Определение необходимого расхода промывочной жидкости при бурении скважины и выбор бурового насоса

Необходимый расход промывочной жидкости должен обеспечить очистку забоя скважины и транспортирование бурового шлама в кольцевом пространстве с забоя на поверхность.

Расход раствора , необходимый для очистки забоя, определяется по формуле:

, (1.1)

где – минимальная скорость потока, обеспечивающая очистку забоя, м/с; при роторном бурении; при использовании гидравлических забойных двигателей;

– диаметр скважины, м.

Расход раствора , необходимый для транспортирования бурового шлама по кольцевому пространству с забоя на поверхность, определяется по формуле:

, (1.2)

где – минимальный наружный диаметр бурильной колонны, м;

– средняя скорость течения бурового раствора в затрубном пространстве, м/с.

Скорость определяется по формуле:

, (1.3)

где – скорость движения частиц шлама в буровом растворе, м/с;

– скорость витания частиц шлама в растворе, м/с.

Обычно ,

Для определения скорости витания в бингамовских жидкостях, каковыми являются глинистые растворы, первоначально определяется диаметр самой крупной частицы шлама, остающейся в растворе во взвешенном состоянии:

, (1.4)

где – коэффициент, зависящий от диаметра частицы шлама,

(рисунок 1.1);

– предельное напряжение сдвига раствора, Па;

– ускорение силы тяжести, м/с²;

– соответственно плотности разбуриваемой породы и промывочной жидкости.

Для определения характера течения бурового раствора (ламинарное или турбулентное) используется соотношение:

, (1.5)

где – преобладающий размер частиц бурового шлама; при бурении шарошечными долотами можно принять . Если , то режим обтекания частицы ламинарный; если , то режим переходный, и наконец, если , то режим турбулентный.

При ламинарном режиме скорость падения частицы в растворе определяется по формуле Шищенко:

м/с, (1.6)

где – функция, зависящая от а (рисунок 1.2);

– вязкость раствора, .

При переходном и турбулентном режимах скорость вычисляется по формуле Риттингера:

, м/с, (1.7)

где – коэффициент, зависящий от формы частицы и параметра ;

– ускорение свободного падания, м/с²;

– коэффициент, зависящий только от формы частицы.

Коэффициент К можно определить по графику (рисунок 1.3).

Вычисление скорости дает возможность по формуле (1.3) определить скорость , а затем по формуле (1.2) – расход раствора . По большей величине расхода ( или ) по таблице 1.1 выбирается буровой насос для промывки скважин. Выписываются марка насоса, подача (расход), диаметр цилиндровых втулок и соответствующее максимальное давление подачи промывочной жидкости.

Диаметр частицы шлам d, мм

Рисунок 1.1-Значение коэффициента формы m, введенного Шищенко

Рисунок 1.2-Изменение функции Ф введенной Шищенко; от соотношения а = d_z/d₀