Назначение буровых промывочных жидкостей при бурении скважин

Назначение буровых промывочных жидкостей при бурении скважин

Основные функции буровых промывочных жидкостей (БПЖ):

– разрушение забоя скважины;

– удалять выбуренную породу (буровой шлам) с забоя скважины;

– транспортировать выбуренную породу (буровой шлам) на поверхность;

– охлаждать долото;

– передавать гидравлическую энергию забойному двигателю (при турбинном бурении и бурении с винтовым забойным двигателем).

Дополнительные функции:

– создание достаточного давления на вскрытые скважиной пласты, чтобы исключить газонефтеводопроявления;

– образование на стенках скважины тонкой, но прочной и малопроницаемой фильтрационной корки, предотвращающей проникновение промывочной жидкости или ее фильтрата в породы;

– удержание во взвешенном состоянии твердой фазы при временном прекращении циркуляции;

– предотвращение возникновения осыпей и обвалов;

– обеспечение сохранения естественной проницаемости коллектора;

– снижение веса бурильной или обсадной колонны, находящейся в скважине за счет выталкивающей силы, уменьшая нагрузку, действующую на подъемный механизм буровой установки;

– предохранение бурового инструмента и оборудования от коррозии и абразивного износа;

– обеспечение проведения геофизических исследований;

– обеспечение сокращения затрат на крепление скважин.

2. Практическая часть

Задача 1. Определить количество бурового раствора, необходимого для выноса частиц выбуренной породы на поверхность, при следующих условиях: диаметр долота D_д = 295,3 мм; диаметр бурильных труб D = 146 мм; способ бурения – турбинный.

Методические указания

Для практических расчетов минимальное значение расхода бурового раствора можно определить по формуле

(1)

где _min – минимальная скорость восходящего потока бурового раствора, при котором еще не наблюдается сальникообразования на элементах бурильной колонны (долоте, переводнике турбобура и замках бурильных труб) и загрязнения ствола скважины, м/с.

Практикой установлено, что при турбинном бурении _min = 1,1-1,2 м/с; при роторном _min = 0,9-1,0 м/с. Определить какой величины не должна быть меньше подача насоса (в м/с) при турбинном и роторном бурении?

Задача 2. Определить расход бурового раствора для выноса частиц породы с глубины H = 2000 м при следующих условиях: диаметр частицы d_ч = 10 мм; плотность породы ρ_п = 2,6 г/см³; необходимое время выноса частицы породы T = 2 ч; диаметр скважины D_скв = 300 мм; наружный диаметр бурильных труб D = 146 мм; плотность бурового раствора ρ_б.р= 2,6 г/см³.

Методические указания

Определить необходимую скорость восходящего потока бурового раствора:

= c + au (2)

где – скорость восходящего потока бурового раствора; с – скорость подъема частиц породы в кольцевом пространстве:

(3)

где a – коэффициент, зависящий от площади поперечного сечения кольцевого пространства, вращения бурильных труб и других факторов (при расчетах можно принять a = 1,13–1,14); u – скорость погружения частицы в буровом растворе, определяемая при отсутствии движения жидкости.

При турбулентном режиме обтекания частицы, что обычно наблюдается в буровой практике, скорость погружения частицы в буровом растворе:

(4)

где k – коэффициент, зависящий в основном от формы частицы (шарообразная – 0,159).

Подставляя исходные данные из условий задачи в формулу (2), определить скорость восходящего потока бурового раствора. Затем рассчитать расход бурового раствора по формуле:

(5)

Задача 3. Определить время выноса частиц с забоя на поверхность, если бурение происходит на глубине H = 2500 м; подача насосов Q = 46 дм³/с; диаметр скважины D_скв = 238 мм; наружный диаметр бурильных труб D = 114 мм; плотность бурового раствора ρ_б.р= 1,25 г/см³; плотность породы ρ_п = 2,6 г/см³; наибольший диаметр выносимых частиц d_ч = 15 мм.

Методические указания

Предварительно необходимо определить поперечное сечение кольцевого пространства между бурильными трубами и стенками скважины:

(6)

Скорость восходящего потока бурового раствора определяется по формуле

(7)

Скорость подъема частиц породы в кольцевом пространстве:

(8)

Принимая k = 0,159, рассчитать скорость погружения частицы:

(9)

Принимая a = 1,13, найти скорость подъема частиц по формуле (8):

Тогда продолжительность движения частиц от забоя до устья скважины определяется по формуле

(10)

Следовательно, чтобы при данных условиях после прекращения бурения все частицы породы размером менее 15 мм были вынесены на дневную поверхность, необходимо вести промывку более (определить сколько?) минут.

Задача 4. Определить наибольший размер выносимых частиц выбуренной породы и время подъема их на поверхность, если бурение происходит на глубине H = 2600 м; подача насосов Q = 50 дм³/с; диаметр скважины D_скв = 299 мм; наружный диаметр бурильных труб D = 168 мм; плотность породы ρ_п = 2,6 г/см³; плотность бурового раствора ρ_б.р= 1,2 г/см³; статическое напряжение сдвига раствора θ = 0,0003 H/см².

Методические указания

Определить среднюю скорость восходящего потока бурового раствора в кольцевом пространстве, используя выражение (7):

Диаметр частицы породы (в см) удерживающейся во взвешенном состоянии, определяется по формуле

(11)

где m – опытный коэффициент, зависящий от формы частиц; для частиц породы диаметром 2-40 мм величина m колеблется в пределах 2,5-1,6.

Принимая m = 2, определить d₀, мм.

Для турбулентного режима обтекания частиц характерно соотношение

(12)

где d_max – максимальный размер выносимой частицы выбуренной породы.

Тогда

(13)

Следовательно, все частицы диаметром (определить каким) и меньше будут выноситься на поверхность.

Затем определить скорость погружения частиц породы по формуле (4):

Найти скорость подъема частиц породы, используя выражение (8):

Наконец, рассчитать время подъема частиц на поверхность, согласно выражению (10):

Задача 5. Определить количество глины и воды для приготовления 1 м³ бурового раствора плотностью ρ_б.р = 1,25 г/см³.

Методические указания

Количество глинопорошка для приготовления 1 м³ глинистого бурового раствора определяется по формуле

(14)

где ρ_гл– плотность глинопорошка, равная 2,6 г/см³; ρ_в – плотность воды, равная 1,0 г/см³.

Объем глины можно вычислить по формуле:

(15)

Объем воды, соответственно, по формуле:

(16)

В задачах 1-5 необходимо, используя исходные данные, вычислить числовое значение требуемых неизвестных величин!

⇐ Предыдущая 12