Пример гидравлического расчета промывки скважины

Исходные данные к расчету сведены в таблицу 2.

1. Определяем диаметр скважины dc исходя из размера долота по формуле

2. Находим расход промывочной жидкости из условия выноса шлама при минимальном наружном диаметре труб бурильной колонны dн = 0,127 м и заданной скорости подъема жидкости в затрубном пространстве Vкп = 0,85 м/с:

3. Рассчитываем значение расхода промывочной жидкости из условия очистки забоя скважины из соотношения (4.2):

4. По наибольшему значению Q = 0,0229 м3/с выбираем втулки бурового насоса из табл. 2.1 приложения 2. Принимаем втулки диаметром 160 мм и определяем подачу насоса, при коэффициенте наполнения m = 0,9 по формуле (4.5)

5. Определяем плотность промывочной жидкости исходя из условия создания противодавления, препятствующего притоку в скважину пластового флюида по формуле (4.4):

В дальнейших расчетах примем р = 1220 кг/м3.

6. По справочнику выбираем турбобур исходя из условий, сформулированных в п. 4.4 данных методических указаний.

Принимаем турбобур типа ЗТСШ-195 ТЛ, который при работе в оптимальном режиме на промывочной жидкости плотностью р_с=1200 кг/м3 имеет тормозной момент Мтн = 3360 Н•м при номинальном расходе QTH = 0,035 м3/с и перепаде давления ΔРТН = 2,55 МПа.

Так как подача насоса при принятых втулках оказывается меньше

номинальной для работы турбобура, то проверяем, дает ли выбранный

турбобур при расходе Q = 0,0279 м3/с крутящий момент, необходимый для

разрушения породы по соотношению (4.6):

Величина момента Мт больше заданного, необходимого для разрушения породы Мр = 1450 Н∙м. Следовательно, мы можем использовать этот турбобур и втулки насоса У8— 6М диаметром 160 мм.

7. Определяем критическое значение плотности промывочной жидкости, при котором может произойти гидроразрыв наиболее слабого из пластов, слагающих разбуриваемый интервал по формуле (4.5):

Для этого необходимо предварительно вычислить значения параметров φ и Σ(ΔРкп).

Значение φ определяем по заданной скорости механического бурения

VM=0,015 м/с и принятому расходу Q = 0,0279 м3/с.

Для определения величины Σ(ΔРкп) вычислим линейные и местные

потери давления в затрубном пространстве на всей длине труб ЛБТ и на участке длиной 550 м труб ТБПВ.

Определяем критическое значение скорости промывочной жидкости Vкр, при котором происходит переход от структурного режима к турбулентному по формуле (4.8):

Для течения в кольцевом канале за ТБПВ:

Для течения в кольцевом пространстве за ЛБТ:

Вычисляем действительные скорости движения жидкости в кольцевом

пространстве по формуле (4.10):

Так как полученные значения Vкп < Vкр, движение жидкости в кольцевом пространстве происходит при структурном режиме.

Определяем число Сен-Венана по формуле (4.18):

По графику рис. 1 определяем значения параметра β по кривой 2. Для

истечения жидкости в кольцевом канале за ЛБТ β кп = 0,7, для течения за ТБПВ

β кп=0,71.

Рассчитываем величину потерь давления по длине в кольцевом пространстве по формуле (4.16):

Местные потери давления от замков в кольцевом пространстве определяем по формуле (4.19):

Величину lт принимаем равной 12 м, значения d3H находим из справочника.

Для замков ЛБТ d3H = 0,172 м, для замков ТБПВ — d3H= 0,170м.

Вычисляем потери от замков в кольцевом пространстве:

на участке ЛБТ —

Сложив вычисленные значения ΔР, получим величину Σ(ΔРкп), необходимую для вычисления ρкр из условия (4.5):

Так как полученное значение ρ кр=1410 кг/м³ больше принятого ρ=1220 кг/м3, условие недопущения гидроразрыва пластов будет выполнено.

8. Вычислим потери давления внутри бурильных труб.

Определяем значения критических скоростей для движения промывочной

жидкости в канале по формуле (4.8). Для течения жидкости внутри ЛБТ и ТБПВ, у которых внутренние диаметры равны:

Вычисляем действительные средние скорости движения жидкости в трубах, составляющих бурильную колонну, по формуле (4.9):

Скорости движения промывочной жидкости внутри всех труб

VT > V_кр, следовательно, потери давления в каждой секции бурильной колонны определяются по формуле Дарси—Вейсбаха.

Рассчитываем значения коэффициентов гидравлического сопротивления λ по формуле (4.13):

Вычисляем величину потерь давления внутри каждой секции бурильной колонны по формуле (4.11):

в секции УБТ —

Определяем местные потери давления в трубах ЛБТ, имеющих

внутреннюю высадку, по формуле (4.20). Для этого по справочнику находим

значение d3B = 0,095 м:

9. Определяем потери давления в кольцевом пространстве.

Потери давления в кольцевом канале на всем участке за трубами ЛБТ

вычислены в п. 7 и составляют:

Потери давления в кольцевом пространстве за ТБПВ в п. 7 определены для участка длиной 550 м. Пересчитаем эти значения на полную длину колонны труб ТБПВ l = 700 м:

Определяем величину потерь давления в кольцевом пространстве за

трубами УБТ.

Вычисляем значение критической скорости течения жидкости по формуле (4.8):

Рассчитываем среднюю скорость течения промывочной жидкости в

пространстве за УБТ:

Так как V_кп < V_кр = 3,28 м/с, режим течения структурный.

Вычисляем значение параметра Сен-Венана Sкп по формуле (4.18) и

находим величину βкп по графику рисунка 1:

Определяем величину ΔРкп по формуле (4.16):

Рассчитываем потери давления в кольцевом пространстве за турбобуром.

Вычисляем значение критической скорости течения жидкости по формуле (4.8):

Определяем значение средней скорости движения бурового раствора в

кольцевом пространстве по формуле (4.10):

Находим значения параметров Sкп и βкп

10. Вычисляем потери давления в наземной обвязке по формуле (4.21),

определив из табл. 1 значения коэффициентов:

11. Определяем перепад давления в турбобуре по формуле (4.22):

12. Вычисляем сумму потерь давления во всех элементах циркуляционной системы, за исключением долота:

13. Рассчитываем величину резерва давления на долоте по формуле (4.23):

14. Определяем возможность использования гидромониторного эффекта, вычисляя скорость движения жидкости в насадках долота по формуле (4.24) при μ =0,95:

Так как Vд > 70 м/с и перепад давления ΔРд < Δ Pкр = 12 МПа, бурение

данного интервала возможно с использованием гидромониторных долот.

15. Приняв Vд = 80 м/с, вычисляем величину перепада давления в долоте по формуле

16. По графику рисунка 2 определяем величину утечек Qy в зависимости от полученного значения ΔРд = 4,33 МПа и находим площадь промывочных отверстий долота по формуле (4.26):

17. По таблице 3.1 приложения 3 выбираем три насадки внутренним

диаметром 12 мм.

18. Определяем дополнительные данные, необходимые для построения

графика давлений.

Вычисляем величину гидростатического давления по формуле (4.28):

Вычисляем величину гидростатического давления с учетом шлама по формуле (4.29):

19. Строим график (рисунок 3) распределения давления в циркуляционной системе в последовательности, изложенной в п. 4.7 настоящих методических указаний.