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 V_Т и V_КП 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 d_в или d_н, 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 l_т— средняя длина трубы в данной секции бурильной колонны, м;

d_зн — 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: