1339663 бурение скважин. Расчётная часть 7 Список литературы 31

Название	Расчётная часть 7 Список литературы 31
Дата	15.09.2022
Размер	2.57 Mb.
Формат файла
Имя файла	1339663 бурение скважин.docx
Тип	Документы #678331
страница	2 из 2

1 2

Расчётная часть

Конструкция скважины указана на рис. 1.

Рис. 1 – Конструкция скважины

Схема циркуляции промывочной жидкости в скважине при прямой промывке указана на рис. 2.

Рис. 2 – Схема циркуляции промывочной жидкости в скважине при прямой промывке: 1 – направление; 2 – кондуктор; 3 – обсадная колонна; 4 – бурильные трубы; 5 – соединительные элементы; 6 – УБТ (утяжеленные бурильные трубы); 7 – буровое долото; 8 – нисходящий поток; 9 – восходящий поток, обогащенный шламом;

– длина обсадной колонны;

– длина ствола скважины;

– диаметр скважины

Условные схемы соединительных элементов указаны на рис. 3.

Рис. 3 – Условные схемы соединительных элементов: а) – ниппельное соединение бурильных труб; б) – муфтовое соединение бурильных труб;

– внутренний и наружный диаметры соединительных элементов;

– внутренний и наружный диаметры бурильных труб;

– диаметр скважины; 1 – круглый (в поперечном сечении) поток жидкости; 2 – кольцевой (в поперечном сечении) поток жидкости; 3 – области (зоны) вихрей.

Расчетная схема циркуляции жидкости показана на рис. 4.

Рис. 4 – Расчетная схема циркуляции жидкости: I – буровой насос; II – манометр; III – предохранительный клапан; IV – емкость (зумпф); V – фильтр с обратным клапаном (храпок); VI – система очистки промывочной жидкости. Магистраль разделена на 7 (i = 1,2,…7) участков движения жидкости. i – номер участка движения. Участки i = 5 – 7 в поперечном сечении круглые, а участки i = 1 – 3 – кольцевые. i = 1 – между обсадной и бурильной колоннами; i = 2 – между стенками скважины и бурильной колонной; i = 3 – между стенками скважины и УБТ; i = 4 – на забое скважины и в буровом долоте; i = 5 – внутри УБТ; i = 6 – внутри бурильной колонны; i = 7 – в устьевой обвязке (в подводящей линии от бурового насоса до колонны бурильных труб);

– избыточное давление при входе на i-ый участок движения;

– давление, развиваемое насосом;

– атмосферное давление

Длина вертикальной проекции УБТ определяется по формуле:

Подставляем данные в формулу (1):

Геометрические характеристики участков движения промывочной жидкости

а. Геометрические характеристики поперечных сечений участков

Диаметр скважины определяется согласно условию:

Подставляем данные в выражение (2):

Площадь проекции забоя скважины на плоскость, перпендикулярную её оси вычисляется по формуле:

Подставляем данные в формулу (3):

Площадь и эквивалентный диаметр поперечного сечения потока промывочной жидкости зависит от элементов:

– для круглого сечения геометрическим диаметром

:

в гладкой части магистрали, i = 5, 6, 7:

внутри соединительного элемента колонны БТ, i = 6:

– для кольцевого сечения, имеющего геометрические диаметры

:

в гладкой части магистрали, i = 1– 3:

снаружи соединительного элемента колонны БТ, i = 1, 2

Подставляем данные в формулы (4) – (9):

б. Линейные геометрические характеристики участков

Длины участков движения:

Вертикальные проекции участков движения:

Подставляем данные в формулы (10) – (18):

Начальное напряжение сдвига ПЖ

Если ПЖ – техническая вода (ТВ), то

.

Если ПЖ – глинистый раствор (ГР), то в соответствии с производственными данными можно принять:

при

при

ПЖ – техническая вода (ТВ),

.

Абсолютная вязкость промывочной жидкости (ПЖ)

Если ПЖ – ТВ, то используется эмпирическая формула Ж. Л. М. Пуазёйля:

Если ПЖ – ГР, то в соответствии с производственными данными можно принять:

при

при

Подставляем данные в формулу (19):

Эквивалентный диаметр частиц шлама

Подставляем данные в формулу (20):

Числа Архимеда и Хедстрёма для относительного движения частиц шлама и ПЖ

Число Архимеда характеризует взаимосвязь веса тела в жидкости (газе), вязкости и плотности жидкости (газа).

Число Хедстрёма характеризует взаимосвязь касательной силы трения на поверхности тела, возникающей от действия начального напряжения сдвига, вязкости и плотности жидкости (газа).

Подставляем данные в формулы (21) и (22):

Коэффициент лобового сопротивления при витании частиц

Для НЖ:

где

.

Для БЖ вначале нужно установить знак сравнения между величинами

. Если

, то частицы шлама будут тонуть в БЖ,

определяется как и для НЖ. Если

, то частицы шлама тонуть в БЖ не будут,

.

Подставляем данные в формулу (23):

выполняется условие для НЖ:

Скорость витания частиц шлама в ПЖ определяется по формуле П.Р. Риттингера:

При

.

Подставляем данные в формулу (24):

Среднее значение зенитного угла скважины на участках движения i = 1 – 3

i = 1:

i = 2 – 3:

Подставляем данные в формулы (25) – (26):

Средняя скорость движения потока промывочной жидкости на участке i=1, определяемая исходя из скорости витания

где

.

При

(в этом случае значение

ниже будет уточняться исходя из других условий, а не из величины

Объёмный расход промывочной жидкости

Для охлаждения долота и очистки забоя скважины от шлама:

где

при роторном и электробурении;

–при бурении гидравлическими забойными электродвигателями.

Для выноса шлама на поверхность:

Для охлаждения долота, очистки забоя и выноса шлама на поверхность:

где

– выбранное значение объёмного расхода.

Принимается

.

Подставляем данные в формулы (28) – (30):

Массовый расход жидкости

Подставляем данные в формулу (31):

Массовый расход шлама на всех участках

для участков i = 1 – 3:

для участков i = 4 – 7:

Подставляем данные в формулу (32):

Средняя скорость жидкости на всех участках i = 1 – 3, 5 – 7

Подставляем данные в формулу (33):

Средняя скорость движения частиц шлама на участках i = 1 – 3

Подставляем данные в формулу (34):

Время движения частицы шлама от забоя к устью скважины

Подставляем данные в формулу (35):

Объёмная концентрация частиц шлама в смеси на всех участках

На участках i = 5 – 7:

Подставляем данные в формулу (36):

Плотность смеси на всех участках

Подставляем данные в формулу (37):

Числа Сен-Венана, Рейнольдса и Хедстрёма для течения промывочной жидкости на участках i = 1 – 3, 5 – 7

Число Сен-Венана учитывает силы трения в трубопроводах.

Число Рейнольдса характеризует отношение кинетической энергии потока жидкости (газа) и напряжения сдвига.

Число Хедстрёма характеризует взаимосвязь касательной силы трения на поверхности трубопровода, вязкости и плотности жидкости (газа).

Подставляем данные в формулы (38) – (40):

Режим течения промывочной жидкости на участках i = 1 – 3, 5 –7

эмпирическая формула Е.М. Соловьёва:

Для ТВ:

для круглых сечений;

для кольцевых сечений.

Для ГР:

для круглых и кольцевых сечений.

Если

,то режим течения жидкости на участке турбулентный.

Если

,то режим течения жидкости на участке ламинарный (НЖ) или структурный (БЖ).

Подставляем данные в формулу (41):

Получаем, что режим течения жидкости на всех участках является турбулентным.

Коэффициент линейных сопротивлений на всех участках

Для участков i = 1 – 3, 5 – 7:

Если режим течения промывочной жидкости на участке турбулентный, то полуэмпирическая формула А.Д. Альтшуля:

Если режим течения промывочной жидкости на участке ламинарный или структурный, то

где

для круглых сечений;

– для кольцевых сечений.

Для участка i = 4:

Подставляем данные в формулу (42):

Линейная потеря давления на всех участках

формула Дарси – Вейсбаха:

Подставляем данные в формулу (44):

Коэффициент местных сопротивлений движению ПЖ снаружи и внутри СЭ на всех участках

эмпирическая формула Б.С. Филатова:

Для участков i = 1, 2, 6:

– при

(ниппельное соединение БТ)

;

– при

(муфтовое соединение БТ)

;

– при

(соединение БТ «труба в трубу» или непрерывная колонна БТ без СЭ (колтюбинг))

.

Для участков i = 3, 4, 5, 7:

Подставляем данные в формулу (45):

Местная потеря давления в соединительном элементе на всех участках

формула Вейсбаха:

Подставляем данные в формулу (46):

Потеря давления на трение в промывочной жидкости на всех участках

На участках i = 1 – 3; 5 – 7:

На участке i = 4: потеря давления на трение ПЖ в буровом долоте

где

– коэффициент расхода при истечении ПЖ из долота (гидромониторных насадков долота),

.

Подставляем данные в формулы (47) – (48):

Механическое давление, расходуемое на подъем шлама на всех участках

Подставляем данные в формулу (49):

Избыточное давление при входе на все участки

Подставляем данные в формулы (50) – (56):

Диаграммы избыточного давления и скорости промывочной жидкости (в вертикальном масштабе) изображены на рис. 5 – 6 в соответствии с расчётными данными.

Рис. 5

Рис. 6

Давление, развиваемое насосом

где

– коэффициент запаса давления (1,1 – 1,3).

Подставляем данные в формулу (57):

Мощность потока жидкости

Подставляем данные в формулу (58):

Мощность насоса

Подставляем данные в формулу (59):

Мощность двигателя насоса

По рассчитанным значениям

производится выбор насоса и сменных втулок насоса.

Подставляем данные в формулу (60):

Статический напор жидкого подземного флюида (ПФ) в скважине на подошве коллектора до откачки

Подставляем данные в формулу (61):

Глубина динамического уровня ПФ в скважине

Подставляем данные в формулу (62):

Динамический напор ПФ в скважине на подошве коллектора в процессе откачки

Подставляем данные в формулу (63):

Пластовое давление

Подставляем данные в формулу (64):

Давление жидкого ПФ в скважине на подошве подземного коллектора (ПК)

Подставляем данные в формулу (65):

Радиус влияния откачки (радиус депрессионной воронки, радиус контура питания скважины, радиус влияния скважины)

эмпирическая формула В. Зихардта:

Подставляем данные в формулу (66):

Радиус скважины

Подставляем данные в формулу (67):

Коэффициент проницаемости пород подземного коллектора

Подставляем данные в формулу (68):

Объёмный расход ПФ (объёмный дебит скважины)

формула А.Ж.-Э.Ж. Дюпюи для стационарной плоскорадиальной фильтрации жидкого напорного подземного флюида (НПФ) к вертикальной скважине:

Подставляем данные в формулу (69):

Массовый расход ПФ (массовый дебит скважины)

Подставляем данные в формулу (70):

Удельный расход ПФ (удельный объёмный дебит скважины)

Подставляем данные в формулу (71):

Коэффициент продуктивности скважины

Подставляем данные в формулу (72):

Значение вертикальной координаты кривой депрессии при

Площадь поперечного сечения коллектора на границе со стволом скважины

Скорость фильтрации ПФ при входе в скважину

Действительная скорость фильтрации ПФ при входе в скважину

Массовая скорость фильтрации ПФ при входе в скважину

Действительная массовая скорость фильтрации ПФ при входе в скважину

Давление ПФ на подошве подземного коллектора при входе в скважину

Список литературы

Альтшуль А.Д., Животовский Л.С., Иванов Л.П. Гидравлика и аэродинамика. – М.: Стройиздат, 1987.
Беликов В.Г., Булатов А.И., Уханов Р.Ф., Бондарев В.И. Промывка при бурении, креплении и цементировании скважин. – М.: Недра, 1974.
Гейер В.Г., Дулин В.С., Заря А.Н. Гидравлика и гидропривод. – М.: Недра, 1991.
Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. – М.: Машиностроение, 1975.
Леонов Е.Г., Исаев В.И. Гидроаэромеханика в бурении: Учеб. для вузов. – М.: Недра, 1987.
Симонянц С.Л. Технология бурения скважин гидравлическими забойными двигателями: Учебное пособие. / РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина. – Н.Новгород, изд-во «Вектор ТиС», 2007.
Специальные работы при бурении и оборудовании скважин на воду. / Д.Н. Башкатов, С.Л. Драхлис, В.В. Сафонов, Г.П. Квашнин. – М.: Недра, 1988.
Ушаков А.М. Гидравлические системы буровых установок. – Л.: Недра, 1988.
Чугаев Р.Р. Гидравлика: Учеб. для вузов. – Л.: Энергоиздат, 1982.
Штеренлихт Д.В. Гидравлика: Учеб. для вузов. – в 2-х кн. – М.: Энергоатомиздат, 1991.

1 2