Программа расчетов потерь давления на различных участках скважины

Программа расчетов потерь давления на различных участках скважины

СОДЕРЖАНИЕ:

Введение

. Исходные данные к расчету гидравлической программы

. Выбор плотности и предварительной подачи насосов

. Расчет длин элементов скважины

. Расчет гидравлических параметров промывки для начала бурения

.1 Расчет потерь давления внутри труб

.2 Расчет потерь давления в затрубном пространстве

.3 Расчет потерь давления в заколонном пространстве за замками

.4 Расчет потерь давления в обвязке и давления на насосах

.5 Перерасчет расхода

.6 Уточнение потерь давления внутри труб

.7 Уточнение потерь давления в затрубном пространстве

.8 Уточнение потерь давления в заколонном пространстве за замками

.9 Уточнение давления на насосах

.10 Критерий интенсивности гидромониторной промывки

.11 Подбор цилиндровых втулок и режима работы насосов

. Расчет гидравлических параметров промывки для конца бурения

.1 Расчет потерь давления внутри труб

.2 Расчет потерь давления в затрубном пространстве

.3 Расчет потерь давления в заколонном пространстве за замками

.4 Расчет потерь давления в обвязке и давления на насосах

.5 Перерасчет расхода

.6 Уточнение потерь давления внутри труб

.7 Уточнение потерь давления в затрубном пространстве

.8 Уточнение потерь давления в заколонном пространстве за замками

.9 Уточнение давления на насосах

.10 Критерий интенсивности гидромониторной промывки

.11 Подбор цилиндровых втулок и режима работы насосов

. Правила построения и анализ эпюр

. Гидродинамические расчеты спуска колонны труб в скважину

.1 Расчет длин элементов при гидродинамических расчетах

.2 Расчет гидродинамических давлений поинтервально

.3 Определение допустимой скорости спуска

Список использованной литературы

Приложения

Приложение 1. Гидравлическая программа промывки скважины

Приложение 2. График поля полных давлений для начала бурения

Приложение 3. График поля полных давлений для конца бурения

Приложение 4. Листинг программы расчета гидравлических потерь на в QBasic

ВВЕДЕНИЕ

Бурение всегда связано с прокачкой жидкости через циркуляционную систему скважины, так называемой “промывкой”, что, в свою очередь, требует определения ожидаемых давлений на насосах, потерь давления на отдельных участках циркуляционной системы и еще многого другого.

Спускоподъемные операции с бурильными, обсадными и насосно-компрессорными трубами всегда сопровождаются изменением давления в скважине. Пределы изменения этого давления диктуются условиями бурения, поэтому определение допустимых скоростей движения колонн является важнейшей частью гидродинамических расчетов в бурении.

Гидравлические расчеты выполняются при моделировании процессов проявления из скважины (при нефте-, газо- и водопроявлениях). Совершенно невозможно обойтись без гидравлических расчетов при проектировании режима глушения фонтанирующей скважины, когда необходимо выбрать оптимальный режим закачки, не допуская превышения допустимых внутренних давлений на обсадные колонны при сохранении избыточного давления на проявляющий пласт на всех этапах глушения.

Результаты гидравлических расчетов нужны и при прочностных расчетах бурильных и обсадных колонн.

Без выполнения гидравлических расчетов невозможно составить оптимальную программу цементирования обсадной колонны.

В ходе выполнения курсовой работы была составлена программа расчетов потерь давления на различных участках скважины по алгоритмам, представленным в Приложении 3 [3]. Программы расчета гидравлических потерь и расчета критерия гидромониторной промывки на языке QBASIC прилагаются.

1. Исходные данные к расчету гидравлической программы.

Согласно Приложению 6 [3] выбираем вариант исходных данных из Приложений 4 и 5 [3]: последняя цифра зачетной книжки - 4, первая буква фамилии - E, т.о. вариант основного задания - 4/8, где:

- № задания по промывке из Приложения 4 [3]; 13 - № варианта реологических параметров из Приложения 5 [3]. Выписываем все исходные данные и сводим их в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

Сводная таблица исходных данных

В соответствии с кодами труб, выпишем необходимые для дальнейшего расчета их характеристики:

Бурильные трубы IEU, код 18:

Наружный диаметр d_н = 127 мм = 0,127 м; диаметр замка (муфты) d_з = 1778 мм = 0,1778 м; толщина стенки δ = 9,19 мм = 0,00919 м; Длина трубы l₀ = 12,5 м; Длина замка (муфты) l_м = 0,45 м; коэффициент учета потерь в замках k_м = 1,15.

Внутренний диаметр трубы равен d_в = d_н - 2∙δ = 0,127 - 2∙0,00919= 0,10862 м. УБТИ, код 11:

Наружный диаметр d_н = 165,1 мм = 0,1651 м; диаметр замка (муфты) d_з = 165,1 мм = 0,1651 м; толщина стенки δ = 53,9 мм = 0,0539 м; Длина трубы l₀ = 9 м; Длина замка (муфты) l_м = 0 м; коэффициент учета потерь в замках k_м = 1,05.

Внутренний диаметр трубы равен d_в = d_н - 2∙δ = 0,1651 - 2∙0,0539 =0,0573м.

Долото, III 215,9

Диаметр долота D_д = 215,9 мм; схема промывки - гидромониторная; предварительный коэффициент расхода μ_д = 0.97; диаметр подводящего канала долота d_п = 0,024 м.

2. Выбор плотности и предварительной подачи насосов

В соответствии с ПБ 08-624-03, вычислим требуемую плотность бурового раствора из условия недопущения проявлений из напорного пласта:

,

где к_б - коэффициент резерва, определяемый из табл. 2.1; Р_пл - пластовое давление в кровле напорного пласта, МПа; L_пл - глубина кровли напорного пласта, м.

Таблица 2.1

Нормативные значения к_б и [P].

Расчетная плотность равна:

.

На практике плотность бурового раствора фиксируется с точностью до ±10 кг/м³. Проверим выполнение условия Р_ст.реп<[P], где Р_ст.реп - статическая репрессия на пласт столба бурового раствора; [P] - допустимая статическая репрессия в соответствии таблицей 3.1:

.

Выберем технологически необходимый расход Q_рц:

-   из условия очистки забоя:

; примем q = 0.6 (м³/с)/м²; F_д = π∙d/4;

. Примем Q₁ =22 л/с.

-   из условия подъема выбуренной породы:

; примем v_к = 0.50 м/с; F_к = π∙(D- d)/4;

. Примем Q₂ = 13,5 л/с.

Величину Q_рц берут обычно равной наибольшему из расчетных значений Q.

.

3. Расчет длин элементов скважины

Расчет гидравлических параметров начинаем с определения количества “расчетных” элементов для граничных глубин: начала намеченного интервала бурения и его конца. Расчетным элементом скважины считается участок скважины, в пределах которого геометрические характеристики скважины и бурильных труб неизменны.

На рис. 4.1 показаны две расчетные ситуации, соответствующие началу и концу бурения. Глубина обсаженной части 1800 м.

L_н = 3000 м - начальная глубина бурения; L_к = 3600 м - конечная глубина бурения. Описание скважины: l₁ = 1800 м - глубина конца обсаженной части скважины; l₂ = 3000 м - глубина конца очередного участка скважины с постоянным диаметром ствола в начале бурения; l₂ = 3600 м - глубина конца очередного участка скважины с постоянным диаметром ствола в конце бурения. Бурильная колонна состоит из двух секций бурильных труб с длинами h₁ = h_УБТ = 240 м и h₂. Длины первой секции бурильных труб одни и те же на глубинах L_н и L_к, а длины второй секции для глубин бурения 3000 м и 3600 м равны:

h₂ = L_н - h₁ = 3000 - 240 = 2760 м;

h₂ = L_к - h₁ = 3600 - 240 = 3360 м.

Длины части второй секции бурильных труб в открытом стволе скважины для глубин бурения 3000 м и 3600 м равны:

ε₂ = h₂ - l₁ = 2760 - 1800 = 960 м;

ε₂ = h₂ - l₁ = 3360 - 1800 = 1560 м.

Рис. 3.1 Расчет величин ε_i при промывке скважины на глубинах L_н и L_к

4. Расчет гидравлических параметров промывки для начала бурения

.1 Расчет потерь давления внутри труб

Расчет потерь давления внутри труб для начала бурения ведем по Приложению 3 (лист 4) [3] для первого участка длиной ε₁ и совместно для участков 2 и 3 (т.к. на них не меняется внутренний диаметр труб).

Ø Участок ε₁ (внутри УБТИ).

;

;

Т.к. Q = 22,0 л/с >Q_в.кр1 = 7.4 л/с, то режим движения бурового раствора внутри первого участка - турбулентный, и:

;

; .

.

Потери совпадают с вычисленными по программе (см. стр. 37-39).

Ø Участки ε_2,3 (внутри IEU).

;

;

Т.к. Q = 22,0 л/с > Q_в.кр2 = 21,5 л/с, то режим движения бурового раствора внутри второго участка - турбулентный, и:

;

; .

.

Потери совпадают с вычисленными по программе (см. стр. 37-39).

.2 Расчет потерь давления в затрубном пространстве

Расчет потерь давления в затрубном пространстве ведем для начала бурения по Приложению 3 (лист 5) [3] для каждого из участков.

Ø Участок ε₁ (за УБТИ).

;

;

Т.к. Q = 22,0 л/с < Q_к.кр1 = 65.1 л/с, то режим движения бурового раствора на первом участке - ламинарный, и:

Потери совпадают с вычисленными по программе (см. стр. 37-39).

Ø Участок ε₂ (за IEU в открытом стволе скважины).

;;

Т.к. Q = 22,0 л/с < Q_к.кр2 = 85.1 л/с, то режим движения бурового раствора на втором участке - ламинарный, и:

Потери совпадают с вычисленными по программе (см. стр. 37-39).

Ø Участок ε₃ (за IEU в обсаженной части скважины).

;;

Т.к. Q = 22.0 л/с < Q_к.кр3 = 93.2 л/с, то режим движения бурового раствора на третьем участке - ламинарный, и:

Потери совпадают с вычисленными по программе (см. стр. 37-39).

.3 Расчет потерь давления в заколонном пространстве за замками

Расчет потерь давления в заколонном пространстве за замками ведем для начала бурения по Приложению 3 (лист 6) [3] для каждого из участков.

Ø Участок ε₁ (за замками УБТИ).

;

;

,

т.к. d_м = d_н, то р_кмм1 = 0.

Т.к. Q = 22.0 л/с < Q_км.кр1 = 65.1 л/с, то режим движения бурового раствора на первом участке - ламинарный, и:

т.к. р_кмм1 = 0 и l_м = 0, то и р_км1 = 0.

Потери совпадают с вычисленными по программе (см. стр. 37-39).

Ø Участок ε₂ (за замками IEU в открытом стволе скважины).

;;

Т.к. Q = 22.0 л/с < Q_км.кр2 = 55.5 л/с, то режим движения бурового раствора на втором участке - ламинарный, и:

Потери совпадают с вычисленными по программе (см. стр. 37-39).

Ø Участок ε₃ (за замками IEU в обсаженной части скважины).

;;

Т.к. Q = 22.0 л/с < Q_км.кр3 = 65.5 л/с, то режим движения бурового раствора на третьем участке - ламинарный, и:

Потери совпадают с вычисленными по программе (см. стр. 37-39).

.4 Расчет потерь давления в обвязке и давления на насосах

Посчитаем потери также в обвязке, считая режим движения жидкости в обвязке - турбулентным.

;

Суммарные потери внутри труб равны:

р_в = р_в1 + р_в2 = 6,225 + 4,777 =11,002 МПа.

Суммарные потери в заколонном пространстве равны:

р_к = р_к1 + р_к2 + р_к3 + р_км1 + р_км2 + р_км3 = 0,646 + 0,889 + 1,354 + 0 + 0,240 +

,272 = 3,401 МПа.

Суммарные потери:

р_п = р_в + р_к = 11.002 + 3,401 = 14,403 МПа.

Сумма потерь и перепадов давления в циркуляционной системе:

р_нр = р_обв + р_п = 0,212 + 14,403 = 14,615 МПа.

Так как потери давления в заколонном пространстве больше допустимых потерь (р_к = 3,401 МПа > р_к.доп= 3,0 МПа), то необходимо уменьшить расход.

.5 Перерасчет расхода

В нашем случае не выполняется условие по допустимым потерям в заколонном пространстве р_к.доп. Таким образом, необходимо найти расход, удовлетворяющий этому условию р_к  р_к.доп.

·  Находим Q_к.доп.

В данном случае в поиске расхода участвуют только потери за в затрубье и за замками. Режим течения раствора в затрубье - ламинарный. Вычислим коэффициент S_k:

. Тогда новый расход равен:

.

Окончательно принимаем Q = 17.1 л/с.

·  Выбираем режим работы насоса/насосов.

Прежде, чем приступить к пересчету давлений, выберем с помощью Приложения 12 [3], цилиндровые втулки насосов. Минимальный теоретический расход, который можно реализовать на 1 насосе У8-7МА2 на втулках 140 мм на электрическом приводе, равен Q₁₄₀ = 22,3 л/с. В этом случае р_вт = 32 МПа > р_доп = 18 МПа. Тогда в качестве предельного давления принимаем р_пред = р_доп = 18,0 МПа. Из Приложения 14 [3] выбираем коэффициент подачи насоса β = 0.90. Тогда фактическая подача при использовании электрического привода:

.

Очевидно, что при данном расходе не будет соблюдаться ограничение по р_к.доп. Для избежания аварийных ситуаций (гидроразрыв пласта, разрыв манифольда и проч.) предлагается использовать один из вариантов:

). Перейти на использование дизельного привода насосов. Тогда за счет изменения числа двойных ходов, 1 насос У8-7МА2 на втулках минимального диаметра позволит получить теоретический расход, равный 22,3-14,4 л/с, и фактический 20,1-13,0 л/с (за счет изменения числа двойных ходов).

). Понизить индекс консистентности бурового раствора или показатель нелинейности или плотность (K, n или r). На буровой это осуществимо или добавлением разжижителя (¯K) или уменьшением содержания разветвленного полимера (¯n) - ПАА, крахмал и проч., или уменьшением содержания утяжелителя/твердой фазы (¯r) для изменения соответствующего параметра. Предлагается принять новое значение индекса К = 1,0 Па·с. Таким образом, принимаются новые значения Q = 20,1 л/с и К = 1,0 Па·с.

Видно, что рациональнее перейти к использованию дизельного привода.

5.6 Уточнение потерь давления внутри труб

Так как свойства раствора не изменились, то такие параметры, как f^/(n), Re_кр., Q_кр.. Их значения рассчитаны в п. 5.1-5.3.

Ø Участок ε₁ (внутри УБТИ).

;;

Т.к. Q = 17,1 л/с >Q_в.кр1 = 7.4 л/с, то режим движения бурового раствора внутри первого участка - турбулентный, и:

;

;

; .

Ø Участки ε_2,3 (внутри IEU).

;;

Т.к. Q = 17,1 л/с < Q_в.кр2 = 21,5 л/с, то режим движения бурового раствора внутри второго участка - ламинарный, и:

4.7 Уточнение потерь давления в затрубном пространстве

Ø Участок ε₁ (за УБТИ).

;;

Т.к. Q = 17,1 л/с < Q_к.кр1 = 65.1 л/с, то режим движения бурового раствора на первом участке - ламинарный, и:

Ø Участок ε₂ (за IEU в открытом стволе скважины).

;;

Т.к. Q = 17,1 л/с < Q_к.кр2 = 85.1 л/с, то режим движения бурового раствора на втором участке - ламинарный, и:

Ø Участок ε₃ (за IEU в обсаженной части скважины).

;;

Т.к. Q = 17.1 л/с < Q_к.кр3 = 93.2 л/с, то режим движения бурового раствора на третьем участке - ламинарный, и:

4.8 Уточнение потерь давления в заколонном пространстве за замками

Ø Участок ε₁ (за замками УБТИ).

;;

, т.к. d_м = d_н, то р_кмм1 = 0.

Т.к. Q = 17.1 л/с < Q_км.кр1 = 65.1 л/с, то режим движения бурового раствора на первом участке - ламинарный, и: , т.к. р_кмм1 = 0 и l_м = 0.

Ø Участок ε₂ (за замками IEU в открытом стволе скважины).

;;

Т.к. Q = 17.1 л/с < Q_км.кр2 = 55.5 л/с, то режим движения бурового раствора на втором участке - ламинарный, и:

Ø Участок ε₃ (за замками IEU в обсаженной части скважины).

;;

Т.к. Q = 17.1 л/с < Q_км.кр3 = 65.5 л/с, то режим движения бурового раствора на третьем участке - ламинарный, и:

.9 Уточнение давления на насосах

Потери в обвязке:

;

Суммарные потери внутри труб равны:

р_в = р_в1 + р_в2 = 4,134 + 2,438 = 6,572 МПа.

Суммарные потери в заколонном пространстве равны:

р_к = р_к1 + р_к2 + р_к3 + р_км1 + р_км2 + р_км3 = 0,569 + 0,784 + 1,194 + 0 + 0,190 +

,219 = 2,956 МПа.

Суммарные потери:

р_п = р_в + р_к = 6.572 + 2,956 = 9,528 МПа.

Сумма потерь и перепадов давления в циркуляционной системе:

р_нр = р_обв + р_п = 9,528 + 0,128 = 9,656 МПа.

Значит р_нр = 9,656 МПа < р_доп = 18 МПа. Так как потери давления в заколонном пространстве не превышают допустимые потери (р_к = 2,956 МПа < р_к.доп= 3 МПа), то это условие выполняется.

Видно, что имеется явное недоиспользование давления, иначе говоря, имеется резерв давления:

.

Далее выберем диаметры насадок, использование которых обеспечит реализацию этого резерва в качестве перепада давления на долоте (р_д = р_рез = 8,344 МПа).

Суммарная площадь сечения отверстий насадок равна:

.

Согласно Приложению 17 [3] подбираем следующий ближайший вариант сочетания насадок: 11,09-8,74 с f*_д = 1,566·10^-4 м². Т.к. диаметр долота равен 215,9 мм, то диаметр подводящего канала 24 мм. При таком диаметре коэффициент расхода промывочного узла долота μ_д = 0,978.

Таким образом, фактический перепад давления на долоте равен:

.

Тогда уточненное давление на насосах равно:

.

4.10 Критерий интенсивности гидромониторной промывки

Критерий интенсивности гидромониторной промывки J будем рассчитывать только для двух случаев: для теоретического диаметра насадок и для стандартной насадки максимального диаметра.

Ø Критерий J для теоретического диаметра насадок.

Диаметр отверстий равноразмерных насадок равен:

Расстояние от насадки до забоя примем равным l_c = 150 мм. Тогда относительная длина струи . Осевое давление струи р_ос для равноразмерных насадок равно:

.

Считаем, что в пределах интервала бурения градиент пластового давления

 неизменен, тогда:

.

Дифференциальное давление равно:

.

Критерий J равен:

Ø Критерий J для насадки максимального диаметра.

Наибольший диаметр насадки в промывочных узлах долота равен 11,09 мм.

Коэффициент расхода данного промывочного узла:

.

Расход жидкости через насадку равен:

.

.

Осевое давление струи через данную насадку:

Дифференциальное давление равно:

Критерий J равен:

.

4.11 Подбор цилиндровых втулок и режима работы насосов

Число насосов на буровой - 2. Так как по принятому на стр. 15 условию, привод буровой - дизельный, то путем изменения числа двойных ходов без существенного уменьшения приводной мощности дизелей можно менять подачу насоса.

Выбираем один насос с втулками диаметра 140 мм. Теоретический расход насоса варьируется в пределе 22,3 - 14,4 л/с (за счет изменения n - числа двойных ходов). Из Приложения 14 [3] выбираем коэффициент подачи насоса β = 0.9.

Тогда фактическая подача при максимальном числе двойных ходов:

.

Необходимо обеспечить расчетную подачу Q_р = 17,1 л/с. Необходимо снизить число двойных ходов на насосе от номинального значения n_ном до какого-то значения n_р. Из пропорции: n_ном - 20,1, n_р - 17,1

.

Таким образом, насос имеет число двойных ходов - 55.

Вычислим эквивалентную плотность для глубины L_н:

.

Гидростатическое давление столба раствора для глубины L_н:

. Расчет гидравлических параметров промывки для конца бурения

Принимаем для расчетов данного интервала привод насосов - дизельный. В процессе расчетов гидравлических потерь для конца бурения следует учитывать, что некоторые расчетные параметры, зависящие от геометрии скважины и свойств бурового раствора, не отличаются от аналогичных для начала бурения (пункты 5.1-5.3).

Для расчетов принимаем Q = 17.1 л/с.

.1 Расчет потерь давления внутри труб

Ø Участок ε₁ (внутри УБТИ).

;;

Т.к. Q = 17,1 л/с >Q_в.кр1 = 7.4 л/с, то режим движения бурового раствора внутри первого участка - турбулентный, и:

;

;

; .

Ø Участки ε_2,3 (внутри IEU).

;;

Т.к. Q = 17,1 л/с < Q_в.кр2 = 21,5 л/с, то режим движения бурового раствора внутри второго участка - ламинарный, и:

.2 Расчет потерь давления в затрубном пространстве

Ø Участок ε₁ (за УБТИ).

;;

Т.к. Q = 17,1 л/с < Q_к.кр1 = 65.1 л/с, то режим движения бурового раствора на первом участке - ламинарный, и:

Ø Участок ε₂ (за IEU в открытом стволе скважины).

;;

Т.к. Q = 17,1 л/с < Q_к.кр2 = 85.1 л/с, то режим движения бурового раствора на втором участке - ламинарный, и:

Ø Участок ε₃ (за IEU в обсаженной части скважины).

;;

Т.к. Q = 17.1 л/с < Q_к.кр3 = 93.2 л/с, то режим движения бурового раствора на третьем участке - ламинарный, и:

.

.3 Расчет потерь давления в заколонном пространстве за замками

Ø Участок ε₁ (за замками УБТИ).

;;

, т.к. d_м = d_н, то р_кмм1 = 0.

Т.к. Q = 17.1 л/с < Q_км.кр1 = 65.1 л/с, то режим движения бурового раствора на первом участке - ламинарный, и:

, т.к. р_кмм1 = 0 и l_м = 0.

Ø Участок ε₂ (за замками IEU в открытом стволе скважины).

;;

Т.к. Q = 17.1 л/с < Q_км.кр2 = 55.5 л/с, то режим движения бурового раствора на втором участке - ламинарный, и:

Ø Участок ε₃ (за замками IEU в обсаженной части скважины).

;;

Т.к. Q = 17.1 л/с < Q_км.кр3 = 65.5 л/с, то режим движения бурового раствора на третьем участке - ламинарный, и:

.4 Расчет потерь давления в обвязке и давления на насосах

Потери в обвязке:

;

Суммарные потери внутри труб равны:

р_в = р_в1 + р_в2 = 3,761 + 2,968 = 6,729 МПа.

Суммарные потери в заколонном пространстве равны:

р_к = р_к1 + р_к2 + р_к3 + р_км1 + р_км2 + р_км3 = 0,569 + 1,274 + 1,194 + 0 + 0,309 +

,219 = 3,564 МПа.

Суммарные потери:

р_п = р_в + р_к = 6.729 + 3,564 = 10,294 МПа.

Сумма потерь и перепадов давления в циркуляционной системе:

р_нр = р_обв + р_п = 0,128 + 10,294 = 10,422 МПа.

Значит р_нр = 10,422 МПа < р_доп = 18 МПа. Так как потери давления в заколонном пространстве больше допустимых потерь (р_к = 3,564 МПа > р_к.доп= 3,0 МПа), то необходимо уменьшить расход.

.5 Перерасчет расхода

В нашем случае не выполняется условие по допустимым потерям в заколонном пространстве р_к.доп. Таким образом, необходимо найти расход, удовлетворяющий этому условию р_к  р_к.доп.

·  Находим Q_к.доп.

В данном случае в поиске расхода участвуют только потери за в затрубье и за замками. Режим течения раствора в затрубье - ламинарный. Вычислим коэффициент S_k:

. Тогда новый расход равен:

.

Окончательно принимаем Q = 13.1 л/с.

Прежде, чем приступить к пересчету давлений, выберем с помощью Приложения 12 [3], цилиндровые втулки насосов. Минимальный теоретический расход, который можно реализовать на 1 насосе У8-7МА2 на втулках 140 мм на дизельном приводе, равен Q₁₄₀ = 14,4 л/с. В этом случае р_вт = 32 МПа > р_доп = 18 МПа. Тогда в качестве предельного давления принимаем р_пред = р_доп = 18,0 МПа. Из Приложения 14 [3] выбираем коэффициент подачи насоса β = 0.90. Тогда фактическая минимально возможная подача при использовании дизельного привода:

Значит принятый расход можно реализовать на данном насосе при дизельном приводе.

.6 Уточнение потерь давления внутри труб

Так как свойства раствора не изменились, то такие параметры, как f^/(n), Re_кр., Q_кр.. Их значения рассчитаны в п. 6.1-6.3.

Ø Участок ε₁ (внутри УБТИ).

;;

Т.к. Q = 13,1 л/с >Q_в.кр1 = 7.4 л/с, то режим движения бурового раствора внутри первого участка - турбулентный, и:

;

;

; .

Ø Участки ε_2,3 (внутри IEU).

;;

Т.к. Q = 13,1 л/с < Q_в.кр2 = 21,5 л/с, то режим движения бурового раствора внутри второго участка - ламинарный, и:

.7 Уточнение потерь давления в затрубном пространстве

Ø Участок ε₁ (за УБТИ).

;;

Т.к. Q = 13,1 л/с < Q_к.кр1 = 65.1 л/с, то режим движения бурового раствора на первом участке - ламинарный, и:

Ø Участок ε₂ (за IEU в открытом стволе скважины).

;;

Т.к. Q = 13,1 л/с < Q_к.кр2 = 85.1 л/с, то режим движения бурового раствора на втором участке - ламинарный, и:

Ø Участок ε₃ (за IEU в обсаженной части скважины).

;;

Т.к. Q = 13.1 л/с < Q_к.кр3 = 93.2 л/с, то режим движения бурового раствора на третьем участке - ламинарный, и:

.8 Уточнение потерь давления в заколонном пространстве за замками

Ø Участок ε₁ (за замками УБТИ).

;;

, т.к. d_м = d_н, то р_кмм1 = 0.

Т.к. Q = 13.1 л/с < Q_км.кр1 = 65.1 л/с, то режим движения бурового раствора на первом участке - ламинарный, и: , т.к. р_кмм1 = 0 и l_м = 0.

Ø Участок ε₂ (за замками IEU в открытом стволе скважины).

;;

Т.к. Q = 13.1 л/с < Q_км.кр2 = 55.5 л/с, то режим движения бурового раствора на втором участке - ламинарный, и:

Ø Участок ε₃ (за замками IEU в обсаженной части скважины).

;;

Т.к. Q = 13.1 л/с < Q_км.кр3 = 65.5 л/с, то режим движения бурового раствора на третьем участке - ламинарный, и:

.9 Уточнение давления на насосах

Потери в обвязке:

;

Суммарные потери внутри труб равны:

р_в = р_в1 + р_в2 = 2,426 + 2,598 = 5,024 МПа.

Суммарные потери в заколонном пространстве равны:

р_к = р_к1 + р_к2 + р_к3 + р_км1 + р_км2 + р_км3 = 0,498 + 1,115 + 1,045 + 0 + 0,248 +

,178 = 2,985 МПа.

Суммарные потери:

р_п = р_в + р_к = 5.024 + 2,985 = 8,109 МПа.

Сумма потерь и перепадов давления в циркуляционной системе:

р_нр = р_обв + р_п = 8,109 + 0,075 = 8,184 МПа.

Значит р_нр = 8,184 МПа < р_доп = 18 МПа. Так как потери давления в заколонном пространстве не превышают допустимые потери (р_к = 2,985 МПа < р_к.доп= 3 МПа), то это условие выполняется.

Видно, что имеется явное недоиспользование давления, иначе говоря, имеется резерв давления:

.

Далее выберем диаметры насадок, использование которых обеспечит реализацию этого резерва в качестве перепада давления на долоте (р_д = р_рез = 9,816 МПа).

Суммарная площадь сечения отверстий насадок равна:

.

Согласно Приложению 17 подбираем следующий ближайший вариант сочетания насадок: 8,74-7,92 с f*_д = 1,093·10^-4 м². Т.к. диаметр долота равен 215,9 мм, то диаметр подводящего канала 24 мм. При таком диаметре коэффициент расхода промывочного узла долота μ_д = 0,982.

Таким образом, фактический перепад давления на долоте равен:

.

Тогда уточненное давление на насосах равно:

.

5.10 Критерий интенсивности гидромониторной промывки

Критерий интенсивности гидромониторной промывки J будем рассчитывать только для двух случаев: для теоретического диаметра насадок и для стандартной насадки максимального диаметра.

Ø Критерий J для теоретического диаметра насадок.

Диаметр отверстий равноразмерных насадок равен:

.

Расстояние от насадки до забоя примем равным l_c = 150 мм. Тогда относительная длина струи . Осевое давление струи р_ос для равноразмерных насадок равно:

Считаем, что в пределах интервала бурения градиент пластового давления

 неизменен, тогда:

.

Дифференциальное давление равно:

.

Критерий J равен:

.

Ø Критерий J для насадки максимального диаметра.

Наибольший диаметр насадки в промывочных узлах долота равен 8,74 мм.

Коэффициент расхода данного промывочного узла:

.

Расход жидкости через насадку равен:

.

.

Осевое давление струи через данную насадку:

.

Дифференциальное давление равно:

Критерий J равен:

.

.11 Подбор цилиндровых втулок и режима работы насосов

Так как по результатам разработки программы промывки мы приняли, что привод буровой - дизельный (стр. 15,20), то путем изменения числа двойных ходов без существенного уменьшения приводной мощности дизелей можно менять подачу насоса.

Выбираем один насос с втулками диаметра 140 мм. Теоретический расход насоса варьируется в пределе 22,3 - 14,4 л/с (за счет изменения n - числа двойных ходов). Из Приложения 14 [3] выбираем коэффициент подачи насоса β = 0.9.

Тогда фактическая подача при максимальном числе двойных ходов:

.

Необходимо обеспечить расчетную подачу Q_р = 13,1 л/с. Необходимо снизить число двойных ходов на насосе от номинального значения n_ном до какого-то значения n_р. Из пропорции:

n_ном - 20,1

n_р - 13,1

Таким образом, насос имеет число двойных ходов - 42.

Вычислим эквивалентную плотность для глубины L_к:

.

Гидростатическое давление столба раствора для глубины L_к:

.

6. Правила построения и анализ эпюр

При построении эпюр распределения давлений в скважине принимается, что давление в заколонном пространстве на устье открытой скважины равно нулю. Поэтому построение эпюр начинаем от заколонного пространства у устья. Проводим прямую гидростатического давления бурового раствора в скважине до глубины обсаженной части скважины (1800м) - точка 1. На этой глубине вправо откладываем отрезок, равный потерям в заколонном пространстве за трубами и замками (р_к3+р_км3). Получаем точку 1^/. Отрезок 01^/ показывает распределение давлений в затрубье до глубины обсаженной части. От точки 1^/ проводим линию, параллельную гидростатике до конца бурильных труб - точка 2. Далее откладываем вправо отрезок, равный р_к2+р_км2 - точка 2^/. Аналогично проводим построения до забоя. Длиной долота пренебрегаем ввиду малости. Тогда от точки 3^/ откладываем отрезок, равный р_д - точка 4. Проводим 45 - наверх и параллельно линии гидростатики. От точки 5 откладываем вправо потери внутри УБТИ р_в1 - точка 5^/. Далее проводим 5^/6 наверх и параллельно гидростатике до устья. От точки 6 откладываем потери в бурильных трубах - точка 6^/. Наконец, от нее откладываем потери в обвязке и получаем отрезок 07, соответствующий давлению на насосах.

В эпюрах приняты следующие обозначения:

ОS - линия гидростатического давления столба бурового раствора.

О1, 1^/2, 2^/3, 45, 4k, 5^/6 - линии, параллельные линии ОS; 11^/ -потери давления в заколонном пространстве в обсаженной части IEU; 22^/ -потери давления в заколонном пространстве в необсаженной части IEU; 33^/ - потери давления в заколонном пространстве за УБТИ; 3^/4 - потери в долоте; 55^/ - потери давления внутри УБТИ; 66^/ - потери внутри IEU; 6^/7 - потери в обвязке.

S3^/ - отрезок, равный потерям в затрубном пространстве.

k6^/ - отрезок, равный потерям внутри труб.

Точка m соответствует давлению гидроразрыва слабого пласта (Р_гр = 37,8 МПа) на глубине слабого пласта (L_сл = 2800м). Из эпюр для начала и конца бурения (Приложения 3 и 4) видно, что давление бурового раствора в затрубном пространстве меньше или примерно равно давлению гидроразрыва. Следовательно, гидроразрыва пласта не будет ни в начале, ни в конце бурения.

Стрелками показано направление движения жидкости.

гидродинамический гидравлический скважина колонна

7. Гидродинамические расчеты спуска колонны труб в скважину

Согласно Приложению 7 [3] выбираем вариант исходных данных из Приложения 8 [3]: последняя цифра зачетной книжки - 4, первая буква фамилии - E, т.о. вариант - 2. Необходимые для расчета данные вынесем в таблицу.

Таблица 7.1

Данные к расчету допустимой скорости движения инструмента.

Суть расчета состоит в том, чтобы при заданном типе технологической операции определить допустимую скорость движения колонны труб (инструмента) в скважине (спуск или подъем). Допустимая скорость определяется, исходя из условий залегания слабого или напорного (проявляющего) пласта. В случае спуска инструмента, на слабый пласт оказывается дополнительное гидродинамическое давление, создаваемое той частью колонны, которая расположена выше слабого пласта. Так как в нашем случае глубина низа инструмента равна 1800 м, что выше слабого пласта (L_сл = 2480 м), то в расчетах учитывается вся колонна инструмента длиной 1800 м (долото на глубине L_ин = L_к/2 = 1800 м).

.1 Расчет длин элементов при гидродинамических расчетах

В нашем случае кровля слабого пласта расположена ниже долота, поэтому в определении допустимой скорости спуска участвует вся бурильная колонна длиной 1800 м. Как видно из пункта 7 таблицы 8.1, верхняя часть колонны состоит из утяжеленных бурильных труб УБТИ длиной 240 м, и бурильных труб IEU (данные о которых приведены в п. 2).

Длина всей колонны в нашей задаче равна глубине обсаженной части L_обс =1 800 м. Таким образом, имеем три элемента (рис. 7.1). Нижний участок состоит из УБТИ и имеет длину 240 м.

Длина бурильных труб IEU равна:.

Рис 7.1 Схема к расчету допустимой скорости спуска u_доп.

7.2 Расчет гидродинамических давлений поинтервально

При произвольно заданной скорости спуска u_т вначале для каждого элемента вычислим эквивалентный расход в заколонном пространстве.

Принимаем предварительно u_т = 0,5 м/с.

·  Элемент 1 (за УБТИ).

·  Элемент 2 (за IEU)

Вычислим на тех же элементах эквивалентные расходы при движении в заколонном пространстве за замками. В расчеты не принимаем потери за замками на участке 1, т.к. они равны нулю при любом расходе (т.к. р_кмм1 = 0 и l_м1 = 0, то и р_км1 = 0 при любых расходах). Обозначим соответствующие эквивалентные расходы для замуфтового пространства, как Q_мэкв1 и Q_мэкв2. Тогда:

·  Элемент 2 (за замками IEU)

Теперь вычислим гидродинамические давления для каждого элемента по формулам, аналогичным приведенным в пп. 5.2-5.3, только подставляя вместо Q_рц вычисленные расходы Q_экв.

·  Элемент 1 (за УБТИ).

;;

Т.к. Q_экв1 = 14,8 л/с < Q_к.кр1 = 65,1 л/с, то режим движения бурового раствора на первом участке - ламинарный, и:

Индекс “гдк” у давления показывает, что это гидродинамическое давление, возникающее в кольцевом пространстве при движении инструмента.

·  Элемент 2 (за IEU).

За трубами:

;;

Т.к. Q_экв2 = 23,6 л/с < Q_к.кр2 = 85,1 л/с, то режим движения бурового раствора на втором участке - ламинарный, и:

За замками труб:

;;;

Т.к. Q_мэкв2 = 15.8 л/с < Q_км.кр2 = 55,5 л/с, то режим движения бурового раствора на втором участке - ламинарный и:

Индекс “гдм” у давления показывает, что это гидродинамическое давление, возникающее в затрубном пространстве за замками (муфтами) при движении инструмента.

Тогда общее гидродинамическое давление:

.3 Определение допустимой скорости спуска

Сначала вычислим полное давление в скважине на слабый пласт при спуске инструмента со скоростью u_т:

.

Давление гидроразрыва слабого пласта равно р_гр = 37,80 МПа > p_сл = 37,476 МПа, поэтому при данной, произвольно выбранной скорости спуска u_т = 0,5 м/с, гидроразрыва слабого пласта не будет.

Для определения допустимой скорости спуска вычислим коэффициент с:

.

Найдем резерв давления на спуск:

.

Искомая допустимая скорость рассчитывается по формуле:

.

К практическому применению, во избежание случайного гидроразрыва, рекомендуется скорость, равная 0,9·u_т.доп = 0,48 м/с.

Эквивалентная плотность для слабого пласта при спуске с предельно допустимой скоростью:

.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Иогансен К.В. Спутник буровика: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1986. - 294с.

2.       Леонов Е.Г., Исаев В.И. Гидроаэромеханика в бурении. - М.: Недра, 1987.

.        Осипов П.Ф. Гидравлические и гидродинамические расчеты при бурении скважин: Учебное пособие/ П.Ф. Осипов. - Ухта: УГТУ, 2004. - 71 с.

.        Соловьев Е.М. Задачник по заканчиванию скважин: Учебное пособие для вузов. - М.: Недра, 1989. - 251 с.: ил.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Гидравлическая программа промывки скважины

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

График поля полных давлений для начала бурения

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

График поля полных давлений для конца бурения

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Листинг программы расчета на ЭВМ

'Вводим исходные данные

nu = 3.14: g = 9.81: Ln = 3000: Lk = 3600: Lpl = 3480: Lsl = 2800

Ppl = 41.8 * 10 ^ 6: Pgr = 37.8 * 10 ^ 6= 18 * 10 ^ 6: Pkdop = 3 * 10 ^ 6: k = .8: n = .55: Aobv = 3.4 * 10 ^ 5

'Геометрия труб и скважины

lubt = 240: D1 = .2159: D2 = D1: D3 = .225

lobs = 1800: dn1 = .1651: dn2 = .127: dn3 = dn2: dm1 = .1651= .0539: l01 = 9: lm1 = 0: km1 = 1.05: dm2 = .1778: dm3 = dm2= .00919: delta3 = delta2: l02 = 12.5: l03 = l02: lm2 = .45: lm3 = lm2= 1.15: km3 = km2: dv1 = dn1 - 2 * delta1: dv2 = dn2 - 2 * delta23 = dv2

'Рассчитываем плотность

DP = 3.5 * 10 ^ 6

kb = 1.05: ro = kb * Ppl / (g * Lpl) = ro * g * Lpl - Ppl: IF DP > DPd THEN PRINT "Репрессия на пласт

больше допустимой, задайте другое значение плотности": END"Расчетная плотность="; CINT(ro / 10) * 10; "м3/кг"

'Рассчитываем расход= .56: Fzab = nu * (D1 ^ 2) / 4: Q1 = qud * Fzab

v = .5: Fk = nu * (D1 ^ 2 - dn1 ^ 2) / 4: Q2 = v * FkQ1 > Q2 THEN Q = Q1 ELSE Q = Q2

LOCATE 1, 38"Рациональный расход равен"; Q; "м3/с"

'------------------Начало бурения---------------------

l1 = lubt: l3 = lobs: l2 = Ln - l1 - ltb - l3

'Рассчитываем потери внутри труб

' _УБТС_

dv = dv1: l = l1: km = km11= Pv"Pv1="; Pv1 / 10 ^ 6; "МПа"

' _EU_= dv2: l = (l2 + l3): km = km21= Pv"Pv2="; Pv2 / 10 ^ 6; "МПа"

GOTO 4

'Подпрограмма для вычисления потерь внутри труб

f(n) = (1 + 3 * n) ^ 2 / n * (1 / (2 + n)) ^ ((n + 2) / (n + 1))= 6464 / f(n)= nu * (Revkr * dv ^ (4 - 3 * n) * k * ((3 * n + 1) / n) ^ n / ro / 2 ^ ((7 -

* n)) ^ (1 / (2 - n))Q < Qvkr THEN 2 ELSE 3

Pv = 4 * k * l / dv * km * (8 * Q / nu / dv ^ 3 * ((3 * n + 1) / n)) ^ n:

RETURN

- ) * dv ^ n * ro / K= .3164 / Rev ^ .25: Pv = lam * l * ro * Km * v ^ 2 / 2 / dv: RETURN

4 'Рассчитываем потери в затрубном пространстве

' _УБТС_

D = D1: dn = dn1: l = l15= Pk"Pk1="; Pk1 / 10 ^ 6; "МПа"

' _Необсаженная часть EU_

D = D2: dn = dn2: l = l2

GOSUB 5= Pk"Pk2="; Pk2 / 10 ^ 6; "МПа"

' _Обсаженная часть EU_

D = D3: dn = dn3: l = l3

GOSUB 5= Pk"Pk3="; Pk3 / 10 ^ 6; "МПа" 8

' Подпрограмма для вычисления потерь в затрубном пространстве

f(n) = (1 + 2 * n) ^ 2 / n * (1 / (2 + n)) ^ ((n + 2) / (n + 1))= 4848 / f(n)= nu / 4 * (D ^ 2 - dn ^ 2) * (Rekkr * k * ((2 * n + 1) / n) ^ n / ro / 12 ^

(1 - n) / (D - dn) ^ n) ^ (1 / (2 - n))Q < Qkkr THEN 6 ELSE 7

Pk = 2 ^ (2 + 4 * n) * k * ((2 * n + 1) / n * Q / nu / (D + dn)) ^ n * l / (D - ) ^ (2 * n + 1): RETURN

Pkkr = 2 ^ (2 + 4 * n) * k * ((2 * n + 1) / n * Qkkr / nu / (D + dn)) ^ n * l /

(D - dn) ^ (2 * n + 1) = Pkkr * (Q / Qkkr) ^ 1.5: RETURN

' Потери в заколонном пространстве за замками

' _УБТС_

D = D1: dm = dm1: dn = dn1: lm = lm1: l = l1: l0 = l01

GOSUB 9= Pkm"Pkm1="; Pkm1 / 10 ^ 6; "МПа"

' _Необсаженная часть EU_= D2: dm = dm2: dn = dn2: lm = lm2: l = l2: l0 = l029= Pkm"Pkm2="; Pkm2 / 10 ^ 6; "МПа"

' _Обсаженная часть EU_= D3: dm = dm3: dn = dn3: lm = lm3: l = l3: l0 = l039= Pkm"Pkm3="; Pkm3 / 10 ^ 6; "МПа" 12

'Подпрограмма для вычисления потерь за замками

f(n) = (1 + 2 * n) ^ 2 / n * (1 / (2 + n)) ^ ((n + 2) / (n + 1))= 4848 / f(n)= nu / 4 * (D ^ 2 - dm ^ 2) * (Rekmkr * k * ((2 * n + 1) / n) ^ n / ro

/12 ^ (1 - n) / (D - dm) ^ n) ^ (1 / (2 - n))= 8 * Q ^ 2 * ro / nu ^ 2 / (D ^ 2 - dm ^ 2) ^ 2 * (1.25 + (D ^ 2 - dm ^

2) / (D ^ 2 - dn ^ 2) * (.75 * (D ^ 2 - dm ^ 2) / (D ^ 2 - dn ^ 2) - 2))PkmmQ < Qkmkr THEN 10 ELSE 11

Pkm = l / l0 * (2 ^ (2 + 4 * n) * k * ((2 * n + 1) / n * Q / nu / (D + dm)) ^

n * lm / (D - dn) ^ (2 * n + 1) + Pkmm): RETURN

Pkm = l / l0 * (Pkmm + .192 * Q ^ 2 * ro * lm / nu ^ 2 / (D - dm) ^ 3 /

(D+ dm) ^ 2): RETURN

Pobv = Aobv * ro * Q ^ 2"Потери давления в обвязке насосов="; CINT(Pobv * 100 / 10 ^

6) / 100; "МПа"= ro / 2 * (Q / ny / fd) ^ 2"Перепад давления на долоте"; CINT(Pd * 100 / 10 ^ 6) / 100;

"МПа"= Atb * ro * Q ^ 2"Перепад давления на турбобуре"; CINT(Ptb * 100 / 10 ^ 6) / 100;

"МПа"

Pv = Pv1 + Pv2: PRINT "Потери давления внутри труб="; CINT(Pv * 100

/ 10 ^ 6) / 100; "МПа"

Pk = Pk1 + Pk2 + Pk3 + Pkm1 + Pkm2 + Pkm3

PRINT "Потери давления за трубами и за замками="; CINT(Pk * 100 /

^ 6) / 100; "МПа"= Pk + Pv"Потери давления в циркуляционной системе (без долота и

турбобура)="; CINT(Pp * 100 / 10 ^ 6) / 100; "МПа"

Pn = Pp + Pobv + Pd + Ptb"Давление на насосе равно"; CINT(Pn * 100 / 10 ^ 6) / 100;

"МПа"

Полученные результаты:

Расчетная плотность= 1290 м3/кг

Статическая репрессия на пласт = 2.239МПа

Рациональный расход равен 22 л/с= 6.225212 МПа= 4.777287 МПа= .6457102 МПа

Pk2= .8889973 МПа

Pk3= 1.353835 МПа= 0 МПа= .2399901 МПа= .2722004 МПа

Потери давления в обвязке насосов= .212 МПа

Потери давления внутри труб= 11.002 МПа

Потери давления за трубами и за замками= 3.401 МПа

Потери давления в циркуляционной системе (без долота и турбобура=

.4 МПа

Давление на насосе равно 14.616 МПа