Министерство образования и науки Российской Федерации
ФГБОУ ВО «РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Серго Орджоникидзе» (МГРИ-РГГРУ)
_________________________________________________________________________
КАФЕДРА СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ БУРЕНИЯ СКВАЖИН
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ПО ЦИРКУЛЯЦИОННЫМ ПРОЦЕССАМ
Циркуляционные процессы при промывке скважины роторного бурения жидкостью
Выполнил:
Проверил: проф. Куликов В.В.
МОСКВА, 2016 г.
Задание
Рассчитать параметры режима работы бурового насоса при прямой промывке нефтяной скважины роторного бурения.
Параметрами режима работы насоса являются подача (расход) промывочной жидкости, развиваемое давление и развиваемая мощность.
I. В соответствии с № варианта задания и результатами последующих расчётов заполнить таблицу исходных данных.
Таблица исходных данных
№ |
Обозначение величины и её размерность; вид агента |
Значение величины; реологическая модель агента |
Наименование величины; назначение агента |
1 |
hc, м |
Глубина скважины |
|
2 |
Hc, м |
Длина ствола скважины |
|
3 |
hок, м |
Глубина спуска обсадной колонны (ОК) |
|
4 |
Hок, м |
Длина ОК |
|
5 |
Dок, мм |
Наружный диаметр ОК |
|
6 |
dок, мм |
Внутренний диаметр ОК |
|
7 |
DД, мм |
Диаметр долота |
|
8 |
DУБТ, мм |
Наружный диаметр утяжелённых бурильных труб (УБТ) |
|
9 |
dУБТ, мм |
Внутренний диаметр УБТ |
|
10 |
HУБТ, м |
Длина УБТ |
|
11 |
hУБТ, м |
Длина вертикальной проекции УБТ |
|
12 |
DБТ, мм |
Наружный диаметр бурильных труб (БТ) |
|
13 |
dБТ, мм |
Внутренний диаметр БТ |
|
14 |
HБТ, м |
Длина одной БТ |
|
15 |
DСЭ, мм |
Наружный диаметр соединительного элемента (СЭ) |
|
16 |
dСЭ, мм |
Внутренний диаметр СЭ |
|
17 |
HП, м |
Длина подводящей линии (от бурового насоса до колонны БТ) |
|
18 |
dП, мм |
Внутренний диаметр подводящей линии |
|
19 |
КЭ, мм |
Эквивалентная шероховатость поверхности магистрали |
|
20 |
Dс, мм |
Диаметр скважины |
|
21 |
Vмех, м/ч |
Механическая скорость бурения |
|
22 |
ρш, кг/м3 |
Плотность частиц шлама |
|
23 |
Ψ |
Допускаемая максимальная объёмная концентрация шлама в восходящем потоке промывочной жидкости (ПЖ) |
|
24 |
ТВ или ГР |
НЖ или БЖ |
Очистной агент (ОА) |
25 |
ρ, кг/м3 |
Плотность ПЖ |
|
26 |
τ0, Па |
Начальное напряжение сдвига ПЖ |
|
27 |
Абсолютная вязкость ПЖ |
||
28 |
t0, ºС |
Средняя температура ПЖ |
|
29 |
VC, м/с |
Скорость струи ПЖ при выходе из долота (гидромониторных насадков долота) |
|
30 |
η |
Полный КПД насоса |
|
31 |
ηп |
КПД передачи от двигателя до насоса |
|
32 |
g, Н/кг |
Ускорение силы тяжести |
Примечания
1. При соединении бурильных труб (БТ) «труба в трубу» DСЭ – наружный диаметр колонны в месте соединения, dСЭ – внутренний диаметр колонны БТ в месте соединения.
2. Рекомендуемые значения величин: HП = 20 м; dП = 100 мм; КЭ = 0,1 мм; Vмех = 20 – 50 м/ч; ρш = 2600 кг/м3; t0 = 10 ºС; η = 0,7; ηп = 0,9; g = 9,81 Н/кг; Ψ = 0,05. Диаметр скважины Dс можно условно принять равным диаметру долота DД.
3. При τ0 = 0 реологическая модель – НЖ (ньютоновская жидкость), если r = 1000 кг/м3 – техническая вода (ТВ).
При τ0 > 0 реологическая модель – БЖ (бингамовская жидкость), если r > 1000 кг/м3 – глинистый раствор (ГР).
4. Расчёты выполнять в СИ, ответы (где это необходимо) переводить в единицы, принятые в бурении – МПа и др.
5. Ответы округлять, указывая после запятой не более двух знаков, например: 161 × 10-3 м; 3,48 × 10-3 м2; 43,86 × 105 Па; 0,88 МПа; 8,33 × 10-4 м3/с; 140 × 103 Вт и т.п.
Варианты заданий
№ вариант задания |
№ пункта таблицы исходных данных |
|||||||||||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
24 |
25 |
29 |
|
1 |
1550 |
2000 |
890 |
900 |
146,1 |
129,1 |
120,6 |
108 |
46 |
50 |
89 |
75 |
6 |
110 |
64,3 |
БЖ |
1300 |
70 |
2 |
1440 |
1500 |
1040 |
1050 |
193,7 |
174,7 |
161 |
146 |
74 |
80 |
102 |
81,6 |
9 |
133,4 |
67,5 |
НЖ |
1000 |
90 |
3 |
1720 |
1800 |
470 |
500 |
168,3 |
150,5 |
132 |
108 |
46 |
65 |
89 |
75 |
9 |
120 |
64,3 |
БЖ |
1200 |
10 |
4 |
3000 |
3000 |
1250 |
1250 |
168,3 |
150,5 |
139,7 |
108 |
46 |
60 |
102 |
81,6 |
6 |
128 |
67,5 |
НЖ |
1000 |
70 |
5 |
3110 |
3200 |
1440 |
1450 |
219,1 |
205,7 |
190,5 |
178 |
90 |
80 |
127 |
107 |
12 |
165,1 |
75,4 |
БЖ |
1100 |
20 |
6 |
2050 |
2100 |
1260 |
1300 |
168,3 |
147,1 |
132 |
108 |
46 |
45 |
89 |
75 |
9 |
120 |
64,3 |
БЖ |
1200 |
90 |
7 |
1840 |
1900 |
660 |
700 |
244,5 |
228,7 |
215,9 |
203 |
100 |
90 |
127 |
113 |
6 |
161,9 |
88,1 |
НЖ |
1000 |
100 |
8 |
3200 |
3300 |
780 |
800 |
219,1 |
203,7 |
190,5 |
178 |
90 |
100 |
127 |
107 |
9 |
165,1 |
75,4 |
БЖ |
1200 |
15 |
9 |
3410 |
3500 |
96 |
100 |
193,7 |
174,7 |
151 |
146 |
74 |
75 |
102 |
81,6 |
6 |
133,4 |
67,5 |
БЖ |
1300 |
10 |
10 |
2620 |
2700 |
1090 |
1100 |
146,1 |
127,1 |
120,6 |
108 |
46 |
30 |
89 |
75 |
9 |
110 |
64,3 |
БЖ |
1100 |
60 |
11 |
1570 |
1600 |
1130 |
1150 |
219,1 |
201,3 |
190,5 |
178 |
90 |
70 |
127 |
107 |
9 |
165,1 |
75,4 |
БЖ |
1300 |
20 |
12 |
2450 |
2500 |
630 |
650 |
168,3 |
144,1 |
132 |
108 |
46 |
60 |
89 |
75 |
6 |
120 |
64,3 |
НЖ |
1000 |
80 |
13 |
3580 |
3600 |
590 |
600 |
193,7 |
171,9 |
161 |
146 |
74 |
70 |
102 |
81,6 |
12 |
133,4 |
67,5 |
БЖ |
1200 |
80 |
14 |
4040 |
4100 |
730 |
750 |
219,1 |
198,7 |
190,5 |
178 |
90 |
40 |
127 |
107 |
6 |
165,1 |
75,4 |
БЖ |
1300 |
5 |
15 |
1610 |
1700 |
340 |
350 |
193,7 |
171,9 |
151 |
146 |
74 |
90 |
102 |
81,6 |
12 |
133,4 |
67,5 |
БЖ |
1100 |
10 |
16 |
2500 |
2600 |
930 |
950 |
193,7 |
168,3 |
161 |
146 |
74 |
35 |
102 |
81,6 |
6 |
133,4 |
67,5 |
НЖ |
1000 |
5 |
17 |
3610 |
3700 |
970 |
1000 |
146,1 |
124,7 |
120,6 |
108 |
46 |
70 |
89 |
75 |
12 |
110 |
64,3 |
БЖ |
1200 |
10 |
18 |
4100 |
4200 |
1470 |
1500 |
168,3 |
144,1 |
132 |
108 |
46 |
90 |
89 |
75 |
12 |
120 |
64,3 |
БЖ |
1100 |
100 |
19 |
1900 |
1900 |
550 |
550 |
193,7 |
168,3 |
151 |
146 |
74 |
70 |
102 |
81,6 |
6 |
133,4 |
67,5 |
БЖ |
1300 |
15 |
20 |
2750 |
2800 |
190 |
200 |
168,3 |
144,1 |
139,7 |
108 |
46 |
40 |
102 |
81,6 |
12 |
128 |
67,5 |
НЖ |
1000 |
10 |
21 |
3760 |
3800 |
430 |
450 |
193,7 |
163,5 |
161 |
146 |
74 |
60 |
102 |
81,6 |
6 |
133,4 |
67,5 |
БЖ |
1200 |
100 |
22 |
4300 |
4300 |
1600 |
1600 |
219,1 |
205,7 |
190,5 |
178 |
90 |
95 |
127 |
107 |
12 |
165,1 |
75,4 |
БЖ |
1100 |
20 |
23 |
2150 |
2200 |
1340 |
1350 |
146,1 |
129,1 |
120,6 |
108 |
46 |
80 |
89 |
75 |
6 |
110 |
64,3 |
БЖ |
1300 |
60 |
24 |
2840 |
2900 |
680 |
700 |
219,1 |
203,7 |
190,5 |
178 |
90 |
50 |
127 |
107 |
9 |
165,1 |
75,4 |
НЖ |
1000 |
90 |
25 |
3910 |
4000 |
1670 |
1700 |
168,3 |
147,1 |
132 |
108 |
46 |
40 |
89 |
75 |
12 |
120 |
64,3 |
БЖ |
1200 |
5 |
26 |
2300 |
2300 |
300 |
300 |
193,7 |
163,5 |
151 |
146 |
74 |
30 |
102 |
81,6 |
9 |
133,4 |
67,5 |
НЖ |
1000 |
80 |
27 |
3070 |
3100 |
1180 |
1200 |
146,1 |
127,1 |
120,6 |
108 |
46 |
85 |
89 |
75 |
6 |
110 |
64,3 |
БЖ |
1300 |
15 |
28 |
3800 |
3900 |
720 |
800 |
168,3 |
147,1 |
139,7 |
108 |
46 |
50 |
102 |
81,6 |
12 |
128 |
67,5 |
БЖ |
1200 |
10 |
29 |
2350 |
2400 |
1370 |
1400 |
193,7 |
168,3 |
161 |
146 |
74 |
30 |
102 |
81,6 |
6 |
133,4 |
67,5 |
НЖ |
1000 |
70 |
30 |
3400 |
3400 |
400 |
400 |
146,1 |
127,4 |
120,6 |
108 |
46 |
55 |
89 |
75 |
12 |
110 |
64,3 |
БЖ |
1300 |
5 |
31 |
1570 |
1600 |
1130 |
1150 |
219,1 |
201,3 |
190,5 |
178 |
90 |
70 |
127 |
107 |
9 |
165,1 |
75,4 |
НЖ |
1000 |
20 |
32 |
2450 |
2500 |
630 |
650 |
168,3 |
144,1 |
132 |
108 |
46 |
60 |
89 |
75 |
6 |
120 |
64,3 |
БЖ |
1500 |
80 |
33 |
3580 |
3600 |
590 |
600 |
193,7 |
171,9 |
161 |
146 |
74 |
70 |
102 |
81,6 |
12 |
133,4 |
67,5 |
НЖ |
1000 |
80 |
34 |
4040 |
4100 |
730 |
750 |
219,1 |
198,7 |
190,5 |
178 |
90 |
40 |
127 |
107 |
6 |
165,1 |
75,4 |
НЖ |
1000 |
5 |
35 |
1610 |
1700 |
340 |
350 |
193,7 |
171,9 |
151 |
146 |
74 |
90 |
102 |
81,6 |
12 |
133,4 |
67,5 |
НЖ |
1000 |
10 |
36 |
2500 |
2600 |
930 |
950 |
193,7 |
168,3 |
161 |
146 |
74 |
35 |
102 |
81,6 |
6 |
133,4 |
67,5 |
БЖ |
1600 |
5 |
37 |
3610 |
3700 |
970 |
1000 |
146,1 |
124,7 |
120,6 |
108 |
46 |
70 |
89 |
75 |
12 |
110 |
64,3 |
НЖ |
1000 |
10 |
38 |
4100 |
4200 |
1470 |
1500 |
168,3 |
144,1 |
132 |
108 |
46 |
90 |
89 |
75 |
12 |
120 |
64,3 |
НЖ |
1000 |
100 |
39 |
1900 |
1900 |
550 |
550 |
193,7 |
168,3 |
151 |
146 |
74 |
70 |
102 |
81,6 |
6 |
133,4 |
67,5 |
НЖ |
1000 |
15 |
40 |
2750 |
2800 |
190 |
200 |
168,3 |
144,1 |
139,7 |
108 |
46 |
40 |
102 |
81,6 |
12 |
128 |
67,5 |
БЖ |
1800 |
10 |
41 |
3760 |
3800 |
430 |
450 |
193,7 |
163,5 |
161 |
146 |
74 |
60 |
102 |
81,6 |
6 |
133,4 |
67,5 |
НЖ |
1000 |
100 |
42 |
4300 |
4300 |
1600 |
1600 |
219,1 |
205,7 |
190,5 |
178 |
90 |
95 |
127 |
107 |
12 |
165,1 |
75,4 |
НЖ |
1000 |
20 |
43 |
2150 |
2200 |
1340 |
1350 |
146,1 |
129,1 |
120,6 |
108 |
46 |
80 |
89 |
75 |
6 |
110 |
64,3 |
НЖ |
1000 |
60 |
44 |
2840 |
2900 |
680 |
700 |
219,1 |
203,7 |
190,5 |
178 |
90 |
50 |
127 |
107 |
9 |
165,1 |
75,4 |
БЖ |
2100 |
90 |
45 |
3910 |
4000 |
1670 |
1700 |
168,3 |
147,1 |
132 |
108 |
46 |
40 |
89 |
75 |
12 |
120 |
64,3 |
НЖ |
1000 |
5 |
46 |
2300 |
2300 |
300 |
300 |
193,7 |
163,5 |
151 |
146 |
74 |
30 |
102 |
81,6 |
9 |
133,4 |
67,5 |
БЖ |
1900 |
80 |
47 |
3070 |
3100 |
1180 |
1200 |
146,1 |
127,1 |
120,6 |
108 |
46 |
85 |
89 |
75 |
6 |
110 |
64,3 |
НЖ |
1000 |
15 |
48 |
3800 |
3900 |
720 |
800 |
168,3 |
147,1 |
139,7 |
108 |
46 |
50 |
102 |
81,6 |
12 |
128 |
67,5 |
НЖ |
1000 |
10 |
49 |
2350 |
2400 |
1370 |
1400 |
193,7 |
168,3 |
161 |
146 |
74 |
30 |
102 |
81,6 |
6 |
133,4 |
67,5 |
БЖ |
1100 |
70 |
50 |
3400 |
3400 |
400 |
400 |
146,1 |
127,4 |
120,6 |
108 |
46 |
55 |
89 |
75 |
12 |
110 |
64,3 |
НЖ |
1000 |
5 |
51 |
3760 |
3800 |
430 |
450 |
193,7 |
163,5 |
161 |
146 |
74 |
60 |
102 |
81,6 |
6 |
133,4 |
67,5 |
БЖ |
1200 |
100 |
52 |
4300 |
4300 |
1600 |
1600 |
219,1 |
205,7 |
190,5 |
178 |
90 |
95 |
127 |
107 |
12 |
165,1 |
75,4 |
БЖ |
1100 |
20 |
53 |
2150 |
2200 |
1340 |
1350 |
146,1 |
129,1 |
120,6 |
108 |
46 |
80 |
89 |
75 |
6 |
110 |
64,3 |
БЖ |
1300 |
60 |
54 |
2840 |
2900 |
680 |
700 |
219,1 |
203,7 |
190,5 |
178 |
90 |
50 |
127 |
107 |
9 |
165,1 |
75,4 |
НЖ |
1000 |
90 |
55 |
3910 |
4000 |
1670 |
1700 |
168,3 |
147,1 |
132 |
108 |
46 |
40 |
89 |
75 |
12 |
120 |
64,3 |
БЖ |
1200 |
5 |
56 |
2300 |
2300 |
300 |
300 |
193,7 |
163,5 |
151 |
146 |
74 |
30 |
102 |
81,6 |
9 |
133,4 |
67,5 |
НЖ |
1000 |
80 |
57 |
3070 |
3100 |
1180 |
1200 |
146,1 |
127,1 |
120,6 |
108 |
46 |
85 |
89 |
75 |
6 |
110 |
64,3 |
БЖ |
1300 |
15 |
58 |
3800 |
3900 |
720 |
800 |
168,3 |
147,1 |
139,7 |
108 |
46 |
50 |
102 |
81,6 |
12 |
128 |
67,5 |
БЖ |
1200 |
10 |
59 |
2350 |
2400 |
1370 |
1400 |
193,7 |
168,3 |
161 |
146 |
74 |
30 |
102 |
81,6 |
6 |
133,4 |
67,5 |
НЖ |
1000 |
70 |
60 |
3400 |
3400 |
400 |
400 |
146,1 |
127,4 |
120,6 |
108 |
46 |
55 |
89 |
75 |
12 |
110 |
64,3 |
БЖ |
1300 |
5 |
61 |
1570 |
1600 |
1130 |
1150 |
219,1 |
201,3 |
190,5 |
178 |
90 |
70 |
127 |
107 |
9 |
165,1 |
75,4 |
НЖ |
1000 |
20 |
62 |
2450 |
2500 |
630 |
650 |
168,3 |
144,1 |
132 |
108 |
46 |
60 |
89 |
75 |
6 |
120 |
64,3 |
БЖ |
1500 |
80 |
63 |
3580 |
3600 |
590 |
600 |
193,7 |
171,9 |
161 |
146 |
74 |
70 |
102 |
81,6 |
12 |
133,4 |
67,5 |
НЖ |
1000 |
80 |
64 |
4040 |
4100 |
730 |
750 |
219,1 |
198,7 |
190,5 |
178 |
90 |
40 |
127 |
107 |
6 |
165,1 |
75,4 |
НЖ |
1000 |
5 |
65 |
1610 |
1700 |
340 |
350 |
193,7 |
171,9 |
151 |
146 |
74 |
90 |
102 |
81,6 |
12 |
133,4 |
67,5 |
НЖ |
1000 |
10 |
66 |
2500 |
2600 |
930 |
950 |
193,7 |
168,3 |
161 |
146 |
74 |
35 |
102 |
81,6 |
6 |
133,4 |
67,5 |
БЖ |
1600 |
5 |
67 |
3610 |
3700 |
970 |
1000 |
146,1 |
124,7 |
120,6 |
108 |
46 |
70 |
89 |
75 |
12 |
110 |
64,3 |
НЖ |
1000 |
10 |
68 |
4100 |
4200 |
1470 |
1500 |
168,3 |
144,1 |
132 |
108 |
46 |
90 |
89 |
75 |
12 |
120 |
64,3 |
НЖ |
1000 |
100 |
69 |
1900 |
1900 |
550 |
550 |
193,7 |
168,3 |
151 |
146 |
74 |
70 |
102 |
81,6 |
6 |
133,4 |
67,5 |
НЖ |
1000 |
15 |
70 |
2750 |
2800 |
190 |
200 |
168,3 |
144,1 |
139,7 |
108 |
46 |
40 |
102 |
81,6 |
12 |
128 |
67,5 |
БЖ |
1800 |
10 |
71 |
3760 |
3800 |
430 |
450 |
193,7 |
163,5 |
161 |
146 |
74 |
60 |
102 |
81,6 |
6 |
133,4 |
67,5 |
НЖ |
1000 |
100 |
72 |
4300 |
4300 |
1600 |
1600 |
219,1 |
205,7 |
190,5 |
178 |
90 |
95 |
127 |
107 |
12 |
165,1 |
75,4 |
НЖ |
1000 |
20 |
73 |
2150 |
2200 |
1340 |
1350 |
146,1 |
129,1 |
120,6 |
108 |
46 |
80 |
89 |
75 |
6 |
110 |
64,3 |
НЖ |
1000 |
60 |
74 |
2840 |
2900 |
680 |
700 |
219,1 |
203,7 |
190,5 |
178 |
90 |
50 |
127 |
107 |
9 |
165,1 |
75,4 |
БЖ |
2100 |
90 |
75 |
3910 |
4000 |
1670 |
1700 |
168,3 |
147,1 |
132 |
108 |
46 |
40 |
89 |
75 |
12 |
120 |
64,3 |
НЖ |
1000 |
5 |
76 |
2300 |
2300 |
300 |
300 |
193,7 |
163,5 |
151 |
146 |
74 |
30 |
102 |
81,6 |
9 |
133,4 |
67,5 |
БЖ |
1900 |
80 |
77 |
3070 |
3100 |
1180 |
1200 |
146,1 |
127,1 |
120,6 |
108 |
46 |
85 |
89 |
75 |
6 |
110 |
64,3 |
НЖ |
1000 |
15 |
78 |
3800 |
3900 |
720 |
800 |
168,3 |
147,1 |
139,7 |
108 |
46 |
50 |
102 |
81,6 |
12 |
128 |
67,5 |
НЖ |
1000 |
10 |
79 |
2350 |
2400 |
1370 |
1400 |
193,7 |
168,3 |
161 |
146 |
74 |
30 |
102 |
81,6 |
6 |
133,4 |
67,5 |
БЖ |
1100 |
70 |
80 |
3400 |
3400 |
400 |
400 |
146,1 |
127,4 |
120,6 |
108 |
46 |
55 |
89 |
75 |
12 |
110 |
64,3 |
НЖ |
1000 |
5 |
II. Конструкция скважины
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;
Hок – длина обсадной колонны; Hс – длина ствола скважины; Dс – диаметр скважины.
Условные схемы соединительных элементов
а) – ниппельное соединение бурильных труб;
б) – муфтовое соединение бурильных труб;
dсэ, Dсэ – внутренний и наружный диаметры соединительных элементов;
dбт, Dбт – внутренний и наружный диаметры бурильных труб;
Dс – диаметр скважины;
1 – круглый (в поперечном сечении) поток жидкости;
2 – кольцевой (в поперечном сечении) поток жидкости;
3 – области (зоны) вихрей.
III. 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).
Pиi – избыточное давление при входе на i-ый участок движения.
Pн – давление, развиваемое насосом.
P0 – атмосферное давление.
IV. Длина вертикальной проекции УБТ
hУБТ = HУБТ ∙ (hС – hОК) / (НС – НОК), м
V. Геометрические характеристики участков движения промывочной жидкости
a. Геометрические характеристики поперечных сечений участков
V.1. Диаметр скважины
DC = DД, м
V.2. Площадь проекции забоя скважины на плоскость, перпендикулярную её оси
V.3. Площадь и эквивалентный диаметр поперечного сечения потока промывочной жидкости
Для круглого сечения геометрическим диаметром d:
В гладкой части магистрали, i = 5, 6, 7
Внутри соединительного элемента колонны БТ, i = 6
Для кольцевого сечения, имеющего геометрические диаметры D и d:
В гладкой части магистрали, i = 1– 3
Снаружи соединительного элемента колонны БТ, i = 1, 2
b. Линейные геометрические характеристики участков
Длины участков движения:
= … м
H2 = HC – HОК – HУБТ = … м
H3 = H5 = HУБТ = …м
H6 = HС – HУБТ = … м
= … м
Вертикальные проекции участков движения:
= … м
h2 = hC – hОК – hУБТ = … м
h3 = h5 = hУБТ = … м
h6 = hС – hУБТ = … м
VI. Начальное напряжение сдвига ПЖ
Если ПЖ – техническая вода
(ТВ), то τ0 = 0, r = 1000 кг/м3.
Если ПЖ – глинистый раствор (ГР), то в соответствии с производственными данными
можно принять:
при r < 1200 кг/м3
τ0 = 1,4 Па,
при r = 1200 – 1800 кг/м3
при r = 1800 – 2300 кг/м3
VII. Абсолютная вязкость промывочной жидкости
Если ПЖ – ТВ, то
, Па ∙ с –
– эмпирическая формула Ж. Л. М. Пуазёйля.
Если ПЖ – ГР, то в соответствии с производственными данными можно принять:
при r < 1200 кг/м3
μ0 = 0,00221 Па ∙ с,
при r = 1200 – 1800 кг/м3
μ0 = (ρ – 1150) ∙ 44,2 ∙ 10-6, Па ∙ с,
при r = 1800 – 2300 кг/м3
μ0 = (ρ – 1450) ∙ 69,7 ∙ 10-6, Па ∙ с.
VIII. Средняя скорость движения потока промывочной жидкости на участке i=1
В соответствии с производственными данными можно принять:
V1 = 0,3 – 0,5 м/с – при промывке скважины ГР;
V1 = 0,5 – 0,7 м/с – при промывке скважины ТВ.
Принимаем V1 = … м/с.
IX. Объёмный расход промывочной жидкости
Для охлаждения долота и очистки забоя скважины от шлама
Q1 = а · fзаб = … м3/с = … л/с,
а = 0,35 – 0,5 м/с при роторном и электробурении;
a = 0,5 – 0,7 м/с при бурении гидравлическими забойными электродвигателями.
Для выноса шлама на поверхность
Q2 = V1 × f1 = … м3/с = … л/с.
Для охлаждения долота, очистки забоя и выноса шлама на поверхность
Q ≥ Q3,
где Q – выбранное значение объёмного расхода.
Принимаем Q = … л/с = …м3/с.
X. Массовый расход жидкости
XI. Массовый расход шлама на всех участках
для участков i = 1–3:
для участков i = 4–7: .
XII. Средняя скорость жидкости на всех участках i = 1–3, 5–7
XIII. Плотность смеси на всех участках
ρсм i = ρ ∙ (1 – Ψ ) + ρш ∙ Ψ , кг/м3
На участках i = 5–7: Ψ=0.
XIV. 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).
XV. Режим течения промывочной жидкости на участках i = 1–3, 5–7
–
эмпирическая формула Е.М. Соловьёва.
Для ТВ:
C = 2100 для круглых сечений;
C = 1600 для кольцевых сечений.
Для ГР:
C = 2100 для круглых и кольцевых сечений.
Если Rei ≥ Reкрi , то режим течения жидкости на участке турбулентный.
Если Rei < Reкрi , то режим течения жидкости на участке ламинарный (НЖ) или структурный (БЖ).
XVI. 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
λi = a ∙ (1 + Seni / 6) / Rei ,
где a = 64 для круглых сечений;
a = 96 для кольцевых сечений.
Для участка i = 4:
λi = 0.
XVII. Линейная потеря давления на всех участках
= … ∙ 105, Па –
формула Дарси - Вейсбаха.
XVIII. Коэффициент местных сопротивлений движению ПЖ снаружи и внутри СЭ на всех участках
–
эмпирическая формула Б.С. Филатова.
Для участков i = 1, 2, 6:
- при DСЭ = DБТ, dСЭ < dБТ (ниппельное соединение БТ) b = 1,5;
- при DСЭ > DБТ, dСЭ < dБТ (муфтовое соединение БТ) b = 2;
- при DСЭ = DБТ, dСЭ = dБТ (соединение БТ «труба в трубу» или непрерывная колонна БТ без СЭ (колтюбинг)) ξi = 0.
Для участков i = 3, 4, 5, 7: ξi = 0.
XIX. Местная потеря давления в соединительном элементе на всех участках
= … ∙ 105, Па –
формула Вейсбаха.
XX. Потеря давления на трение в промывочной жидкости на всех участках
На участках i = 1–3; 5–7:
= … ∙ 105, Па.
На участке i = 4: потеря давления на трение ПЖ в буровом долоте PД
Pтрi = PД = ρ ∙ VC2/ (2 ∙ μн2) = … ∙ 105, Па,
где μн – коэффициент расхода при истечении ПЖ из долота (гидромониторных насадков долота), μн = 0,7 – 0,95.
XXI. Механическое давление, расходуемое на подъем шлама на всех участках
Pмехi = (ρсмi – ρ) ∙ g ∙ hi = … ∙ 105, Па.
XXII. Избыточное давление при входе на все участки
= … ∙ 105 Па = … МПа;
= … ∙ 105 Па = … МПа;
= … ∙ 105 Па = … МПа;
Pи4 = Pи3 + Pтр4 = … ∙ 105 Па = … МПа;
= … ∙ 105 Па = … МПа;
= … ∙ 105 Па = … МПа;
= … ∙ 105 Па = … МПа.
XXIII. Давление, развиваемое насосом
= … ∙ 105 Па = … МПа,
XXIV. Мощность потока жидкости
N = PН ∙ Q = … ∙ 103 Вт = … кВт.
XXV. Мощность насоса
NН = N / η = … ∙ 103 Вт = … кВт.
XXVI. Мощность двигателя насоса
NДВ = NН / ηп = … ∙ 103 Вт = … кВт.
По рассчитанным значениям Q (л/c), Рн (МПа) и Nдв (кВт) производится выбор насоса и сменных втулок насоса.
Литература
Общие вопросы гидравлики, гидромашин и гидропривода:
1. Альтшуль А.Д., Животовский Л.С., Иванов Л.П. Гидравлика и аэродинамика. - М.: Стройиздат, 1987.
2. Гейер В.Г., Дулин В.С., Заря А.Н. Гидравлика и гидропривод. – М.: Недра, 1991.*
3. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. – М.: Машиностроение, 1975.
4. Чугаев Р.Р. Гидравлика: Учеб. для вузов. – Л.: Энергоиздат, 1982.
5. Штеренлихт Д.В. Гидравлика: Учеб. для вузов. – в 2-х кн. – М.: Энергоатомиздат, 1991.
Промывка скважин жидкостями:
- Беликов В.Г., Булатов А.И., Уханов Р.Ф., Бондарев В.И. Промывка при бурении, креплении и цементировании скважин. – М.: Недра, 1974.
- Булатов А.И., Просёлков Ю.М., Рябченко В.И. Технология промывки скважин. – М.: Недра, 1981.
- Бурение разведочных скважин: Учеб. для вузов / Н.В. Соловьев, В.В. Кривошеев, Д.Н. Башкатов и др.; Под общ. ред. Н.В. Соловьева. – М.: Высш. школа, 2007.*
- Ганджумян Р.А., Калинин А.Г., Никитин Б.А. Инженерные расчеты при бурении глубоких скважин: Справочное пособие / Под ред. А.Г. Калинина. – М.: РГГРУ, 2007.*
- Ганджумян Р.А., Калинин А.Г., Сердюк Н.И. Расчеты в бурении: Справочное пособие / Под ред. А.Г. Калинина. – М.: РГГРУ, 2007.*
- Есьман Б.И., Габузов Г.Г. Термогидравлические процессы при бурении скважин. – М.: Недра, 1991.
- Леонов Е.Г., Исаев В.И. Гидроаэромеханика в бурении: Учеб. для вузов. – М.: Недра, 1987.
- Леонов Е.Г., Исаев В.И. Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин. Ч.1. Гидроаэромеханика в бурении. - М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2006.
- Маковей Н. Гидравлика бурения. – М.: Недра, 1986.*
- Рабинович Е.З. Гидравлика. – М.: Недра, 1980.
- Справочник инженера по бурению
геологоразведочных скважин. –
в 2-х томах. / Под общ. ред. Е.А. Козловского. – М.: Недра, 1984.* - Шищенко Р.И., Есьман Б.И. Практическая гидравлика в бурении. – М.: Недра, 1966.
* - имеется в учебном фонде библиотеки МГРИ-РГГРУ