Выбор гидравлического забойного двигателя

 

ГЗД выбирают исходя из диаметра скважины, её профиля, момента для привода долота, расхода промывочной жидкости и забойной температуры.

Момент на валу ГЗД M (в рабочей области его характеристики) должен превышать расчётный момент привода долота M_д на 20%. Следовательно, между моментом на валу двигателя M и моментом на долоте M_д существует зависимость:

M = 1,2M_д

Величину момента на долоте M_д вычисляют через удельный момент M_у и силу осевого давления G_o, приложенную к долоту:

M_д = G_o·M_у

Удельный момент долота можно вычислить по формуле:

M_у=bD_д ² ,

где b - коэффициент, зависящий от диаметра долота;

D_д - диаметр долота, см;

k - коэффициент, зависящий от прочности породы (для мягких пород k = 3,3, для средних - k = 3,0, для твёрдых - k = 2,5);

n - частота вращения долота, об./мин.;

A - коэффициент, зависящий от частоты вращения долота (A = 200 при n 420 об./мин. и A = 150 при n < 420 об./мин.).

Диаметр долота, мм	215,9	295,3	393,7	490,0
Коэффициент b	0,28	0,16	0,10	0,08

 

Направление (0-300): бурение ведется роторным способом

Бурение под кондуктор (0-1150): используем турбобур ТО-240; ;

Рассчитаем фактическое значение момента на валу двигателя (турбобура), при заданном расходе

Перепад давления на ГЗД:

Удельный момент:

Момент на долоте:

 

Момент на валу ГЗД:

Бурение под эксплуатационную колонну (0-2745): используем турбобур 3ТСШ-172; ;

Рассчитаем фактическое значение момента на валу двигателя (турбобура), при заданном расходе

Перепад давления на ГЗД:

Удельный момент:

Момент на долоте:

 

Момент на валу ГЗД:

 

 

ПРОМЫВОЧНЫЕ ЖИДКОСТИ

Название (тип) раствора	Интервал	, м		Параметры бурового раствора
	от (верх)	до (низ)	плотность, кг/м^3	услов­ная вяз­кость, с	водо­отдача,	СНС, Па через, мин	корка, мм	содер­жание KCI, г/л	пласти­ческая вязкость, мПа-с	динами­ческое напря­жение сдвига, Па	РН
					см^3/30 мин
Полимерглинистый раствор			1160-1180	30-35	6-8	15-20	25-35	1-15	0,2	24		8-9
Полимеркарбонатный раствор			1120-1140	25-30	3-4	3-7	20-25	0,6	0,5-1,0			7,5-8

 

РАСЧЕТ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ КОЛОННЫ

Расчет расхода материалов

Рассчитаем объемы и количество материалов для приготовления цементных растворов.

Объем облегченного цементного раствора:

Vоцр = 0,785{(D_в² – D_н²)(H₀-h) + [(αD_д)² –D_н²](Нц – Н₀)} =

= 0,785{(0,229² - 0,168²)(1637 -1463)+ [(1,12*0,2191)² - 0,168²](3440 - 1637)} =23,34 м³

Количество цементной смеси, необходимой для приготовления 1 м³ облегченного цементного раствора определится как:

q = Роцр/(1 + m) = 1480/(1 + 0,7) = 870,6 кг/м³

Количество тампонажной смеси для приготовления всего объема облегченного цементного раствора:

Gтс = k_уV_оцрq 10^-3 = 1,05 • 870,6 • 23,34 10^-3 = 21,33 т

Объем воды для приготовления облегченного цементного раствора:

V_в = k_в m Gтс = 1,05 • 0,7 • 21,33 = 15,7 м³

Объем цементного раствора нормальной плотности:

Vцр = 0,785{[(αD_д)² –D_н²](Н – Н_ц) + D_в² h_ст} = 0,785{[(1,12* 0,2191)² - 0,168²](3868 - 3440) + 0,149²*10} = 10,9 м3

Расход цемента для приготовления 1 м3 цементного раствора (при водоцементном отношении 0,5):

q = Роцр/(1 + m) = 1860/(1 + 0,5) = 1240 кг/м³

Количество цемента для приготовления расчетного объема цементного раствора:

Gтс = k_уV_оцрq 10^-3 = 1,05 • 1240 • 10,9 10^-3 = 14,1 т

Объем воды для приготовления цементного раствора нормальной плотности:

V_в = k_в m Gтс = 1,05 • 0,5 • 14,1 = 7,4 м³

Объем продавочной жидкости составит (Dср =153 мм):

V_пр = k_сж 0,785 D_ср^{в 2} (H - hст) = 1,05 • 0,785 • 0,153² (3868 - 10) = 74,4 м³

Объем буферной жидкости при высоте ее столба в кольцевом пространстве 200м. составит:

V_бж = 0,785 {[(αD_д)² –D_н²]H_бж = 0,785[(1,12*0.2191)² - 0,168²] 200 = 5 м³

Гидравлический расчет цементирования

Для выбора типа цементировочных агрегатов рассчитаем максимальное давление на устье скважины в конце цементирования, его гидростатичекую и гидродинамическую составляющие.

Гидростатическая составляющая давления на устье в конце цементирования:

Рст = 10^-6g[(ρоцр - ρпр)(Hц –h) + (ρцр - ρпр)(H - Hц - hст)] =

= 10^-610[(1480 - 1140)(3440-1463) + (1860 - 1140)(3868 - 3440 - 10)] = 9,7 МПа

Суммарная производительность цементировочных агрегатов, участвующих в продавке цементного раствора для обеспечения турбулентного режима течения жидкости в затрубном пространстве (wкп = 1,8 м/с) должна составлять:

Q∑ = 0,785{[(αD_д)² –D_н²](wкп = 0,785[(1,12 0.2191)² - 0,168²]1,8 = 0,045 м³/с

Потери давления в трубах и кольцевом пространстве составят:

Pтр = 0,826 λтр ρпр L Q∑ ²10^-6 /D_в⁵ = 0,826•0,025•1140•3868•0,045²10^-6/0,153⁵= 2,2 МПа

Ркп = 0,826 λкп ρцр L Q∑ ²10^-6 /(Dс-Dн)³(Dс+Dн)² = 0,826•0,035•1573•3868•0,045²10^-6/((1,12 0,2191) - 0,168)³((1,12 0,2191) + 0,168)² = 4,6 МПа

Гидродинамическая составляющая давления на устье (примем Роб = 1 МПа):

Рдин = Pкп + Ртр + Роб = 2,2 + 4,6 + 1,0 = 7,8 МПа

Максимальное давление на устье в конце цементирования составит:

Рmax = Рст + Рдин = 9,7 + 7,8 = 17,5 МПа

По величине этого давления выбираем тип цементировочных агрегатов - ЦА 320. Максимальное давление этот ЦА может преодолеть на трех режимах. Исходя из анализа данных, учитывая необходимость некоторого запаса ЦА по давлению (2-3 МПа) и по максимальной производительности цементировочного агрегата для закачки продавочной жидкости в конце цементирования принимаем режим – диаметр втулки 125 мм, № скорости – 2, qца = 4,3 л/с, Рца = 19 Мпа.

Количество ЦА, участвующих в продавке цементного раствора, определится из выражения:

nца = Q∑ /qца = 45/4.3 ~ 11

В соответствии с принятым типом цементировочного агрегата выбираем тип цементосмесительных машин - 2СМН-20, т.к. водоподающий насос для приготовления цементного раствора находится на ЦА - 320, а на смесительной машине 2СМН-20 его нет.

Количество смесительных машин для размещения глиноцементной смеси:

nсм = Gтс/(a • Vб) = 21,33 /(1,2 • 14) ~ 2

Количество смесительных машин для размещения цемента:

nсм = Gтс/(a • Vб) = 14.1 /(1,4 • 14) ~ 1

На основании проведенных расчетов принимаем следующую схему обвязки цементировочной техники:

- на приготовлении и закачке облегченного цементного раствора - 2 смесителя и 2 ЦА 320;

- на приготовлении и закачке цементного раствора нормальной плотности - 1 смеситель и 1 ЦА 320;

- на закачке продавочной жидкости - 9 ЦА 320;

- на продавке и посадке разделительной пробки - 1 ЦА 320.

Общее количество цементировочной техники: 2СМН 20-3 шт., ЦА 320 - 12 шт.