Файл: Технология бурения вертикальной скважины глубиной 4220м на Самотлорское месторождении.docx

7.3 Расчет промывки скважины

Расход бурового раствора (очистного агента) Q, являясь одним из главнейших параметров режима бурения, оказывает большое влияние на технико-экономические показатели бурения, на успех проходки скважин, особенно при бурении в осложненных условиях.

Технологически необходимый расход очистного агента определяется из условий очистки ствола скважины и забоя скважины для последнего интервала бурения 2950-4220 м.

7.3.1 Из условия очистки ствола скважины

Выполнение условия очистки ствола скважины определяется следующими расходами:

1. Расход, обеспечивающий необходимую скорость восходящего потока для достижения своевременной, бесперебойной и качественной очистки ствола скважины, Q₁ л/с (7.2):

, (7.2)

где υ_min – минимальная скорость восходящего потока, при которой в данном районе работ не возникает осложнений, связанных с неудовлетворительной очисткой ствола скважины, дм/с;

k_к – коэффициент кавернозности (уширения ствола скважины), k_к=1,1;

D_д– диаметр долота, дм;

d_н.б.т. – наружный диаметр бурильных труб, дм.

Практикой установлено, что в большинстве случаев бурение идет нормально, если υ_min=913 дм/с (0,9–1,3 м/с) при бурении в глинах, глинистых сланцах и песках и 7–10 дм/с (0,7–1,0 м/с) при разбуривании скальных пород.



2. Расход, обеспечивающий вынос частиц без переобогащения раствора частицами выбуренной породы (шламом), Q₂, л/с (формула В.С. Федорова) (7.3):

, (7.3)

где γ_п, γ_ж, γ – удельные веса соответственно: разбуриваемой породы, раствора в кольцевом пространстве (выходящего из скважины) и раствора закачиваемого в бурильную колонну, гс/см³;

υ_мех – механическая скорость бурения

---

, υ_мех = 1 см/с;

d_п – расчетный диаметр частицы, т.е. наибольший диаметр частиц, составляющих основной объем шлама, см. Для нешарообразных частиц под d_п понимается диаметр шарообразной частицы, равновеликой по объему данной частице (d_п=0,5 см);

k – коэффициент, зависящий в основном от формы частиц (для частиц, имеющих форму шаров и кубиков, при промывке глинистым раствором k равен соответственно 40 и 32; при промывке водой для шаров, правильных многогранников и кубиков k равен соответственно 50, 40 и 30);

а – коэффициент стеснения потока в кольцевом пространстве, величина которого принимается в пределах 1–1,14;

λ' – коэффициент, учитывающий винтообразное движение жидкости при роторном бурении. Принимается (по данным В.С. Федорова) в пределах от 1,25 до 1,27. При бурении забойными двигателями λ'=1;

F_з – площадь забоя, см²,



F_ф – фактическая площадь кольцевого пространства, см²,



Обогащение бурового раствора можно допускать в следующих пределах:

- при возможности постоянно разбавлять глинистый раствор γ_ж–γ=0,02 0,03, г/см³;

- при возможности периодически разбавлять раствор водой
γ_ж–γ=0,010,02, г/см³;

- при невозможности разбавлять раствор водой γ_ж–γ ≤ 0,01, г/см³.

Тогда:



3. Расход, обеспечивающий турбулентный режим движения раствора в кольцевом пространстве, Q₃, л/с:

, (7.4)

где D_c – диаметр скважины, см;

d_н.б.т. – наружный диаметр бурильных труб, см;

(Re*_к.п.)_кр – критическое значение обобщенного параметра Рейнольдса (при отсутствии уточненных данных следует принимать (Re*_к.п.)_кр=12008000, чем больше принятая численная величина, тем вероятнее турбулизация потока);

τ₀ – динамическое напряжение сдвига раствора, г/см

---

²;

g – ускорение свободного падения, см/с²;

γ – удельный вес глинистого раствора, г/см³.

---

7.3.2 Из условия очистки забоя скважины

4. Расход, обеспечивающий требуемое давление струи на забой, Q₄, л/с:

, (7.5)

где е₀ – число промывочных отверстий долота;

f₀₁ – площадь одного отверстия, м²;

Р₃ –требуемое давление струи на забой, кгс/м²; Р₃=56 кг/см²=(5–6)∙10⁴ кгс/м²;

g – ускорение свободного падение, м/с²;

ρ – плотность бурового раствора, кг/м³;

φ – угол поворота отраженной струи (90º<φ<180º), можно принять φ=120º;

β₀ – угол наклона оси отверстия к вертикали, (можно принять
β₀ =45º);

λ₀ – коэффициент, учитывающий уменьшение давления на оси струи с увеличением расстояния от выхода из насадки (7.6),

, (7.6)

здесь а_с – коэффициент расширения струи (при отсутствии уточненных данных величина а_сдля ходовых типов насадок может быть принята равной 0,3–0,35; для насадок без скругления и для круглых долотных отверстий без насадок а_с=0,40,45);

m – отношение расстояния от выхода из насадок до забоя к диаметру выходного отверстия насадок (для разных диаметров долот принимается в пределах 8–15), можно принять 10.

4

Применяемое в интервале долото 161,0 SV313 S29 будем использовать с семью стандартными насадками с диаметром выходного отверстия d=12,7 мм.



Получим:



5. Расход, обеспечивающий достаточную подачу очистного агента на единицу площади забоя Q₃, л/с :

, (7.7)

где q – требуемый удельный расход, л/с∙см²;

F₃ – площадь забоя, см².

Опытом бурения установлено, что максимальный удельный расход раствора, превышение которого уже не ведет к

---

заметному росту механической скорости проходки, при бурении всеми типами долот, кроме фрезерных и алмазных, составляет 0,057–0,065 л/с∙см².



Для обоснованного выбора потребного расхода очистного агента определяем величину Q,исходя из всех рассмотренных технологических условий Q₁, Q₂, Q₃, Q₄ и Q₅, и выявляем наибольшее значение Q_макс = Q₄ = 18 л/с. В конкретных проектируемых условиях бурение с расходом Q_макс не создает технических трудностей, кроме того, выполняются все рассмотренные технологические условия.

7.4 Потери давления (напора) в циркуляционной системе буровой установки.

В процессе бурения с ЗД при прокачке технологически необходимого расхода Q=31,2 л/с бурового раствора возникнут суммарные потери давления (напора) Р_, кгс/см², определяемые по формуле (7.8).

, (7.8)

где Р_М – потери напора при движении бурового раствора в наземных трубопроводах от насосной части до колонны бурильных труб, включая стояк в буровой, буровой шланг, а также вертлюг и ведущую трубу (в наружной обвязке буровой – манифольде);

Р_БТ – потери напора при движении бурового раствора в бурильных трубах и замковых соединениях (зависят от глубины скважины);

Р_к.п. – потери напора при движении бурового раствора в затрубном кольцевом пространстве скважины (зависят от глубины скважины);

Р_д – потери напора при движении бурового раствора через промывочные отверстия бурового долота;

Р_ЗД – потери напора в забойном двигателе.

Р_М, Р_д, Р_ЗД – не зависят от глубины скважины, а Р_БТ и Р_к.п. увеличиваются с глубиной скважины.

Р_ = 5,1 + 170 + 25,9 + 8,5 + 40  249 кгс/см² = 24,9 МПа.

1. Потери напора в манифольде Р_М, кгс/см² (7.9):

, (7.9)

где λ – безразмерный коэффициент гидравлических сопротивлений при движении в трубах (

---