Гидравлический расчет промывки скважины

Расход промывочной жидкости оказывает существенное влияние на механическую скорость бурения, проходку на долото, чистоту и состояние ствола скважины.

Выделим основные функции промывочной жидкости:

- очистка забоя скважины от шлама;

- вынос шлама на поверхность;

- обеспечение работы ГЗД в технологически необходимом режиме при турбинном бурении.

Произведем расчёт оптимальной величины расхода промывочной жидкости для обеспечения выполнения каждой функции:

Расход промывочной жидкости должен быть таким, чтобы частицы разрушенной породы, образованные каким-либо элементом породоразрушающего инструмента (долота) удалялись до начала воздействия следующего элемента. Однако в реальных условиях обеспечить совершенную очистку забоя от шлама не возможно из-за влияния множества факторов.

Расчётную величину расхода промывочной жидкости, обеспечивающей качественную очистку забоя скважины от шлама, вычисляют по формуле: Qз=qFз,

где значения удельного расхода q следующие:

q=0,5-0,7 , для бурения с использованием ГЗД;

q=0,35-0,50 , для бурения с использованием ротора.

Рассчитаем расход промывочной жидкости для бурения с использованием ГЗД.

Примем q=0,6

При бурении под направление 1(0-10):

Бурение идет шнековым долотом

При бурении под направление 2(10-30):

При бурении под кондуктор(30-165):

При бурении под техническую колонну(165-665):

При бурении под эксплуатационную колонну(665-2308):

На процесс выноса шлама с забоя на поверхность влияют ряд факторов:

- режим течения промывочной жидкости в кольцевом пространстве;

- концентрация шлама в жидкости;

- размер и форма частиц выбуренной породы;

- положение бурильной колонны относительно оси скважины;

- геометрическая форма ствола скважины;

- устойчивость горных пород к воздействию жидкости;

- склонность горных пород к потере устойчивости и т.п.

Минимальная величина скорости u_{ki min} восходящего потока в i-м интервале кольцевого пространства ствола скважины, при которой начинается транспортировка частиц шлама на поверхность, должна быть не ниже скорости uv свободного падения этих частиц в неподвижной жидкости.

Величину минимальной скорости v_{кп min} восходящего потока промывочной жидкости принимают на основании опытных данных, либо вычисляют через скорость v_кп свободного падения (витания) частиц шлама. Кроме того, расчёт скорости восходящего потока промывочной жидкости в i-м интервале кольцевого пространства может быть произведён по формуле Фуллертона:

v_кп = ,

где Dд – диаметр долота, мм; ρ – плотность промывочной жидкости, кг/м3; vкп – средняя скорость восходящего потока в кольцевом пространстве, м/с.

Тогда расход промывочной жидкости, обеспечивающей вынос шлама из i-го интервала кольцевого пространства, находят по формуле:

Вычисляя расход промывочной жидкости необходимо учитывать и её реологические свойства. При использовании вязко-пластичных жидкостей (ВПЖ) предпочтительным является расход, при котором имеет место структурный режим течения. Обусловлено это тем, что в центральной части сечения кольцевого пространства эпюра распределения скорости является более благоприятной для выноса шлама.

Если принятое значение расхода приводит к размыву стенок скважины, или значительному росту давления на её забой (вследствие увеличения гидравлических потерь в кольцевом пространстве), то расход необходимо ограничить до минимально допустимого или повысить вязкость промывочной жидкости.

Произведем расчет величины расхода промывочной жидкости для обеспечения вынося шлама на поверхность.

При бурении под направление 1(0-10): т.к. бурение ведется шнековым долотом, то скорость свободного падения частиц шлама считать не будем.

При бурении под направление 2(10-30):

При бурении под кондуктор(30-165):

 

При бурении под техническую колонну(165-665):

При бурении под эксплуатационную колонну(665-2308):

Выполнив расчёты по обоснованию расхода промывочной жидкости производят сравнение полученных результатов и в последующих расчётах принимают большую (из двух) величин расхода. Определим величины расхода промывочной жидкости для каждого интервала:

- для направления 2: Q= ;

- для кондуктора: Q= ;

- для технической: Q=

- для эксплуатационной колонны: Q= ;

Исходя из данных величин расхода, определяем подачу насосов:

,

где n-число насосов;

m-коэффициент наполнения, m=0,8-1,0;

Qт.н.- теоретическая подача насоса.

 

Определим подачу насосов для каждого интервала при m=1:

- для направления 2: при dвт=160 мм;

- для кондуктора: при dвт=160 мм;

-для технической колонны: при dвт=140мм;

- для эксплуатационной колонны: при dвт=120 мм;