Гидравлический расчет целиком. Гидравлический расчет циркуляционной системы в процессе бурения скважины
 Скачать 1.93 Mb.
|
|
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМЫ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ СКВАЖИНЫ Целью гидравлических расчетов при промывке скважины в процессе бурения является нахождение оптимального расхода жидкости, обеспечивающего работу забойных механизмов для успешного разрушения горной породы при гидравлических сопротивлениях в циркуляционной системе, ие превышающих возможности буровых насосов. 1. РАЗБИВКА СТВОЛА СКВАЖИНЫ НА ИНТЕРВАЛЫ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА И ВЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ Гидравлические потери при движении промывочных жидкостей зависят от многих факторов. К ним относятся реологические показатели и плотность жидкости, скорость течения, геометрические характеристики канала, тип долота, применяемого для бурения (с центральной, промывкой или гидромониторное), гидравлическая характеристика турбобура. Предварительная разбивка ствола скважины на интервалы зависит от диаметра ствола. Как правило, минимальное число интервалов определяется количеством обсадных колонн: бурение под кондуктор, бурение под промежуточные колонны, бурение под эксплуатационную колонну. При необходимости интервал с равным диаметром ствола разделяется на самостоятельные интервалы, если внутри него меняются способ бурения (турбинный или роторный), тип турбобура или долота, плотность и реологические показатели промывочной жидкости. Кроме этого, длина интервала не должна превышать 1500—2000 м для лучшего использования гидравлической мощности насосов. После окончательной разбивки ствола скважины на интервалы заполняется таблица с перечнем необходимых исходных данных на каждый интервал (см. табл. 7). Рассмотрим правила выбора данных при заполнении указанной таблицы: 1) глубина бурения в начале и конце интервала (LНи LK) устанавливается в соответствии с выбранной длиной и расположением интервала по стволу скважины; 2) и 3) глубина залегания кровли продуктивного пласта LНи имеющееся в нем давление РПЛ находятся по данным геологотехнического наряда (ГТН); 4) при наличии в разрезе поглощающего пласта или слабого пласта, склонного к гидроразрыву, выделяется глубина Lпл его подошвы; 5) давление гидроразрыва в этом пласте Рг может быть подсчитано по формуле Pг=pгLc, где рг — давление гидроразрыва на 1 м пласта данной площади, МПа/м (пределы изменения 0,015— 0,022 МПа/м); 6) в интервале ствола для гидравлического расчета выделяется наиболее мощная пачка разбуриваемых пород (если интервал не однороден) и находится ее плотность. Плотность рш для наиболее распространенных осадочных пород изменяется от 2400—2700 кг/м3; 7) условная твердость породы, слагающей наиболее мощную пачку (М, МС, С, СТ, Т, ТК, К, ОК), выделяется по ГТН; 8) осевая нагрузка на долото Gнаходится по ГТН или ориентировочно вычисляется по данным табл.1 в соответствии с твердостью пород и диаметром долота; Таблица 1
9) механическая скорость бурения VМопределяется по фактическим данным или используется планируемая по ГТН; 10) реологические показатели промывочной жидкости τ0 и η являются фактическими данными. При их отсутствии можно воспользоваться ориентировочными зависимостями [4] τ0 = f(p) и η=f(р), полученными для глинистых углещелочных растворов и представленными па рис. 1; 11) тип насоса в основном зависит от класса принятой буровой установки. Наиболее распространенными являются насосы У8-7м, У8-6м, У8-4, БРН-1, характеристики которых даны в прилож. 1. Количество одновременно работающих буровых насосов зависит от ряда причин. При бурении под кондуктор и промежуточную колонну возможно (при любом способе бурения) использование двух насосов. Если бурение будет происходить с поглощениями, то целесообразно применять один насос. Для промывки скважины при бурении под эксплуатационную колонну, как правило, достаточно одного насоса типа У8-7м или У8-6м; 12) диаметр долота dд , применяемого при бурении скважины в рассчитываемом интервале, зависит от принятой конструкции скважины; 13) к элементам бурильной колонны относятся бурильные трубы (в т. ч. и УБТ) различных типоразмеров, составляющие принятую компоновку. В примере гидравлического расчета приводится четырехэлементная компоновка колонны, состоящая из утяжеленных, стальных и легкосплавных бурильных труб; 14) элементы наружной обвязки (манифольда) у буровых установок для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения незначительно отличаются друг от друга. А гидравлические потерн в манифольде буровой установки составляют небольшую часть от потерь в целом. Поэтому для расчета потерь в этом элементе циркуляционной системы целесообразно выбирать одну из двух наружных обвязок: для установки с глубиной бурения до 5000 м и с глубиной бурения более 5000 м.  Рис. 1 Зависимость реологических показателей τ0 и η от плотности глинистого раствора 2. МЕТОДИКА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА 2.1. Определение диаметра скважины Наиболее точно диаметр скважины dс характеризуется данными, кавернограммы. Для гидравлического расчета можно найти диаметр скважины по формуле dс=1,05∙dд где dд - диаметр долота, м. 2.2. Выбор плотности промывочной жидкости Плотность  промывочной жидкости, применяемой при разбуривании данного интервала, определяется из условия создания противодавления, препятствующего притоку в скважину пластовых жидкостей и газов: (2.1)где  Рпл — пластовое давление; МПа; g— ускорение силы тяжести, м/с2; Lп— глубина залегания кровли продуктивного, пласта, м. Рассчитанное по формуле (2.1) значение плотности р необходимо проверить с. тем, чтобы не допустить разрыва слабого пласта гидростатическим давлением жидкости. Необходимо, чтобы  (2.2)где Pг — давление гидроразрыва слабого пласта, МПа; Lc— глубина залегания подошвы слабого пласта, м. Окончательная проверка этого условия c учетом шламонасыщенности промывочного раствора и гидравлических потерь в затрубном пространстве может быть сделана после построения графика распределения давления в циркуляционной системе буровой. 2.3. Расчет коэффициентов потерь давления в элементах бурильной колонны Сначала выбираются базовые трубы из числа составляющих бурильную колонну: стальные бурильные или легкосплавные. Выбор базовых труб предполагает проведение гидравлических расчетов по методу эквивалентных длин. При этом определяется условная эквивалентная длина каждого типоразмера труб, гидравлические потери в которых равны потерям в базовых трубах. Этот прием упрощает расчет возможностью нахождения коэффициентов потери давления только для базовых труб. На их основе по формуле Дарси-Вейсбаха вычисляются гидравлические потери у всей компоновки колонны в целом. Коэффициент потерь давления в проходных каналах манифольда А находится по табл.2 в зависимости от укрупненного типа буровой установки и наружного диаметра выбранных базовых труб.
Коэффициент потерь давления в базовых бурильных трубах  (2.3)где dВ— внутренний диаметр базовых труб, м. Коэффициент потерь давления в кольцевом пространстве между стенками скважины и бурильной колонной  (2,4)где  — наружный диаметр бурильных труб, м.Если колонна состоит из труб различных наружных диаметров, то находится средневзвешенное значение учетом длины каждого размера труб.Коэффициент С потерь давления в промывочных отверстиях долота, если для бурения в рассматриваемом интервале предполагается применять долото | центральной промывкой, находится по справочным данным в соответствии с диаметром долота или вычисляется по формуле  (2.5)где  — коэффициент расхода (= 0,65—0,70 для долот с центральной промывкой и =0,90—0,95 для гидромониторных долот); ( — площадь (суммарная) промывочных отверстий долота мм2. Для ряда трехшарошечных долот показатели промывочных отверстий приводятся в табл. 3.
2.4. Определение расхода промывочной жидкости Расход промывочном жидкости определяется с учетом ряда технологических условий, зависит от способа бурения, типа забойного двигателя и долота. При турбинном способе бурения 'Пород с неизвестной механической характеристикой расход промывочной жидкости Q (в м3/с) определяется из следующих технологических условий. 1. При полном использовании гидравлической мощности насосов [7]  (2.6)где  — гидравлическая мощность бурового насоса, кВт; п — число используемых при бурении насосов; LK— глубина бурения в конце интервала, м;  и  — коэффициенты гидравлических сопротивлении соответственно в трубах и кольцевом пространстве. Для данной формулы при использовании глинистого раствора рекомендуется равным 0,02, а  равным 0,04. Если для промывки применяется техническая вода, то и равны 0,01;  — коэффициент гидравлических потерь давления в турбобуре.Показатель турбобура Кт находится по предварительно выбранному забойному двигателю (см. п. 2.6). Последующие технологические условия необходимы также при турбинном бурении пород с известными механическими свойствами, позволяющими определить крутящий момент для разрушения породы, и при роторном способе бурения. 2. При создании необходимой скорости течения VK.„ в кольцевом пространстве для обеспечения выноса шлама  (2.7)где dН— наружный диаметр бурильных труб, м (при наличии в колонне бурильных труб с различными наружными диаметрами, берется меньшее значение dH); VK.П— скорость течения жидкости в кольцевом пространстве, м/с. В зависимости от назначения ствола скважины в интервале гидравлического расчета имеются рекомендации для выбора значения VK.П(см табл. 4).
3. При обеспечении достаточной очистки забоя скважины от выбуренной породы  (2.8)где q— требуемая подача промывочной жидкости на единицу площади забоя, м3/с/м2. В зависимости от назначения ствола скважины рекомендации для выбора величины  приведены в табл. 4. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||