Расчет потерь давления в элементах циркуляционной системы
Величина общих потерь давления ΔР при движении промывочной жидкости в элементах циркуляционной системы определяется из выражения
, (4.7)
где Σ(ΔРтр), Σ(ΔРКП) — потери давления на трение по длине в трубах и кольцевом пространстве, Па;
Σ(ΔРМТ), Σ(ΔРМК) — потери давления в местных сопротивлениях в трубах и кольцевом пространстве, Па;
ΔР0 — потери давления в наземной обвязке, Па;
ΔРТ — перепад давления в турбобуре, Па;
ΔРД — потери давления в промывочных отверстиях долота, Па.
4.5.1. Для расчета потерь давления при движении промывочной жидкости в трубах и кольцевом канале необходимо определить режим течения, в зависимости от которого выбирают те или иные расчетные формулы. Для этого вычисляют значение критической скорости течения промывочной жидкости Vкр, при которой происходит переход от структурного режима к турбулентному. Эта скорость для вязкопластичных жидкостей определяется из соотношения
, (4.8)
где η — пластическая (динамическая) вязкость промывочной жидкости, Па*с;
τ0—динамическое напряжение сдвига, Па.
При течении жидкости внутри бурильной колонны значение dr принимают равным внутреннему диаметру бурильных труб—dв, в затрубном пространстве dr определяют как разность между диаметром скважины dс и наружным диаметром бурильных труб dн.
Если средняя скорость движения жидкости в трубах: VT или в кольцевом пространстве Vкп больше вычисленного значения Vкр, то режим течения турбулентный. В противном случае — движение происходит при структурном режиме.
(4.9)
Значения VТ и VКП определяют по формулам:
(4.10)
где dв и dн — внутренний и наружный диаметры секции бурильной колонны,
состоящей из труб одного размера, м.
При турбулентном режиме течения потери давления по длине канала находят по формуле Дарси — Вейсбаха:
а) внутри бурильных труб
(4.11)
б) в кольцевом пространстве
(4.12)
где l — длина секции бурильных труб одинакового диаметра dв или dн, м;
и —коэффициенты гидравлического сопротивления трению в трубах и кольцевом пространстве. Их значения следует вычислять по формулам:
(4.13)
(4.14)
Формулы (4.13) и (4.14) являются экспериментальными для течений в трубах и кольцевом пространстве вязкой жидкости при турбулентном режиме. Однако их используем и для вязкопластических жидкостей, поскольку для них нет полностью подтвержденных экспериментально формул.
В случае, если шероховатость стенок известна, то λт или λкп следует
вычислять по формуле Альтшуля:
,
где kэ — абсолютная эквивалентная шероховатость;
dr – гидравлический диаметр.
Рисунок 1- Кривые зависимости β = β (S) для труб
круглого (1) и кольцевого (2) поперечного сечения
В случае структурного режима течения, формулы для определения потерь давления по длине канала имеют вид:
где β = βт и β = βкп — коэффициенты, значения которых можно определить по графику рисунок 1, предварительно вычислив число Сен-Венана для труб SТ или кольцевого пространства Sкп по формулам:
По формулам (4.10), (4.12), (4.14), (4.16) определяют потери давления в кольцевом канале между стенками скважины и турбобуром. При этом значениям dн и l в формулах будут соответствовать наружный диаметр корпуса турбобура dт и его длина lт.
4.5.2. Местные потери давления от замков в кольцевом пространстве находят из выражения
где lт— средняя длина трубы в данной секции бурильной колонны, м;
dзн — наружный диаметр замкового соединения, м;
l — длина секции бурильных труб одинакового размера, м.
Для секции бурильной колонны, состоящей из труб, имеющих внутреннюю высадку, потери давления в местных сопротивлениях внутри труб вычисляют по формуле:
где dзв — наименьший внутренний диаметр замкового соединения, м.
При выполнении расчетов в контрольной работе работе значение lТ можно принять равным 12 м.
4.5.3. Потери давления в наземной обвязке определяют из выражения
где aг , aм, aв, aк — коэффициенты гидравлических сопротивлений различных элементов обвязки, взятые из таблицы 1.
4.5.4. Перепад давления в турбобуре вычисляют исходя из кинематического подобия по формуле
где Δ Ртн, Qтн — справочные данные турбобура при номинальном режиме его работы на жидкости известной плотности рс.
Дата добавления: 2016-06-18; просмотров: 3783;