Задача №1 Гидравлический расчет промывки бурящейся скважины

Задача №1 Гидравлический расчет промывки бурящейся скважины

Определить скорость движения бурового раствора в колонне бурильных труб и кольцевом пространстве и рассчитать потери давления ( гидродинамические потери) в циркуляционной системе скважины. Оценить гидромониторные возможности долота.

Данные для решения задачи выбрать из таблицы 1

Таблица 1

Последняя цифра шифра	Глубина скважины, H,м	Наружный диаметр бурильной колонны,d_н,мм	Диаметр скважины,D,мм	Предпоследняя цифра шифра	Динамическое напряжение сдвига,τ₀,Па	Пластическая вязкость,ή,Па×с	Плотность бурового раствора,ρ_р,кг/м³

						0,05
						0,08
						0,02
						0,04
						0,09
						0,05
						0,03
						0,02
						0,06
						0,03

Указание: принять толщину стенок бурильных труб δ = 10 мм; плотность горной породы ρ_п = 2500 кг/м³; диаметр частиц шлама d₀ = 0,01 м; сумму коэффициентов гидравлических сопротивлений в наземной обвязке ( стояк, вертлюг,буровой шланг, ведущая труба) .

Методические указания

При течении промывочной жидкости ( бурового раствора) в циркуляционной системе скважины возникают значительные гидравлические потери Они обусловлены трением жидкости о стенки трубопровода и слоев жидкости друг о друга. А также сопротивлениями в местах резкого изменения скорости течения ( бурильные замки, долотные насадки, краны, задвижки и т.д.).

Сумма потерь давления в циркуляционной системе

Резерв давления на долоте:

где – рабочее давление на насосах, Па;

-потери давления в наземной обвязке (манифольд,стояк,буровой шланг)

;

Q - подача насосов, м³ / с;

- давления в бурильной колонне, Па;

– потери давления в кольцевом пространстве за бурильными трубами,Па;

- потери давления в трубах на замках, Па.

- потери давления на замках в кольцевом пространстве, Па

Средневзвешенный диаметр насадок долота расчитывается по формуле :

, мм

где – суммарная площадь насадок на долоте, м²

, м²

Для того, чтобы рассчитать потери давления в циркуляционной системе, необходимо выбрать тип и подачу бурового насоса ( из таблицы П1).

, м³/с

где - скорость бурового раствора . м/с и площадь кольцевого пространства , м².

Скорость раствора выбираем из условия ,

где - скорость осаждения частицы в буровом растворе

, м/с

Число Рейнольдса

Число Хедстрема

Число Архимеда

Если , то принимаем

Определяем расход бурового раствора необходимого для выноса шлама

где площадь кольцевого пространства скважины.

Определив расход, из таблицы приложений выбираем насос и по его расходу корректируем скорость бурового раствора - .

Далее определяем критическое число Рейнольдса

Рассчитываем Число Рейнольдса при течении в трубах

Если - режим течения турбулентный и потери давления в трубах рассчитываются по формуле

где λ – коэффициент гидравлических сопротивлений

где шероховатость стенок труб ( принять )

В случае ламинарного течения .

При расчете гидравлических потерь в кольцевом пространстве в формулы вместо подставляют диаметральный зазор .

Определив сумму гидродинамических потерь, выбираем ( при заданных параметрах скважины и бурового насоса) из таблицы приложений турбобур и определяем потери давления на нем

где справочные данные турбобура при номинальном режиме его работы на жидкости известной плотности .

Если резерв давления на долоте 12 МПа, то возможно осуществление гидромониторного эффекта.

Находим потери давления в насадках долота

где .

Если сумма потерь , то следует выбрать буровой насос с другой подачей ( расходом) и повторить расчет.

Определим скорость истечения раствора из насадок долота