Расчет потерь давления в элементах циркуляционной системы.

Общие потери давления (в Па) при движении промывочной жидкости в элементах циркуляционной системы определяются из выражения

= Σ ( _i) = Σ ( _тр) + Σ ( _кп) +

+ _мт + _{мк 0} + _т + _д + _г, (2.6)

где Σ ( _тр), Σ ( _кп) – потери давления на трение соответственно в трубах и кольцевом пространстве; Δ р_мт, Δ р_мк – потери давления в местных сопротивлениях соответственно в трубах и кольцевом пространстве; Δ р₀ – потери давления в наземной обвязке; Δ р_т – перепад давления в турбобуре; Δ р_д – потери давления в долоте; Δ р_г – разность между гидростатическими давлениями столбов жидкости в кольцевом пространстве и трубах.

Для расчета потерь давления на трение при движении промывочной жидкости без шлама в трубах и кольцевом канале необходимо определить режим течения, в зависимости от которого выбираются те или иные расчетные формулы. Для этого вычисляется значение критического числа Рейнольдса Re _кр течения промывочной жидкости, при котором происходит переход от структурного режима к турбулентному. Это число для вязкопластических жидкостей определяется из соотношения:

Re _кр = 2100 + 7, 3 He ^{0, 58}, (2.7)

где He = d_r² τ ₀ η ² – число Хедстрема, η – пластическая(динамическая) вязкость промывочной жидкости, Па с; τ ₀ – динамическое напряжение сдвига, Па. При движении жидкости внутри бурильной колонны значение d_r принимаются равным внутреннему диаметру бурильных труб.

Если число Рейнольдса движения жидкости в трубах Re _т или кольцевом пространстве Re _кп больше вычисленного значения, то режим течения турбулентный. В противном случае движение происходит при ламинарном режиме.

Значения Re _т и Re _кп определяются по формулам:

Re _{т =} ; (2.8)

, (2.9)

где

, .

средняя скорость жидкости соответственно в трубах и кольцевом канале; d _т, d _н – соответственно внутренний и наружный диаметры секций бурильной колонны, состоящей из труб одного размера, м.

При турбулентном режиме течения потери давления по длине канала определяются по формуле Дарси – Вейсбаха:

– внутри труб:

; (2.10)

– в кольцевом пространстве:

, (2.11)

где – длина секции бурильных труб одинакового диаметра d _т или d _н, м; , – коэффициенты гидравлического сопротивления трения в трубах и кольцевом пространстве. Их значения следует вычислять по формулам:

; (2.12)

. (2.13)

Шероховатость k для стенок трубного и обсаженных участков затрубного пространства принимают равной 3∙ 10^–4 м, а для необсаженных участков затрубного пространства – 3∙ 10^–3 м. Формулы (2.11) и (2.12) получены для турбулентных течений в трубах и кольцевых каналах вязкой жидкости. Будем их использовать и для турбулентных течений неньютоновских жидкостей, поскольку для них нет полностью подтвержденных экспериментально аналогичных формул.

В случае ламинарного режима течений формулы для определения потерь давления по длине канала имеют вид:

Δ Р_кп = , (2.14)

, (2.15)

где , , – коэффициенты, значения которых можно определить по графику, предварительно вычислив число Сен-Венана для труб S _т или кольцевого пространства S _кп по формулам:

; (2.16)

. (2.17)

Значения , можно найти из выражений:

_{β = 1-} , 2 + 0, 5 S – 1) при S ≥ 10;

_{β =} S/ (12+1, 3 S) при S < 10 (2.18)

По формулам (2.13), (2.14) определяются потери давления в кольцевом канале между стенками скважины и турбобуром. При этом значениям d _н и l в формулах будут соответствовать наружный диаметр корпуса турбобура d _т и его длина l _т. Местные потери давления от замков в кольцевом пространстве определяются из выражения:

Δ Р_мк = ( - 1)² V²кп ρ, (2.19)

где l _т – средняя длина трубы в данной секции бурильной колонны, м; d _м - наружный диаметр замкового соединения, м; l – длина секции бурильных труб одинакового размера, м.

Для секции бурильной колонны, состоящей из труб, имеющих внутреннюю высадку, вычисляются потери давления в местных сопротивлениях внутри труб по формуле:

Δ Р_мт = )² -1]² V²кп ρ, (2.20)

где – наименьший внутренний диаметр замкового соединения, м.

Если нет конкретных данных при выполнении расчетов, значение l _т можно принимать равным - 12м.

Потери давления в наземной обвязке находят по формуле

Δ Р₀ = ()Q² ρ, (2.21)

где – коэффициенты гидравлических сопротивлений различных элементов обвязки (см. табл. 10.2).

Перепад давления в турбобуре вычисляют исходя из кинематического подобия по формуле

Δ Р_Тб = Δ Р_ТбТ )² , (2.22)

где Δ Р_Тб, Q _т, ρ _т – справочные данные перепада давления в турбобуре, подача и плотность жидкости. Перепад Δ Р_г вычисляется по формуле:

Δ Р_г = (1- φ) (ρ _бр – ρ) g L (2.23)

При промывке без углубления, когда плотности раствора на входе и выходе скважины сравниваются, Δ Р_г равно нулю. При выполнении расчетов значение ρ _бр можно принять равным 2500 кг/м³.