ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.04.2024
Просмотров: 88
Скачиваний: 0
долотных насадках режим течения, как правило, турбулентный (при количествах жидкости, применяе
мых при бурении). |
В кольцевом пространстве для |
|
глинистых растворов |
режим течения может быть как |
|
турбулентный, так |
и |
структурный — подобный лами |
нарному для вязких жидкостей. При структурном ре жиме течения жидкости потери давления изменяются прямо пропорционально ее расходу. При этом потери давления значительно зависят от структурной вязкос ти т) и динамического напряжения сдвига глинистого раствора т0 [36]. Они могут быть в несколько раз больше потерь давления воды при том же расходе жидкости.
Исследованиями Р. И. Шищенко [36] и других на основании теории течения вязко-пластичных жидкос тей показано, что расчет потерь давления в трубах при прокачивании как воды, так и глинистых раство ров следует производить по формуле Дарси
Рт= |
82,6Х § |
L = аtTQ2L, |
(63) |
||
где Рг — потери давления |
в трубах, amu; |
|
|||
X— безразмерный |
коэффициент сопротивления, |
||||
зависящий |
от |
числа Рейнольдса Re и шеро |
|||
ховатости |
стенок |
труб; |
|
||
Q — расход жидкости, л/сек; |
|
||||
f — удельный |
вес жидкости, г/сж3; |
|
|||
D — внутренний |
диаметр трубы, см; |
|
|||
L — длина трубы, м. |
|
раз |
|||
При турбулентном |
|
режиме течения жидкости |
|||
личается две области: переходная и квадратичная. |
|||||
В переходной области |
X зависит от шероховатости |
||||
стенок труб и числа |
Рейнольдса, а в квадратичной — |
||||
практически от числа |
Рейнольдса не зависит. |
|
|||
115
Исследованиями установлено, что при течении во ды в бурильных трубах приходится иметь дело только с квадратичной областью, а для глинистых растворов квадратичная область начинается обычно сразу с пе реходом к турбулентности (за исключением малокон центрированных растворов, где наблюдается некоторое снижение Xс увеличением Re в турбулентной области). Это дает возможность определить X как для воды, так и для глинистых растворов в зависимости только от эффективной шероховатости стенок труб по формуле
_ |
0,0121 |
(64) |
~ |
ß 0 ,226 |
При структурном режиме течения величина X с до статочной точностью определяется по формуле
X М
R e ’
Для определения режима течения глинистого рас твора вычисляется критерий механического подобия по тока Ne или обобщенный критерий Рейнольдса Re, предложенный Р. И. Шищенко,
jDvт
|
|
|
1+ |
öto ’ |
(65) |
|
|
|
6грт |
|
|
где у, |
VJ, т0 — соответственно |
удельный вес, г/см3, |
|||
|
структурная |
вязкость, пуазы, динами |
|||
|
ческое напряжение сдвига, дн/см2\ |
|
|||
|
D — внутренний |
диаметр трубы, см\ |
|
||
|
С’т — скорость |
движения жидкости в тру |
|||
|
бах, см/сек; |
|
|
|
|
|
g — ускорение земного притяжения, см/сек2. |
||||
Значения Re < 3000 |
соответствуют структурному |
||||
режиму, |
а значения Re > |
3000 — турбулентному. |
|
||
116
Согласно исследованиям Б. С. Филатова [31] при турбулентном режиме течения жидкости в трубах X следует принимать:
Для воды |
|
0,017 — 0,020 |
|
Для |
глинистого раствора с удель |
||
|
ным весом до |
1,15 |
0,02 — 0,025 |
Тоже, |
1,15 — 1,25 |
0,018 — 0,02 |
|
Для |
утяжеленного глинистого |
||
|
раствора |
|
0,015 — 0,024 |
Потери в обвязке насосов, утяжеленном низе, верт люге и шланге определяются по формуле (63). Обычно определяется длина участка бурильных труб, в которой потери давления эквивалентны потерям в манифольде, утяжеленном низе, вертлюге, шланге, а затем по фор муле (63) определяются общие потери в манифольде.
Эквивалентная длина определяется из условия, что потери давления в трубах обратно пропорциональны пятой степени диаметра труб, по формуле
£эк = |
, |
(66) |
где Lx и Dx — соответственно длина и диаметр обвязки, утяжеленного низа, вертлюга, шланга.
Следовательно, общая эквивалентная длина труб будет равна
7-эк — L q -[- Lm -f- L b -f- Ly, н-
Потери давления в кольцевом пространстве опреде ляются по аналогичным формулам:
Рк — 82,6 Хк |
Q2L |
(67) |
|
(DCK-D„r(DCK+ DH)2 ’ |
|||
Re = - |
7 ( ° с к - - ° н К |
(68) |
|
Фск - Dn) т0 |
|||
gV |
|
||
1+ |
|
117
где De« и DH— соответственно диаметр скважины и на ружный диаметр бурильных труб;
ѵк — скорость потока в кольцевом простран стве, равная
ѵ .. = ____ 1Q— .
Здесь Q — количество прокачиваемой жидкости, см3/сек. Наступление турбулентного режима происходит при
значениях Re, вычисленных по формуле (68).
При структурном режиме течения шероховатость стенок скважины не влияет на величину потерь дав ления, поэтому коэффициент Хк можно приближенно определить по формуле
14,6
(69)
Re0’9
При турбулентном режиме течения возможно вли яние шероховатости стенок скважины на потери дав ления, что, вероятно, подтвердится дальнейшими ис следованиями в этой области.
На основании опытов Е. М. Соловьева [25] прини мают приближенно значения Хк = 0,02 — 0,025 как для обсаженной, так и для необсаженной части скважины.
Потери давления в соединениях бурильных труб опре деляются по формуле Бордо-Карно, которая имеет вид
Q2L _ |
6,7 • 10-2£fQ2L |
<vrQ2L, |
(70) |
Ра — 0,833?; dH3 ~~ |
d* |
где %— коэффициент местных сопротивлений (табл. 14) для существующих труб;
L — длина колонны бурильных труб, м\
13— расстояние между замками, обычно равное 12,5; d — внутренний диаметр замка, м.
118
Номинальный размер бурильных труб D,
дюйм
Толщина стенки труб б, мм
|
|
|
Таблица 14 |
Внутренний |
Наименьшее |
Коэффициент |
|
диаметр зам |
сечение |
замка |
местных со |
ка d, мм |
d\ , |
мм |
противлений |
4 |
8 |
152,3 |
127,0 |
0,378 |
9 |
150,3 |
127,0 |
0,319 |
|
8 |
И |
146,3 |
118,0 |
0,578 |
|
8 |
125,3 |
101,0 |
0,578 |
5Ю |
9 |
123,3 |
101,0 |
0,477 |
|
И |
119,3 |
91,0 |
0,477 |
41 |
8 |
98,3 |
78,0 |
0,961 |
42 |
10 |
94,3 |
70,0 |
1,182 |
з» |
9 |
71,0 |
49,0 |
2,420 |
32 |
11 |
67,0 |
45,0 |
2,962 |
4 |
9 |
55,0 |
30,0 |
11,10 |
|
|
|
|
|
Потери давления в насадках долота определяются |
||||
по формуле |
|
Ря = а^ѵ20, |
|
|
|
|
|
||
или, подставив |
значение ѵ0, получим |
|
||
|
|
о |
|
(71) |
где Q— количество |
|
|
||
прокачиваемой через долото жид |
||||
кости, л/сек; |
промывочных отверстий |
|||
п и d0— количество |
и диаметр |
|||
в долоте; |
площадь |
отверстий в долоте, см2. |
||
2 — суммарная |
||||
Таким образом, общие потери в скважине |
можно |
|||
119
представить [40] при роторном бурении следующим выражением:
Ра = («1 + |
ТQ2, |
(72) |
|
а при турбинном бурении |
|
|
|
Ра = (Tip + |
а-х + |
<*2L) ТС?2, |
(73) |
где (Xj — коэффициент потерь, зависящий от длины ко лонны, т. е.
82,6ХТ |
+ , |
82.6Х,, |
+ |
|
-f" <*к -f- а з — |
£>5 |
H)3 (DCK+ DHY |
||
|
(DCK- D |
|
||
+ |
6,7 • |
IO"2 |
|
(74) |
d4 |
|
|||
аа — коэффициент потерь, не зависящий от длины ко лонны бурильных труб:
*2 = КМ “Ь а у.н |
а д! |
а м = а 0 + а ш “Ь а в |
а кв ) |
Ар — коэффициент перепада давления в турбобуре. При ориентировочных расчетах для определения значений коэффициентов 04 и а2 можно также восполь зоваться усредненными данными (табл. 15, 16, 17 и 18), полученными в результате обработки эксперимен
тальных исследований Б. И. Мительманом [20].
Пример. Определить гидравлические потери в системе при «следующих данных: глубина скважины L = 2000 м; диаметр сква жины DCK= 243 мм (долото № 10); уширение скважины не учи
тывается; |
наружный |
диаметр бурильных труб DB= 141 мм, внут- |
||
іреншй диаметр D = |
125 мм с замками ЗШ; утяжеленные трубы |
|||
длиной |
н = 50 м, |
внутренним диаметром Dy н = 80 мм |
(DH= |
|
= |
178 мм); рабочая труба длиной Ікв — 16 м, диаметром DKB= |
|||
= |
90 мм; |
манифольд длиной 7М= 30 м, диаметром DM= 90 |
мм; |
|
'буровой шланг длиной /ш = 18 м, диаметром 7>щ = 75 мм; верт-
.люг имеет длину ствола /в = 2 м, диаметр DB = 75 мм; турбобур
320
