1-я часть для печати. Лекции по технологии бурения, для молодых специалистов, работающих на проектах в узбекистане

• Название: Лекции по технологии бурения, для молодых специалистов, работающих на проектах в узбекистане
• Дата: 22.03.2022
• Размер: 181.38 Kb.
• Имя файла: 1-я часть для печати.docx
• Тип: Лекции; #409646
• страница: 8 из 9

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ

Определение потерь давления в различных частях бурильной колонны. Существует несколько моделей для расчётов потерь давления в трубах и кольцевом пространстве. Каждая из моделей базируется на ряде допущений.

Потери давления

Существует несколько методик расчёта потерь давления, при чём каждая из них даёт различные значения для одних и тех же условий. Мы будем рассматривать две модели: пластическая модель Бингхэма и модель степенного закона. Начнём с рассмотрения модели Бенгхэма.

Потери давления в трубах

Допустим, как пример с помощью модели Бингхэма определить потери давления, скорость истечения из насадок и диаметры насадок для скважины диаметром 311мм. Чтобы обеспечить расхода жидкости 44 л/с (2650л/мин). Данными для расчёта примем пластическую вязкость -12*10^-3Па*с; предельное напряжение сдвига 0,479*12 Па; плотность бурового раствора 1,057кг/л; бурильная труба – внутренний и наружный диаметр 73 и 127ммсоответственно, длина -1775м. УБТ внутренний и наружный диаметр 73 и 203мм соответственно, длиной 189м. Наружный и внутренний диаметры последней обсадной колонны -340 и 319мм. Спущенной на 777мм. Насосы работают при максимальном давлении на стояке 15,17МПа.

При пластической модели Бингхэма используют следующие уравнения. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ В ТРУБНОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Средняя скорость движения (м/с) жидкости в трубах ϑт = 21,2*(Q/D²). (7.2) (1.2) где Q – расход, л/мин; D – внутренний диаметр трубы, мм.

Критическая скорость жидкости в трубах ϑк (м/с). ϑк = 1,5*(PV+(PV²+0.1064*ρm*D²*YP)^1/2/(ρm*D)). (7.3) (1.3) где YP - предельное напряжение сдвига, Па; PV –пластическая вязкость, 10^-3 Па*с. Если средняя скорость в трубах больше критической т.е. ϑт >ϑк (7.4) (1.4) то поток турбулентный и для определения потерь давления в БК (МПа) необходимо использовать уравнение

рт = (5,55*ρm ^0,8 Q^1.8(PV)^0.2L)/D^4.8. (7.5) (1.5). где L – длина трубы, м.

если средняя скорость меньше чем критическая ϑт <ϑк. (1.6) то поток ламинарный, и для определения потерь давления (МПа) в трубах необходимо использовать уравнение pл = (3,2*10^-2 L*PV*ϑт)/D² + (2.55*YP*10^-3)/D. (1.7)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ ДАВЛЕНИЯ В КОЛЬЦЕВОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Средняя скорость в кольцевом пространстве, м/с. (1.8)

ϑкп = 24,5*Q/(D²скв-D²н) где Dскв –диаметр скважины, мм. Dн – наружный диаметр трубы, мм. Напомним, что при определении средней скорости в не обсаженной части кольцевого пространства в формуле (1.8) значение Dскв. вводиться диаметр ствола скважины, а в обсаженной части внутренний диаметр предыдущей колонны. Значение - Dн – в интервале УБТ и БТ вводится диаметр УБТ и бурильных труб соответственно. Также, для корректного расчёта необходимо вычислять скорости за бурильными замками, при этом сократить длину инструментана длину всех замков и по формуле (1.8)определить скорость использую диаметр замка. Критическая скорость (м/с) в кольцевом пространстве ϑк.кп.бт = 1,5*(PV+(PV²+0.079*ρm*Dе²*YP)^1/2)/(ρm*Dе)) (1.9) где Dе = Dскв-Dн.(1.10), так же в обсаженной и не обсаженной части принимается значение внутреннего диаметра предыдущей колонны и диаметра скважины по долоту соответственно. Сравнивая формулы (1.3) и (1.9) аналогичны: вместо диаметра D используются эффективный диаметр. При определении эффективного диаметра учитывать вышесказанное Напоминание.
Если средняя скорость больше критической т.е. ϑкп>ϑк.кп.бт (1.11) То поток – турбулентный, и для потерь давления (МПа) в кольцевом пространстве необходимо использовать уравнение.
Рк.п.т.=(5,55*ρm^0,8*Q^1.8*PV^0.2*L) / ((Dскв-Dн)²*(Dскв+Dн)^1.8). (1.12)
Если средняя скорость меньше критической, т.е. ϑкп<ϑк.кп.бт (1.13)

То поток – ламинарный, и для определения потерь давления (МПа) в кольцевом пространстве необходимо использовать уравнение (1.14)

Рк.п.л = (48*10^-3*L*ϑкп *PV)/(Dскв-Dн)² + 2.87*10^-3*L*YP/(Dскв-Dн).

Перепад давления на долоте

рд=рст- (рбт+рубт+рз.т.+рз.убт) (1.15) т.е. из давления на стояке вычитаем все потери вычисленные выше. Где рд – потери давления на долоте, рбт, рубт, рз.т. и рз.убт потери давления внутри бурильных труб и УБТ и потери давления в кольцевом пространстве соответственно.

Скорость выхода (м/с) струи жидкости из насадки долота определяется по формуле

ϑс = 13,44*(10*рд/ρm)^1/2 (1.16)

общая площадь поперечного сечения (мм²) насадок долота
А0 =16,67*(Q/ϑс). (1.17) а диаметр насадок долота(мм)
dн = 1.26*(4*A0/3*π)^1/2 (1.18)
Теперь на примере определим потери давления, скорость истечения струи из насадок долота и диаметры насадок для скважины диаметром 311мм. Что бы обеспечить расход жидкости 44 л/с. (2650л/мин) использую два насоса.
Данные для расчёта: пластическая вязкость – 12Е-3, Па*с; придельное напряжение сдвига – 0,479*12 Па; плотность бурового раствора – 1,057 кг/л; бурильная труба – внутренний и наружный диаметры 108,6 и 127мм соответственно длиной 1957м; УБТ – внутренний и наружный диаметры 73 и 203мм, соответственно, длиной 189м.

Наружный и внутренний диаметры последней ОК -340 и 319мм. Эта колонна спущена на глубину 777м. При работе двух насосов общей производительностью 44л/с (2650л/мин)

Решение: Примем что потери давления в наземной обвязке равным р1=0,349МПа.