
Рассчитывается резерв давления на долоте по формуле:
DРр=b·Рн - (DР-DРд) МПа. (2.64) DРр =0, 8·23, 0 - 12, 13=6, 27 МПа.
Определяется возможность гидромониторного эффекта, вычислив скорость течения жидкости в насадках долота по формуле:
Vд= m· (0, 2· DРр/q) 0, 5 м/с, (6.65)
где m - коэффициент расхода (m=0, 95 [8]).
Vд= 0, 95· (0, 2· 6, 67·106/1, 08·104) 0, 5 =105 м/с.
Так как Vд> 80 м/с и перепад давления на долоте меньше критического (Ркр=12 МПа), то бурение данного интервала возможно с использованием гидромониторных долот. Принимая Vд=80 м/с, вычисляется перепад давления в долоте по формуле:
DРд= (q·Vд2) / (20·m2) МПа. (2.66) DРд= (1, 08·104 ·802) / (20·0, 952) =3, 83 МПа.
Определяется расчетное рабочее давление в насосе как Р = 3, 83 + 12, 13 = 15, 96 МПа. Определяется по графику [8, Рис.6.28] утечки промывочной жидкости через уплотнение вала забойного двигателя Qу=0, 0005. Определяется площадь промывочных отверстий по формуле:
Ф= (Q - Qу) / Vд м2. (2.67) Ф= (0, 030 - 0, 0005) / 80=0, 000368 м2.
Применяются три насадки с внутренним диаметром 12 мм. Таким образом, из вышеприведенных расчетов видно, что суммарные потери давления в трубном и затрубном пространствах меньше давления развиваемого буровым насосом типа УНБТ-950 при диаметре цилиндровых втулок 160 мм, следовательно технологический режим промывки скважины выбран верно.
|