Расчет гидравлических сопротивлений движущегося бурового раствора в циркуляционной системе

Скважина разбивается на два интервала:

1. Первый интервал от 0 до (башмака технической колоны) 579 м. Диаметр долота 0, 2953 м, бурение ведется забойным двигателем ТО – 240 ТСШ – 240.

Определяется необходимое количество жидкости из условия:

а) очистки забоя от выбуренной породы:

Q = q × F_з = 0, 06 × 0, 785 × D_д² = 0, 06 × 0, 785 × 29, 53² = 0, 041м³/с,

где q – удельный расход жидкости л/с на 1см²;

б) выноса выбуренной породы из ствола скважины:

Q = 0, 785(К × D_д² –d_нбт²) × V = 0, 785 × (1, 1 × 0, 2953² – 0, 127²) × 1 = 0, 063 м³/с,

где V – скорость восходящего потока в затрубном пространстве;

Принимаются диаметры цилиндровых втулок и поршней у буровых насосов НБТ - 475 с диаметром втулок 150 мм, Q_н = 30 л/с, Р = 11, 8 МПа;

Определяется подача насоса:

Q = α × 2Q_н =0, 9 × 2 × 0, 03 = 0, 054 м³/с,

где α – коэффициент наполнения насоса 0, 7 ÷ 1;

Определяются потери давления в нагнетательной линии по методу эквивалентных длин:

L_экв^нл = L_н × (d_внбт / d_вннл)⁵ = (25 + 18) × (11, 1 / 14, 8)⁵ = 10, 2 м;

L_экв^шл = L_шл × (d_внбт / d_вншл)⁵ = 18 × (11, 1 / 8)⁵ = 92, 6 м;

L_экв^в = L_в × (d_внбт / d_внгв)⁵ = 2, 5 × (11, 1 / 9)⁵ = 7, 1 м;

L_экв^кв = L_кв × (d_внбт / d_внкв)⁵ = 16 × (11, 1 / 8)⁵ = 82, 3 м;

L_экв = L_экв^гл+вл + L_экв^шл + L_экв^в + L_экв^кв = 10, 2 + 92, 6 + 7, 1 + 82, 3 = 192, 2 м;

р_м = (8, 26 × ρ _бр × λ × Q² / d_внбт⁵) × L_экв = (8, 26 × 0, 02 × 1, 22 × 54² / 11, 1⁵) × 192, 2 = 0, 67 МПа;

Определяются потери давления в бурильных трубах:

р_бт = (8, 26 × ρ _бр × λ × Q² / d_внбт⁵) × L_бт = (8, 26 × 0, 02 × 1, 22 × 54² / 11, 1⁵) × 544= 1, 9 МПа; L_бт = L_инт – 1_убт – 1_зд = 579 – 10 – 25 = 544 м;

Определяются потери давления в утяжеленных бурильных трубах

р_убт = (8, 26 × ρ _бр × λ × Q² / d_внубт⁵) × L_убт = (8, 26 × 0, 02 × 1, 22 × 54² / 8⁵) × 25 = 0, 45 МПа;

Определяются потери давления в долоте:

р_д = 0, 051 × (р_бр × Q²) / (μ ²f²) = 0, 051 × (1, 22 × 54²) / (0, 8² × 17²) = 0, 98 МПа;

Определяются потери давления в кольцевом пространстве УБТ –скважина:

р_кпубт = (8, 26 × λ × Q² × (1_убт + 1_зд)) / ((D_д+ d_нубт)² × (D_д – d_нубт)³) = (8, 26 × 0, 02 × 1, 22 × 54² × (25 + 10) / ((29, 53 + 17, 8)² × (29, 53 – 17, 8)³)=0, 005 МПа;

Определяются потери давления в затрубном пространстве бурильные трубы – скважина:

р_кпбт = (8, 26 × λ × Q² × 1_бт) / ((D_д+ d_нбт)² × (D_д – d_нбт)³) = (8, 26 × 0, 02 × 1, 22 × 54² × 544) / ((29, 53 + 12, 7)² × (29, 53 – 12, 7)³) = 0, 038 МПа;

Определяются потери давления в забойном двигателе:

р_зд = р_здс (Q/Q_с)² = 3, 3 × (54 / 32)² = 9, 4 МПа,

где р_здс – определяется по таблице №13 (уч. «Бурение нефтяных и газовых скважин») р_здс = 3, 3; Q_с=32;

Определяются потери давления в циркуляционной системе;

р_цс = р_м + р_бт + р_убт + р_д + р_кпубт + р_кпбт + р_зд = 0, 67 + 1, 9 + 0, 45 + 0, 98 + 0, 005 + 0, 038 + 9, 4 = 13, 44 МПа;

Если р_цс больше или меньше 0, 8р_н, то берутся меньшие или большие втулки на насосе.

Определяется мощность на валу турбобура:

N_зд = N_здс (Q / Q_с)³ = 73, 5 × (54 / 32)³ = 353, 2 кВт;

Определяется момент на валу турбобура:

М_зд = М_здс (Q / Q_с)² = 1, 63 × (54 / 32)² = 4, 6 кН/м;

Определяется число оборотов:

n = n_с (Q / Q_с) = 420 × (54 / 32) = 709 об/мин;

Определяется коэффициент передачи мощности на забой:

к = N_зд / 2N_н = 353, 2 / (2 × 475) = 0, 37.

2. Интервал от 0 до проектного забоя скважины (0 – 1852 м).

Диаметр долота 0, 2159 м.

Определяется необходимое количество жидкости из условий:

а) очистки забоя от выбуренной породы:

Q = q × F₃ = 0, 06 × 0, 785 × 21, 59² = 22 л/с = 0, 022 м³/с,

где q – удельный расход жидкости л/с на 1см².

б) выноса выбуренной породы из ствола скважины:

Q = 0, 785 × (к × D_д² – D_нбт²) V = 0, 785 × (1, 1 × 0, 2159² – 0, 127²) × 1 = 0, 024м³/с,

где V – скорость восходящего потока в затрубном пространстве.

Принимаются диаметры цилиндровых втулок и поршней у буровых насосов НБТ - 475 с диаметром втулок 130 мм, Q_н = 22, 1 л/с, р = 17, 9 МПа;

Определяется подача насоса:

Q = α × Q_н × λ = 0, 8 × 22, 1 × 2 = 32 л/с = 0, 032 м³/с;

Определяются потери давления в нагнетательной линии:

р_м = (8, 26 × ρ _бр × λ × Q² / d_внбт⁵) × L_экв = (8, 26 × 0, 02 × 1, 13 × 35² / 11, 1⁵) × 192, 2 = 0, 26 МПа;

Определяются потери давления в трубах:

р_бт = (8, 26 × ρ _бр × λ × Q² / d_внбт⁵) × L_бт = (8, 26 × 0, 02 × 1, 13 × 35² / 11, 1⁵) × 1851 = 2, 51 МПа, где L_бт = L_н – 1_убт – 1_зд = 1852 – 10 – 25 = 1817 м;

Определяются потери давления в утяжеленных бурильных трубах:

р_убт = (8, 26 × ρ _бр × λ × Q² / d_внубт⁵) × L_убт = (8, 26 × 0, 02 × 1, 13 × 35² / 8⁵) × 25 = 0, 2МПа;

Определяются потери давления на долоте:

перепад давления на долоте можно принять равным 4, 5 МПа при установке двух насадок на долото. Определяются потери давления в кольцевом пространстве, утяжеленные бурильные трубы – скважина:

р_кпубт = (8, 26 × λ × ρ _бр Q² × (1_убт + 1_зд)) / ((D_д + d_нубт)² × (D_д – d_нубт)³) = =(8, 26 × 0, 02 × 1, 13 × 35² × (25 + 10)) / ((29, 53 + 17, 8)² × (29, 53 – 17, 8)³) = 0, 087 МПа;

Определяются потери давления в затрубном пространстве, бурильные трубы – скважина;

р_кпбт = (8, 26 × λ × ρ _бр Q² × L_бт) / ((D_д + d_нбт)² × (D_д – d_нбт)³) = (8, 26 × 0, 02 × 1, 13 × 35² × 1817) / ((29, 53 + 12, 7)² × (29, 53 – 12, 7)³) = 0, 2 МПа;

Определяются потери давления в забойном двигателе:

р_зд = р_здс (Q/Q_с)² = 5 × (32 / 32)² = 5 МПа;

Определяются потери давления в циркуляционной системе:

р_цс = р_м + р_бт + р_убт + р_д + р_кпубт + р_кпбт + р_зд = 0, 26 + 2, 51 + 0, 2 + 0, 65 + 0, 087 + 0, 2 + 5 = 8, 9 МПа,

так как Р_цс меньше 0, 8 р_н (14, 3), то увеличим перепад давления на долоте за счет установки насадок: р_цс = 8, 9 + 4, 5 = 13, 4 МПа;

Определяется мощность на валу винтового двигателя Д2 – 195:

N_зд = N_здс (Q/Q_с)² = 139, 7 × (32 / 32)² = 139, 7 кВт;

Определяется момент на валу винтового двигателя:

Определяется число оборотов:

n = n_с (Q / Q_с) = 100 × (32 / 32) = 100 об/мин;

Определяется коэффициент передачи мощности на забой:

к = N_зд / 2N_н = 139, 7 / (2 × 475) = 0, 15.