|
|
1-я часть для печати. Лекции по технологии бурения, для молодых специалистов, работающих на проектах в узбекистане
По формуле (1.2) находим среднюю скорость течения в бурильных трубах ϑт=21,2*(2650/108,62) =4,763 м/с. Определим критическую скоростьдвижения раствора в трубахиз уравнения (1.3) ϑкт =1,5* (12+(122+0,1064*1,057*108,62*0,479*12))1/2/(108,6*1,057)=1,309 м/с.
Поскольку ϑ>ϑк то поток турбулентный и потери давления внутри бурильных труб рассчитывают по формуле (1.5).
Рвн.т.=5,55*1,0570,8*120,2*26501,8*1975/108,64,8=4,622МПа
Следуя той же методике, по формуле (1.2) рассчитываем среднюю скорость течения в УБТ.
ϑубт=21,2*(2650/732) =10,54 м/с
и по формуле (1.3) находим критическую скорость течения в УБТ
ϑкубт =1,5* (12+(122+0,1064*1,057*732*0,479*12))1/2/ (73*1,057) =1,398 м/с.
Так как ϑубт > ϑкубт поток турбулентный и потери давления в УБТ определим по (1.5)
Рвн.убт= 5,55*1,0570,8*120,2*26501,8*189/734,8=2,97 МПа
 Определение потерь давления в кольцевом пространстве
Схема по условиям для расчёта давления за трубное пространство
  777м
  1975м
189м
1
2154м
Находим среднюю скорость потока в обсаженном интервале скважины по формуле (1.8).
ϑок.бт 24,5*Q/(D2вн.ОК-D2н.т.) = 24,5*2650/(3192-1272) = 0,758 м/с
по формуле (1.9) определим критическую скорость потока для этого интервала
ϑк.ок.бт = 1,5*(PV+(PV2+0.079*ρm*Dе2*YP)1/2)/(ρm*Dе)) =1,5*(12+(122+0,079*1,057*(319-127)2*0,479*12)1/2/(1,057*(319-127))=1,076 м/с
поскольку ϑок.бт< ϑк.ок.бт то поток ламинарный и потери давления вокруг трубы определяем по формуле (1.14)
Рок.бт = (48*10-3*L*ϑкпPV)/(Dвн.ок-Dн.т)2 + 2.87*10-3*L*YP/(Dскв-Dн) = (48*10-3*777*12*0,758)/(319-127)2 + 2,87*10-3*777*12*0,479/(319-127)= 0,145 МПа
Для открытого участка ствола в интервале вокруг бурильных труб производят те же вычисления что и для предыдущего интервала.
Находим среднюю скорость потока в не обсаженном интервале скважины по формуле (1.8).
ϑскв.бт 24,5*Q/(D2скв - D2н.т.) = 24,5*2650/(3112-1272) = 0,806 м/с
ϑк.скв.бт = 1,5*(PV+(PV2+0.079*ρm*Dе2*YP)1/2)/(ρm*Dе))= 1,5*(12+(122+0,079*1,057*(311-127)2*0,479*12)1/2/(1,057*(311-127))=1,08 м/с
поскольку ϑскв.бт< ϑк.скв.бт то поток ламинарный и потери давления вокруг трубы в открытом стволе определяем по формуле (1.14)
Рскв.бт = (48*10-3*L*ϑскв.бтPV)/(Dскв-Dн.т)2 + 2.87*10-3*L*YP/(Dскв-Dн.т) = (48*10-3*1198*12*0,806)/(311-127)2 + 2,87*10-3*1198*12*0,479/(311-127)= 0,241 МПа
Теперь определим общий перепад давления в кольцевом пространстве за бурильными трубами
ркп.бт.=рок.бт.+ рскв.бт = 0,145 + 0,241 =0,386 МПа
также производится расчёт потерь давления вокруг УБТ.
ϑскв.убт 24,5*Q/(D2скв - D2н.убт.) = 24,5*2650/(3112-2032) = 1,17 м/с
ϑк.скв.убт = 1,5*(PV+(PV2+0.079*ρm*Dе2*YP)1/2)/(ρm*Dе))= 1,5*(12+(122+0,079*1,057*(311-203)2*0,479*12)1/2/(1,057*(311-203))=1,15 м/с
так как ϑк.скв.убт <ϑк.скв.убт значить поток ламинарныйи потери давления вокруг УБТ определим по формулу (1.14)
Рскв.убт = (48*10-3*Lубт*ϑскв.убтPV)/(Dскв-Dн.убт)2 + 2.87*10-3*Lубт*YP/(Dскв-Dн.убт) = (48*10-3*189*12*1,17)/(311-203)2 + 2,87*10-3*189*12*0,479/(311-203)= 0,068 МПа
И так, общие потери давления циркуляционной системе (исключая потерь в долоте) будут равняться сумме
Р1+рвн.т+рвн.убт + рок.бт + рскв.бт + рскв.убт = 0,349+4,622+2,977+0,068+0,374=8,3 МПа
Следовательно, перепад давления на долоте будет равен
Рд = 15,17 -8,3=6,78 МПа.
Скорость истечения (м/с) струи жидкости из насадки долота определяется по формуле (1.16)
ϑс = 13,44*(10*рд/ρm)1/2 = 13,44*(10*6,78*/1,057)1/2=107,6 м/с.
общая площадь поперечного сечения (мм2) насадок долота (1.17)
А0 =16,67*(Q/ϑс) = 16,67*2650/107,6 = 410,32мм2 а диаметр насадок долота (мм) (1.18)
dн = 1.26*(4*A0/3*π)1/2 = 1,26*(4*410,32 / (3*3,14))1/2 =16,64мм.
Вы можете выбрать, например, две насадки диаметром 17,7мм и одну насадку диаметром 16мм, получите общую площадь 412,18мм2 что меньше вычисленной площади 410,32 мм2.
Оптимизация гидравлики долота
Гидравлический расчёт долота начинают с установления потерь давления в различных элементах циркуляционной системы, как видите мы с вами поэтапно решали эту программу, определяя общие потери в циркуляционной системе. Для дальнейших расчётов мы введём обозначение рр – это потери давления в циркуляционной системе за вычетом потерь давления на долоте.
Когда определены потери давления Рц, Вы должны определить ДОПУСТИМОЕ ДАВЛЕНИЕна долоте Рдоп.д – эта величина зависит от максимального возможного давления на устье. Т.е. выбора производительности насосов с учётом возможности насосной группы, минимального давления гидра разрыва пласта вскрываемого горизонта и конечно минимально необходимых параметров для очистки забоя и выноса выбуренной породы на дневную поверхность.
Необходимо отметить, что большинство БУ имеют ограничения максимального давления нагнетания на устье, особенно при использовании высоких расходов буровых растворов, превышающих 30 -35л/с. В таких случаях увеличивают количество насосов с меньшими диаметрами поршней.
Коллеги, учитывая жаркий и сухой климат нашей родины Узбекистана, для буровых установок, находящихся на эксплуатации компании Эриелл, БУ взятые в аренду, могут позволить себе работать более часа с давлением на устье 18 -21 МПа, и на собственных БУ не более 25МПА и то, в жаркий период не продолжительное время. Поэтому при решении задач по оптимизации критериев оптимизации гидравлики долота необходимо учитывать это. Иными словами, Вы должны производить оптимизацию гидравлики долота с учётом возможности конкретной БУ.
Существуют два критерия оптимизации гидравлики долота:
Максимальная гидравлическая мощность долота Wmax.дол;
Максимальная ударная сила струи Fстр..
Для каждого критерия характерны различные перепады давления на долоте и разные диаметры насадок. Перед инженером ставится задача выбора критерия. Напомним, что перед началом бурения интервала уже известна скорость восходящего потока за трубное пространство, по которому определяют производительность насосов. Таким образом, оптимизации требует лишь одна переменная – перепад давления на долоте Рд.
Рассмотрим более подробно эти критерии и экспресс метод оптимизации гидравлики долота.
МАКСИМАЛЬНАЯ ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ МОЩНОСТЬ ДОЛОТА
Гидравлическая мощность на устье (Wу) есть сумма гидравлической мощности на долоте Wmax.дол и гидравлической мощности Wц.с.. С матиматической точки зрения это может быть выражено следующим оброзом:
Wу = Wmax.дол + Wц.с.. (1.26). откуда
Wmax.дол = Wу - Wц.с.. (1.27).
Как вы догадались этот простой расклад баланса давлений даёт Вам возможность определить (Wmax.дол) максимальную мощность на долоте учитывая технические возможности насосной группы БУ. Или иными словами вы можете определить максимальную гидравлическую мощность, на долоте которую можно получить при выбранной оптимальной производительности насосов. Уравнение (1.27) можно записать в виде Wmax.дол = 2,536*10-7*(Ру*Q – PцQ), (1.28)
Где Ру - фактическое давление на стояке по показанию манометра, МПа; Pц - потери давления в циркуляционной системе, которые вы расчитали выше, МПа; Q - расход жидкости, л/с. Зависимость перепада давления в циркуляционной системе от Q следующая:
Pц = К*Q n. (1.29)
К – константа, n - показатель степени турбулентности в системе циркуляции. Из уравнений (1.28) и (1.29) получаем
Wmax.дол = 2,536*10-6*(Ру*Q - К*Q n+1). (1.30)
Дифференцируя уравнение (1.30) по Q находим для критических условий
d(Wmax.дол)/dQ =0,(1.31)
откуда Ру = (n+1)K*Qn (1.32)
или учитывая уравнение (1.29)
Pу = (n+1)*Pц (1.33) кроме того
Рц = Ру – Рд (1.34)
Подставляя уравнение (7.34) в уравнение (1.33) получим
 (1.35)
Коллеги, в литературе предложено несколько значений n, при чём все они находятся в пределах 1,8 – 1,86. Если принять n= 1.86, то согласно уравнения (1.35)
Рд = (1,86/(1,86+1))*15,77 = 0,65*15,17 =9,86 МПа. или 65% от общего допустимого давления нагнетания на устье.
Фактическое значение n можно определить в промысловых условиях при работе бурового насоса на нескольких скоростях, снимая показания результирующих давлений. Затем вычерчивают зависимость Рц = Ру – Рд от Q . Наклон кривой принимается за показатель n.
МАКСИМАЛЬНАЯ УДАРНАЯ СИЛА
При ограниченном давлении на устье Л. Робинсон доказал, что для максимальной ударной силы перепад давления в долоте определяется уравнением
Рд = (n/(n+2))*Pу. (7.36).
Ударная сила (Н) долота может быть представлена как функция Q и Рд следующим уравнением
IF = 4.236*10-6*Q*(10*ρm*Рд)1/2 (1.37)
Где Q расход жидкости в л/с; ρm– плотность раствора, г/см3; Рд – перепад давления на долоте, МПа.
ВЫБОР НАСАДОК
При использовании максимальной гидравлической мощности долота всегда берутся меньшие диаметры насадок, по сколько это даёт больше значения Рд по сравнению со значениями, получаемыми при использовании метода максимальной ударной нагрузки. На площадях БХР, устьюрта и Сурханской мегасинклинали, при бурении интервалов начиная, под кондуктором и ниже эффект гидромониторного удара на разрушение пород положительных результатов не дал.
Для определения общего проходного сечения (мм2) и диаметра насадок (мм) можно использовать следующие уравнения:
А0 = 0,1879* Q*(ρm / 10*Рд)1/2 , (1.40)
dн = 32*(4*A0/(3*π))1/2 , (1.41)
где ρm - плотность раствора, г/см3; Рд – перепад давления на долоте, МПа.
Рассмотрим это на конкретном примере: для замены долота в скважине диаметром 311мм давления на стояке регистрировались при различных расходах жидкости, причём прежнее долото находилось на забое на глубине 1990м, а следующее долото должно будет пробурить до глубины 2438м. Диаметр насадок на долоте было установлено 3 насадки по 13мм, плотность бурового раствора
1040 кг/м3, расход жидкости 38 л/с, максимальное допустимое устьевое давление Ру = 17,3МПа.
Перед Вами стоит задача определить оптимальные гидравлические параметры для следующего долота, используя критерии максимальной гидравлической мощности долота и ударной силы. Зависимость давления, зафиксированные на стояке при работе заменяемого долота от расхода жидкости, приведены ниже.
Расход жидкости, л/с - 19 25 32 38 41 Давление на стояке, МПа - 3,5 6,0 8,4 12 13,4
|
|
|
Скачать 181.38 Kb.