Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
0пределение давления нагнетания буровых насосов. Выбор насоса
Расход промывочной жидкости при бурении (подача насоса) должен обеспечивать полную очистку забоя от разрушенной породы и вынос ее на поверхность. При недостаточной промывке на забое происходит вторичное измельчение породы, что снижает скорость бурения и повышает износ породоразрушающего инструмента. Рассчитанный из условия обеспечения надежного выноса шлама из скважины расход промывочной жидкости обеспечивает также достаточное охлаждение породоразрушающего инструмента.
Расход промывочной жидкости:
, (VI.1)
где k - коэффициент, учитывающий неравномерность скорости потока по скважине из-за местной повышенной разработки стенок,. наличия каверн и др. (k=1,1-1,3); D - диаметр скважины или внутренний диаметр обсадных труб (обычно на устье), d - наружный диаметр бурильных труб, м; V - скорость восходящего потока промывочной жидкости в кольцевом пространстве скважины, м/с.
Обычно при определении расхода промывочной жидкости исходят из необходимости создания в кольцевом пространстве скважины такой скорости восходящего потока, при которой не допускается чрезмерное обогащение промывочной жидкости выбуренной породой, обеспечивается устойчивое транспортирование крупных частиц шлама.
В прикладных расчетах для определения потребного расхода промывочной жидкости при колонковом бурении можно воспользоваться выработанными практикой значениями скорости восходящего потока (табл. 27).
|
Таблица 27 |
|
Породоразрушающий инструмент |
Скорость восходящего потока, м/с |
|
Долота лопастные, пикобуры (в породах до IV-V категорий буримости) |
0,6-1,0 |
|
Шарошечные долота |
0,4-0,8 |
|
Твердосплавные коронки |
0,3-0,6 |
|
Алмазные коронки |
0,4-0,8 |
Большие значения скорости восходящего потока следует принимать при высоких скоростях бурения, когда в единицу времени образуется больше шлама, а также в случае применения буровых растворов повышенной вязкости, меньшие значения - в противоположных условиях, а также тогда, когда проходимые породы неустойчивы и легко размываются.
Давление, развиваемое насосом, должно быть достаточным для преодоления гидравлических сопротивлений и гидростатических сил в циркуляционной системе скважины при прокачивании жидкости в заданном количестве. Циркуляционная система включает в себя: обвязку насоса, бурильные трубы, кольцевое пространство, колонковый снаряд, породоразрушающий инструмент и другие, по которым протекает промывочная жидкость при бурении. Общее потребное давление, которое должен развивать насос:
,
где k - коэффициент, учитывающий необходимость запаса давления на преодоление дополнительных сопротивлений при зашламовании скважины, образовании сальников и т.п.(k=1,31,5); P1 - давление на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости в нагнетательном шланге, сальнике, ведущей трубе, бурильных и утяжеленных трубах, МПа; P2 - давление на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости в соединениях бурильной колонны, МПа; P3 - давление на преодоление сопротивлений при движении жидкости в кольцевом пространстве скважины, МПа; P4 - давление на преодоление сопротивлений в колонковом снаряде, коронке или долоте, МПа; P5 - давление, равное перепаду в гидроударнике в случае применения гидроударно-вращательного способа бурения, МПа.
1. Давление на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости в бурильных, утяжеленных трубах и в наземной обвязке рассчитывается по формуле, в основу которой положена формула Дарси-Вейсбаха:
,
где V1 - средняя по сечению канала потока скорость движения жидкости, м/с; - плотность жидкости, кг/м3; d1 - внутренний диаметр бурильных труб, м; l - длина бурильных труб, м; lэ - эквивалентная длина бурильных труб, потери давления на которой приравниваются к потерям давления в УБТ, ведущей трубе, сальнике и т. д., м; 1 - безразмерный коэффициент гидравлического сопротивления в бурильных трубах.
Значение коэффициента 1 зависит от характера движения потока, свойств жидкости, сечения канала потока и шероховатости его стенок.
При промывке скважины водой или другими маловязкими жидкостями (ньютоновскими) значение коэффициента 1 определяется по универсальной приближенной формуле А.Д. Альтшуля:
,
где Кш - гидравлическая или эквивалентная шероховатость, м (для новых стальных труб Кш = (0,020,07)10-3 м, для стальных труб с незначительной коррозией Кш = (0,20,5)10-3 м и для старых труб сильно корродированных Кш = 110-3 м); Dэ - эквивалентный диаметр канала потока, м (для внутреннего канала бурильных труб Dэ=d1); Re - параметр Рейнольдса, рассчитываемый по формуле (VI.2) или по следующей формуле:
,
где - кинематическая вязкость бурового раствора.
При промывке скважины глинистыми растворами или другими структурными жидкостями режим движения потока характеризуется обобщенным параметром Рейнольдса:
,
где ' - эффективная вязкость глинистого раствора, определяемая по формуле:
,
где - коэффициент структурной вязкости, Пас; 0 - динамическое напряжение сдвига, Па. При практических расчетах значение для нормальных глинистых растворов может быть принято в пределах 510-3210-2 Пас и 0 в пределах 210 Па.
При значениях Re'<20003000 величина коэффициента 1 рассчитывается по формуле Стокса:
При значениях Re'>20003000 величина коэффициента рассчитывается по формуле Р.И. Шищенко:
.
При значениях Re'>50000 можно считать 1=const и значение коэффициента принимать равным 0,02.
Эквивалентная длина lэ бурильных труб:
,
где lУБТ, lш, lв, lс - длина УБТ, нагнетательного шланга, ведущей трубы, сальника и т.д., м; dУБТ, dш, dв, dс, - внутренний диаметр УБТ, нагнетательного шланга, ведущей трубы, сальника и т.д., м.
2. Давление на преодоление гидравлических сопротивлений при движении промывочной жидкости в соединениях бурильной колонны:
,
где n - число соединений в колонне бурильных труб; — безразмерный коэффициент местного сопротивления, рассчитываемый по формуле Б.С. Филатова:
,
где d0 - диаметр наименьшего проходного канала в соединениях, м; а - опытный коэффициент, принимаемый равным 2 для труб муфтово-замкового соединения и 1,5 - для ниппельного соединения.
3. Давление на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости в кольцевом пространстве может быть приближенно рассчитано по следующей формуле:
,
где V - скорость восходящего потока промывочной жидкости, м/с; ρ'—средняя плотность жидкости, обогащенной шламом, кг/м3; для осуществления качественной очистки забоя плотность жидкости в восходящем потоке не должна быть выше плотности в нисходящем потоке более чем на 3%; Dэ - эквивалентный диаметр канала потока, м; Dэ=D-d; l - длина скважины, м; λкп - безразмерный коэффициент гидравлического сопротивления в кольцевом пространстве.
При промывке скважины водой и другими маловязкими жидкостями коэффициент λкп может быть рассчитан по формуле Блазиуса:
,
где .
При промывке скважины глинистым раствором или другими структурными жидкостями λкп рассчитывается по формуле Р.И. Шищенко, справедливой в интервале Re'кп=120010000:
.
При малых значениях Re'кп<1200 для расчета λкп можно воспользоваться формулой Е.М. Соловьева:
.
4. Давление на преодоление гидравлических сопротивлений в колонковом снаряде и коронке (или долоте), как правило, не рассчитывается, а принимается на основании практических данных в зависимости от длины колонкового снаряда, наличия керна, расхода и свойств промывочной жидкости. Для практических расчетов можно принимать P4 в пределах 0,10,35 МПа.
5. Перепад давления в гидроударнике принимается в соответствии с технической характеристикой (прил. 5).
Современное алмазное бурение характеризуется малыми зазорами между стенкой скважины и колонной бурильных труб, особенно при работе снарядами ССК, высокими частотами вращения бурового снаряда. В этих условиях характер потока промывочной жидкости и гидравлические сопротивления при движении в кольцевом пространстве скважины зависят также от частоты вращения колонны бурильных труб.
Для случая высокочастотного алмазного бурения с промывкой водой, полимерными растворами, водомасляными эмульсиями, водными растворами NaCl и CaCl2 предложена И.А. Запеваловым и В.М. Бухаловым методика расчета потерь давления в кольцевом пространстве с учетом вращения колонны бурильных труб.
Давление на преодоление гидравлических сопротивлений в кольцевом пространстве рассчитывается в целом по формуле, но расчет безразмерного коэффициента сопротивлений производится следующим образом:
,
где ω - окружная скорость вращения поверхности колонны бурильных труб, м/с; , n - частота вращения колонны бурильных труб, об/мин; λ - коэффициент гидравлических сопротивлений при отсутствии вращения колонны, в данном случае вычисляемый по формуле:
,
где Кш - для алмазного бурения и стальных бурильных труб принимается равным 0,03ּ10-3 м.
Давление на преодоление гидравлических сопротивлений в нисходящем потоке внутри бурильных труб в меньшей степени зависит от вращения бурильных труб и рассчитывается обычным методом по формулам.
Проверочные расчеты подачи насоса и давления нагнетания производятся с целью определения пригодности бурового насоса для бурения скважины в конкретных условиях бурения, входящего в комплект бурового агрегата, выбранного для бурения на основании применяемого способа бурения и конструкции скважины. Техническая характеристика буровых насосов, применяемых в настоящее время на геологоразведочных работах, приведена в прил.4.