Обоснование расхода бурового раствора

 

Расход промывочной жидкости Q, м³/с, следует проектировать так, чтобы технология углубления скважины принятым способом осуществлялась в заданном режиме. В общем случае проектная величина Q должна находиться в пределах

Q_min £ Q £ Q_max, (31)

где Q_min, Q_max – граничные значения в конкретных условиях величины Q.

Согласно методике [9] определяется расход, обеспечивающий хорошую очистку забоя от выбуренной породы, Q_min . Затем определяется значение технологически необходимого расхода Q_тн .

Величина Q_min, м³/с , находится по формуле

Q_min = V_кп · F_кп , (32)

 

где V_кп - скорость восходящего потока промывочной жидкости в кольцевом пространстве, м/с,

F_кп - площадь поперечного сечения кольцевого пространства, м².

, (33)

где V_в - скорость витания частиц шлама, м/с.

, (34)

где 5,72 - учитывает постоянную Риттингера и скорость подъема частицы в потоке жидкости.

d_ш - диаметр частиц шлама, м,

r_гп - плотность горной породы (таблица 3), кг/м³,

r₁ - плотность бурового раствора (таблица 17), кг/м³.

Величина F_кп определяется из выражения

, (35)

где D_СКВ - средний диаметр скважины, м,

d_ср.тр. - средний внешний диаметр бурильной колонны, м.

, (36)

, (37)

где d_{н.ст.тр.} , d_Н.ЛБТ , d_Н.УБТ – соответственно наружные диаметры стальных, легкосплавных, утяжеленных бурильных труб (пункт 2.11),

К – коэффициент кавернозности.

Величину технологически необходимого расхода промывочной жидкости, удовлетворяющую требования процесса углубления скважины определяем по формуле

, (38)

где Р_max - максимальное давление на выкиде бурового насоса, МПа,

Р_ГД - перепад давления в промывочном узле долота, МПа,

Р_ОЧ - давление, необходимое для очистки забоя от выбуренной породы, МПа,

а_i - коэффициент гидросопротивлений, не зависящий от глубины скважины или от длин секций бурильной колонны, м^-4,

b_i , b_j - коэффициенты гидросопротивлений, зависящих от глубины скважины и длины секций, м^-5,

l_i , l_j - длины секций бурильной колонны с разными диаметрами и толщинами стенок труб (пункт 2.11), м,

r₁ , r₂ - плотность промывочной жидкости внутри бурильного инструмента и в заколонном пространстве, кг/м³.

, (39)

где F_р - площадь, на которую действует гидравлическая нагрузка, м²,

G_ср - средняя осевая нагрузка на долото по интервалу (таблица 30), кН,

G_ВР - вес вращающихся деталей двигателя с учетом архимедовой силы, кН,

Т_П - осевая нагрузка на пяту турбобура, кН,

Р_Т - перепад давления в турбобуре, МПа.

, (40)

где d_ср - средний диаметр турбинок, м.

, (41)

где G_З - вес забойного двигателя, кН,

в - коэффициент, учитывающий Архимедову силу.

, (42)

где r_ст - плотность материала труб В, =7800 кг/м³.

, (43)

где V_М – механическая скорость бурения, м/с.

, (44)

где N_ОЧ - мощность для очистки забоя от выбуренной породы, Вт;

Рассчитывается по формуле

, (45)

где Н – глубина скважины, м.

, (46)

где - соответственно учитывают сопротивления в манифольде и стояке (при наружном диаметре 140 мм), буровом шланге (диаметр проходного сечения 80 мм), вертлюге (диаметр пр. сечения 80 мм), ведущей трубе (сторона квадрата 140 мм) и долоте. а_д = 0.

, (47)

, (48)

где d_В – внутренний диаметр труб, м,

d_Н - наружный диаметр труб, м.

Определяем Q_min и Q_ТН для интервала 40 - 700 м.

Исходные данные для расчета: d_ш = 0,006 м, d_Н.УБТ = 0,178 м, d_Н.ЛБТ = 0,147 м, d_н.ст.тр = 0,127 м,V_М = 0,013 м/с, d_ср = 0,15 м, Р_Т = 5,4 МПа, Т_П = 20 кН,

G_ср = 43,72 кН, К = 1,25, d_Д = 0,2953 м, r₁ = 1170 кг/м³, r_гп = 2020 кг/м³.

Определим Q_min

м/с,

м/с,

м,

м,

м²,

Таким образом

Q_min = 0,54 · 0,0891 = 0,042 м³/с = 42 л/с.

Теперь найдем Q_ТН .

м²,

G_З = m_З · g = 1991 · 9,81 = 19,53 кН,

кг/м³,

,

кН,

МПа,

кВт,

МПа.

Используя приложение 1 методических указаний [9] находим a_i

м^-4,

м^-5,

м^-5,

м^-5,

м^-4,

м^-5,

м^-5,

м^-5,

м^-4.

Расчет максимальной величины давлений на выкиде буровых насосов приведен в пункте 2.10.4.

м³/с = 44л/с.

Для последующих интервалов расчет Q_min и Q_ТН ведется аналогично. Исходные данные и результаты расчета приведены в таблице 31.

Таблица 31 - Данные для расчетов расхода бурового раствора по интервалам и результаты вычисления

 

Интервал по вертикали (по стволу), м	r1, кг/м3	r2, кг/м3	РОЧ, МПа	РТ, МПа	РГД, МПа	Рmax, МПа	Qmin, м3/с	QТН, м3/с
0-40 40-700(705) 700(705)-975(984) 975(984)-1740(1756) 1740(1756)-1990(2585)			- 0,19 0,26   0,5   0,56	- 5,4 3,9   3,9   6,1	- -1,81 0,855   0,953   0,408	- 5,98 7,97   8,81   11,55	0,063 0,042 0,021   0,018   0,017	- 0,044 0,037   0,030   0,030

 

Определяем гидравлическую мощность насосов по формуле из [12]

, (49)

Пример: интервал 40-705 метров.

кВт.

Аналогично ведется расчет мощности буровых насосов при бурении других интервалов.

Исходя из гидравлических мощностей насосов по справочнику [11] выбираем два буровых насоса типа УНБ-600. Запроектированный режим работы выбранных буровых насосов сводим в таблицу 32.

 

Таблица 32 - Режим работы буровых насосов

 

Интервал бурения, м	Nг, кВт	Количе-ство насосов, шт	Режим работы буровых насосов
диаметр цилиндровых втулок, мм	допустимое давление, МПа	число двойных ходов	произво-дитель-ность, л/с
0-40	-		170×170×170	14,5
40-700(705)			170×170×170	14,5
700(705)-975(984)			170×170×170	14,5
975(984)-1740(1756)
1740(1756)-1990(2585)