Конструкция скважины в геологоразведочном производстве

Напорная линия: стояк диаметром 0,141 мм, буровой шланг с внутренним диаметром 0,1 м, вертлюг с условным диаметром проходного сечения 0,103 м, ведущую трубу с диаметром проходного сечения 0,074 м. Максимально допустимое рабочее давление напорной линии 19,6 Мпа, бурение ведется роторным способом, установлено два насоса БРН-1.
Плотность бурового раствора ρ=1090 кг/м3, реологические свойства раствора: τ0=2,2 Па, =0,014 Пас. Давление гидроразрыва на глубине 2930 м ргр=29,3 МПа.
Расчетные формулы:
1) Определение расхода промывочной жидкости:
(27)
где υ – скорость восходящего потока промывочной жидкости в м/с, Dскв и d – диаметр скважины и наружный диаметр бурильных труб, соответственно, м.
2) Режим течения промывочной жидкости:
Определяется скоростью потока, плотностью и реологическими характеристиками жидкостей, а также размерами канала. Область существования ламинарного режима течения воды и других вязких жидкостей определяется условием:
(28)
где Re – критерий Рейнольдса.
При промывке скважины водой критерий Рейнольдса рассчитывается по формулам:
— для бурильных (утяжеленных) труб:
(29)
где Q – объемный расход бурового раствора в м3/с, ρ – плотность промывочной жидкости, d0 – внутренний диаметр бурильных (утяжеленных) труб в м, – динамический коэффициент вязкости в Пас.
— для кольцевого пространства:
(30)
где D – диаметр скважины в м, d – внешний диаметр бурильных (утяжеленных) труб в м.
Если критерий Рейнольдса больше его критического значения Re > Rкр, то режим течения будет турбулентным, если меньше критического – ламинарный.
В случае если при промывке скважины используют вязкопластичную промывочную жидкость, в формулах (53) и (54) величину следует заменить на пластическую вязкость и определить режим течения промывочной жидкости.
При промывке скважин вязкопластичными буровыми растворами режим течения зависит от критерия Хедстрема:
— для бурильных труб:
(31)
где τ0 – динамическое напряжение сдвига в Па, — пластическая вязкость в Пас.
— для кольцевого пространства:
(32)
При Re > Reкр критическое значение критерия Рейнольдса можно определить по формуле:
(33)
где Не – критерий подобия Хедстермана.
3) Баланс давления:
(34)
где р0=(0,65-0,85)рmax – рабочее давление буровых насосов, рmax – максимальное (паспортное) давление бурового насоса, рм — потери давления в нагнетательном трубопроводе и элементах наземного оборудования, pб.к — потери давления в бурильной колонне, рк.п – потери давления в кольцевом пространстве, рд – потери давления в насадках долота, рдв – потери давления в забойном двигателе (из технической характеристики двигателя).
а) Потери в элементах наземного оборудования:
(35)
где — плотность промывочной жидкости в кг/м3, Q – расход промывочной жидкости в м3/c, ам – суммарный коэффициент гидравлических потерь в элементах обвязки.
(36)
где амi –коэффициент потерь в отдельных элементах циркуляционной системы (стояк, буровой шланг, вертлюг, ведущая труба).
б) Потери давления в бурильной колонне:
(37)
где рт – потери давления в гладкой части БТ, рубт – потери давления в УБТ, рзам – потери давления в замковых (муфтовых) соединениях.
— потери давления в бурильных трубах:
(38)
где λт(убт) – коэффициент гидравлического сопротивления , Li – длина i-го участка бурильной колонны (УБТ) в м, d0i – внутренний диаметр i-го участка бурильной колонны (УБТ) в м.
— потери давления в замках:
(39)
где n – число замковых соединения по длине колонны, — коэффициент гидравлического сопротивления замкового (муфтового) соединения.
(40)
где l – длина колонны бурильных труб, ln – длина одной секции.
(41)
где dmin – минимальный диаметр проходного сечения в высаженной части бурильной трубы, замковом соединении в м.
в) Потери давления в кольцевом пространстве:
(42)
где – потери давления в кольцевом пространстве (рассчитывается для обсаженной и необсаженной части ствола скважины раздельно), – дополнительные потери давления для преодоления местных сопротивлений в кольцевом пространстве.
— потери давления в кольцевом пространстве:
(43)
где λк.п. – коэффициент гидравлического сопротивления в кольцевом пространстве (определяется по графику зависимости λ от Re для буровых растворов в обсаженном и необсаженном кольцевом пространстве скважины), ρк.п. – плотность промывочной жидкости с учетом обогащения шламом (ρк.п. = ρ + [34%]ρ).
— дополнительные потери давления для преодоления местных сопротивлений в кольцевом пространстве:
(44)
где к.п. – сумма коэффициентов местных сопротивлений i в кольцевом пространстве скважины.
(30)
4) Оценка возможности гидроразрыва пластов:
Давление в циркуляционной системе скважины может вызвать гидроразрыв пластов, если это давление превышает давление гидроразрыва:
(31)
где ргд – гидравлическое давление на пласт, ргр – давление гидроразрыва,
(32)
где Н –глубина забоя скважины по вертикали в м.
5) Определение перепада давления и диаметров насадок гидромониторных долот:
Перепад давления на долоте:
(33)
Расчетный диаметр насадоки:
(34)
где Qд – действительный расход промывочной жидкости, z – число гидромониторных насадок в долоте, рд – перепад давления на долоте.
Расчет:
1) Определение расхода промывочной жидкости:
м3/с.
Для обеспечения расхода промывочной жидкости используются два насоса БРН-1 с диаметром втулок 140 мм:
Q0 = 20,018 = 0,036 м3/с,
Рабочее давление принимается равное 0,85:
р0 = 0,8514,6 = 12,4 МПа.
2) Режим течение промывочной жидкости:
— для бурильных труб и убт: