ргр. Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин

• Название: Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин
• Дата: 28.03.2022
• Размер: 2.1 Mb.
• Имя файла: 493660.rtf
• Тип: Пояснительная записка; #422725
• страница: 2 из 5

1.4 Расчёт необходимого расхода бурового раствора

Исходя из полученных результатов расчетов расходов промывочной жидкости по различным методикам и принимая во внимание геологическое строение разреза скважины, а также опыт бурения на данном месторождении, проектом приняты следующие расходы. Значения расходов бурового раствора по интервалам бурения сведены в табл. 3.

Расхода бурового раствора.

Таблица 3

Интервал, м		Расход промывочной жидкости, м3/сек
от	до
0	30	0,059
30	600	0,059
600	2650	0,029

скважина бурение промывка авария

ЧАСТЬ ВТОРАЯ

.1 Выбор гидравлической программы промывки скважины

Целью составления гидравлической программы бурения является, определение рационального режима промывки скважины, обеспечивающего наиболее эффективную отработку буровых долот при соблюдении требований и ограничений обусловленных геологическими особенностями вскрываемого интервала, энергетическими, техническими и эксплуатационными характеристиками применяемого оборудования и инструмента.

Расчет производится по методике,

Исходные данные для расчета:

Глубина бурения скважины L, м 2650.

Удельный вес разбуриваемых пород q_ГП, Н/м³ 2,4·10⁴.

Механическая скорость бурения Vм м/с 0,005.

Момент ГЗД, необходимый для разрушения породы, М_Р Н·м 3885.

Реологические свойства жидкости:

динамическое напряжение сдвига t_О, Па 20

- пластическая вязкость h, Па·с 0,027

Удельный вес бурового раствора q, Н/м³ 1,1·10⁴

Тип бурового насоса УНБ 600

Число буровых насосов 1.

Номинальный расход насоса Q_Н,м³/сек 0,029

Номинальное рабочее давление Р_Н, МПа 21,6

Элементы бурильной колонны

УБТ - 178x90:

длина l₁,м 87;

наружный диаметр dн₁, м 0,178;

внутренний диаметр dв₁, м 0,090.

УБT - 146x74:

длина l₂, м 8;

наружный диаметр dн₂,м 0,146;

внутренний диаметр dв₂, м 0,074.

ТБПВ:

длина l₃, м 300;

наружный диаметр dн₃,м 0,127;

внутренний диаметр dв₃, м 0,107;

наружный диаметр замкового соединения dз₃, м 0,170.

ЛБТ:

длина l₄, м 2248;

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 0,140.

Диаметр проходного сечения, м:

бурового рукава 0,100;

вертлюга 0,75;

ведущей трубы 0,85.

1. Определяем потери давления в бурильных трубах. Для этого определяются значения критических чисел Рейнольдса в бурильной колонне по формуле:
Rекр=2100+7,3·((q·dв²·t_О)/10·h²)^0,58. (61)
В ЛБТ: Rекр = 2100+7,3·((1,1·10⁴ ·0,125²·20)/ 10·0,027²) ^0,58 = 16355;

В ТБПВ: Rекр = 2100+7,3·((1,1·10⁴ ·0,107²·20)/ 10·0,027²) ^0,58 = 14002;

В УБТ-178: Rекр = 2100+7,3·((1,1·10⁴ ·0,090²·20)/ 10·0,027²) ^0,58 = 11838;

В УБТ-146: Rекр = 2100+7,3·((1,1·10⁴ ·0,074²·20)/ 10·0,027²) ^0,58 = 9860.

. Определяются действительные числа Рейнольдса в бурильной колонне по формуле:
Rеm=(4·q·Q)/(10·p·dв·h). (62)
В ЛБТ: Rеm = (4·1,1·10⁴ ·0,029)/(10·3,14·0,125·0,027) = 12041;

В ТБПВ: Rеm = (4·1,1·10⁴ ·0,029)/(10·3,14·0,107·0,027) = 14066;

В УБТ-178: Rеm = (4·1,1·10⁴ ·0,029)/(10·3,14·0,090·0,027) = 16723;

В УБТ-146: Rеm = (4·1,1·10⁴ ·0,029)/(10·3,14·0,074·0,027) = 20339.

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.

. Рассчитывается число Сен-Венана для колонны труб ЛБТ и ТБПВ по формуле:
Sт=(p·t_О·dв²)/(4·h·Q). (63)
В ЛБТ: Sт = (3,14·20·0,125²)/(4·0,027·0,029) = 313;

В ТБПВ: Sт = (3,14·20·0,107²)/(4·0,027·0,029) = 230.

. Определив значение Sт, по рис. 6.7 определяется значение коэффициента b: для ЛБТ - 0,83; для ТБПВ - 0,81.

. Вычисляются потери давления внутри бурильной колонны по формуле:
DРт=(4·t_О·l)/(b·dв), МПа. (64)
В ЛБТ: DРт=(4·20·2248)/(0,83·0,125) = 1,7 МПа.

В ТБПВ: DРт=(4·20·300)/(0,81·0,107) = 0,28 МПа.

6. Рассчитывается значения коэффициентов гидравлического сопротивления l для УБТ-178 и УБТ-146 по формуле:
l=0,1·(1,46·К/dв+100/ Rеm), (65)
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+100/16723)^0,25 = 0,03227.

В УБТ-146: l = 0,1·(1,46·3,0·10^-4/0,074+100/20339)^0,25 = 0,03226.

. Вычисляются потери давления внутри УБТ-178 и УБТ-146 по формуле:
DР_Т=(l·0,8·q·Q²·l)/( p²·dв⁵), МПа. (66)
В УБТ-178: DР_Т=(0,03227·0,8·1,1·10⁴·0,029²·87)/( 3,14²·0,090⁵)=0,35 МПа.

В УБТ-146: DР_Т=(0,03226·0,8·1,1·10⁴·0,029²·8)/( 3,14²·0,074⁵)=0,087 МПа.

8. Суммарные потери давления внутри колонны бурильных труб и секций УБТ составит:

åDР_Т = 0,35+0,087+0,28+1,7 = 2,417 МПа.

Местными потерями давления в приварных замках ТБПВ пренебрегают, так как потери не значительны

. Вычисляются потери давления в наземной обвязке по формуле:
DР_О=(а_С+а_Р+а_В+а_К) ·q·Q² МПа, (67)
где а_С=0,4, а_Р=0,3, а_В=0,3, а_К=0,4 - коэффициенты гидравлических сопротивлений различных элементов обвязки, см.табл. 6.1

DР_О = (0,4+0,3+0,3+0,4)·10⁵·1,1·10⁴·0,029² = 1,3 МПа.

. Вычисляются потери давления в затрубном пространстве. Для этого определяются значения критических чисел Рейнольдса по формуле:
Rекр=2100+7,3·((q·(dс-dн)²·t_О)/10·h²)^0,58, (68)
В затрубном пространстве за ЛБТ на интервале 0 - 600 м:

Rекр = 2100+7,3·((1,1·10⁴ ·(0,2953-0,147)²·20)/ 10·0,027²)^0,58 = 19480.

В затрубном пространстве за ЛБТ на интервале 600 - 2248 м:

Rекр = 2100+7,3·((1,1·10⁴ ·(0,2159-0,147)²·20)/ 10·0,027²)^0,58 = 9243.

В затрубном пространстве за ТБПВ:

Rекр = 2100+7,3·((1,1·10⁴ ·(0,2159-0,127)²·20)/ 10·0,027²)^0,58=11700.

В затрубном пространстве за УБТ-146:

Rекр=2100+7,3·((1,1·10⁴ ·(0,2159-0,146)²·20)/ 10·0,027²)^0,58=9363.

В затрубном пространстве за УБТ-178:

Rекр=2100+7,3·((1,1·10⁴ ·(0,2159-0,178)²·20)/ 10·0,027²)^0,58=5671

В затрубном пространстве за забойным двигателем:

Rекр=2100+7,3·((1,1·10⁴ ·(0,2159-0,195)²·20)/ 10·0,027²)^0,58=3890.

. Вычисляются действительные значения чисел Рейнольдса в затрубном пространстве по формуле:
Rеm=(4·q·Q)/(10·p·(dс+dн)·h). (69)
За ЛБТ (0-600м):

Rеm=(4·1,1·10⁴ ·0,029)/(10·3,14·(0,2953+0,147)·0,027)=3403.

За ЛБТ (600-2248м):

Rеm=(4·1,1·10⁴ ·0,029)/(31,4·(0,2159+0,147)·0,027)=4147.

За ТБПВ:

Rеm=(4·1,1·10⁴ ·0,029)/(10·3,14·(0,2159+0,127)·0,027)=4389.

За УБТ-146:

Rеm=(4·1,1·10⁴ ·0,029)/(10·3,14·(0,2159+0,146)·0,027)=4159.

За УБТ-178:

Rеm=(4·1,1·10⁴ ·0,029)/(10·3,14·(0,2159+0,178)·0,027)=3821.

За ГЗД:

Rеm=(4·1,1·10⁴ ·0,029)/(10·3,14·(0,2159+0,195)·0,027)=3663.

. В затрубном пространстве Rеm < Rекр, значит движение бурового раствора происходит при ламинарном режиме и описывается уравнением Сен-Венана:
S_КП = (p·t_О·(dс-dн)²·(dс+dн))/(4·h·Q). (70)
За ЛБТ (0-600м): S_КП=(62,8·(0,2953-0,147)²·(0,2953+0,147))/(0,006372)=95,87.

За ЛБТ (600-2248м): S_КП=(62,8·(0,0689)²·(0,3629))/(4·0,027·0,029)=34,54.

За ТБПВ: S_КП=(3,14·20·(0,2159-0,127)²·(0,2159+0,127))/(0,003132)=54,34.

За УБТ-146: S_КП=(3,14·20·(0,2159-0,146)²·(0,2159+0,146))/(0,003132)=35,46.

За УБТ-178: S_КП=(3,14·20·(0,2159-0,178)²·(0,2159+0,178))/(0,003132)=11,34.

За ГЗД: S_КП=(3,14·20·(0,2159-0,195)²·(0,2159+0,195))/(0,003132)=3,6.

. Определив значение S_КП, по рис. 6.7 определяется значение коэффициента b_КП: для ЛБТ на интервале 0-600 м - 0,9; для ЛБТ на интервале 600-2248 м - 0,57; для ТБПВ - 0,73; для УБТ-146 - 0,6; для УБТ-178 - 0,34; для забойного двигателя - 0,16.

. Вычисляются потери давления в затрубном пространстве по формуле:
DР_КП=(4·t_О·l)/(b_КП·(dс-dн)) МПа. (71)
За ЛБТ (0-600 м): DР_КП = (4·20·600)/(0,9·(0,2953-0,147)) = 0,4МПа.

За ЛБТ (600-2248м): DР_КП = (4·20·1648)/(0,57·(0,2159-0,147)) = 3,36МПа.

За ТБПВ: DР_КП = (4·20·300)/(0,73·(0,2159-0,127)) = 0,37МПа.

За УБТ-146: DР_КП = (4·20·8)/(0,6·(0,2159-0,146)) = 0,015МПа.

За УБТ-178: DР_КП = (4·20·87)/(0,34·(0,2159-0,178)) = 0,54МПа.

За ГЗД DР_КП = (4·20·6,5)/(0,16·(0,2159-0,195)) = 0,156МПа.

Суммарные потери давления в затрубном пространстве составят:

åDР_КП = 0,4 + 3,36 + 0,37 + 0,015 + 0,54 + 0,156 = 4,84МПа.

. Вычисляются потери давления от замков в затрубном пространстве по формуле:
DР_ЗС=(l/lm)·0,1·((dc²-dн²)/(dc²-dн²)-1)² ·q ·V_КП^2,МПа, (72)
где lm - средняя длина трубы;

V_КП - минимальная скорость жидкости в затрубном пространстве, в интервале ТБПВ определяется по формуле:
V_КП=(4·Q)/(p ·(dc²-dн²)) м/с, (73)
V_КП=(4·0,029)/(3,14 ·(0,2159²-0,127²))=1,17 м/с.

За ЛБТ (0-600 м):

DР_ЗС=(600/12)0,1((0,2953²-0,147²)/(0,2953²-0,172²)-1)²1,1·10⁴·1,17² =0,001МПа.

В затрубном пространстве за ЛБТ на интервале 600-2248 м:

DР_ЗС=(1648/12)0,1((0,2159²-0,147²)/(0,2159²-0,172²)-1)²1,1·10⁴1,17²=0,096МПа.

В затрубном пространстве за ТБПВ:

DР_ЗС=(300/12)0,1((0,2159²-0,127²)/(0,2159²-0,170²)-1)²1,1·10⁴1,17²=0,027МПа.

Суммарные потери давления в затрубном пространстве от замков составят:

åDР_ЗС = 0,001 + 0,096 + 0,027 = 0,124МПа.

. Определяется перепад давления в забойном двигателе по формуле:
DР_ЗД = (DР_ТН·q·Q²) / (q_С·Q_ТВ²), МПа. (74)
DР_ЗД = (4,5·1,1·10⁴ · 0,029²) / (1·10⁴ ·0,035²) = 3,398МПа.

. Определяется вспомогательный параметр j:
j = Q/ (p/4 · V_МЕХ · dc² + Q). (75)
j = 0,029/(3,14/4 · 0,005 · 0,2159² + 0,029) = 0,9937.

. Определяется перепад давления, связанный с выносом шлама по формуле:
DР_Г = (1- j) · (q_ГП- q) ·g·L, МПа. (76)
DР_Г=(1- 0,9937) · (2,4·10⁴ - 1,1·10⁴) ·9,8 · 2650 = 2,13МПа.

. Определяется сумма потерь давления во всех элементах циркуляционной системы за исключением долота:

DР - DР_Д = 1,3+ 2,417 + 4,84 + 0,124 + 3,398 + 2,13 = 14,209МПа.

Рассчитывается резерв давления на долоте по формуле:
DР_Р = b·Р_Н- (DР-DР_Д) МПа. (77)
DР_Р = 0,8 · 21,6 - 14,209 = 3,071 МПа.

Вычисляем скорость течения жидкости в насадках долота по формуле:
V_Д= m· (2· DР_Р/q)^0,5 м/с. (78)
где m - коэффициент расхода, m = 0,95

V_Д= 0,95· (2 · 3,071·10⁶/ 1100) ^0,5 =80 м/с.

Так как V_Д = 80 м/с и перепад давления на долоте меньше критического (Р_КР = 12МПа), то бурение данного интервала возможно с использованием гидромониторных долот.

Принимая V_Д=80 м/с, вычисляется перепад давления в долоте по формуле:
DРд = (q·Vд²)/(20·m²), МПа. (79)
DРд = (1,1·10⁴ ·80²)/(20·0,95²)=3,9МПа.

Определяется расчетное рабочее давление в насосе как:

Р = 3,9 + 14,209 = 18,1 МПа.

Определяется по графику рис. 6.28 утечки промывочной жидкости через уплотнение вала забойного двигателя Qу = 0,0005.

Определяется площадь промывочных отверстий по формуле:
Ф=(Q - Q_У)/ V_Д м². (80)
Ф = (0,029 - 0,0005)/ 80=0,00035 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 УНБ - 600 при диаметре цилиндровых втулок 170 мм, следовательно технологический режим промывки скважины выбран верно и нет необходимости в установке 2х насосов.