Файл: Элияшевский, И. В. Типовые задачи и расчеты в бурении учеб. пособие.pdf

Г л а в а III

ПРОМЫВКА СКВАЖИН

ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ И ВИДА ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ

Каждая промывочная жидкость имеет свои границы применения, которые зависят главным образом от геологических условий буре­ ния, а именно: пластового давления вскрытых скважиной горизон­ тов, устойчивости пород, слагающих эти горизонты, минерального состава разбуриваемых пород.

Механическая скорость проходки, эффективность и долговечность работы бурового оборудования увеличиваются с ростом подвижности промывочного агента. С этой точки зрения основные промывочные агенты можно расположить в следующем порядке: газ, вода, глини­ стые растворы. Однако с точки зрения универсальности и объема применения они располагаются в обратном порядке: глинистые рас­ творы, вода, газ.

Естественные глинистые растворы, представляющие собой кол­ лоидную смесь воды и глины, широко применяются при бурении в неосложненных условиях, т. е. при отсутствии в разрезе скважины высоконапорных и поглощающих горизонтов, а также пород, склон­ ных к обвалам. Качество этих растворов характеризуется следу­ ющими параметрами: плотность 1,2—1,25 г/см3, вязкость 18—22 с, водоотдача до 25 см3 за 30 мин, статическое напряжение сдвига

20—40 мгс/см2.

Качество промывочной жидкости существенно влияет на ско­ рость и успех проводки скважины. С увеличением удельного веса глинистого раствора гидравлические сопротивления в циркуляцион­ ной системе скважины возрастают, вследствие чего коэффициент подачи насосов уменьшается. Увеличение плотности раствора со­ провождается, как правило, ростом его вязкости и напряжения сдвига, что приводит к снижению подачи жидкости на забой, а это значительно ухудшает очистку забоя и промывку ствола скважины. При турбинном бурении утяжеление раствора вызывает рост потерь в пяте. В результате повышения вязкости раствора при большой плотности перепад давления в турбобуре увеличивается на 15— 20% и крутящий момент снижается на 10—15%, что является

43

сопровождается снижением ее вязкости, что ведет к росту механиче­ ской скорости проходки.

Следовательно, с точки зрения повышения скорости проходки скважин и обеспечения эффективной работы бурового оборудования промывочная жидкость должна обладать по возможности минималь­ ными плотностью, вязкостью и статическим напряжением сдвига.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ ДЛЯ ВЫНОСА ЧАСТИЦ ВЫБУРЕННОЙ ПОРОДЫ НА ПОВЕРХНОСТЬ

Задача 21. Определить количество промывочной жидкости для выноса частиц выбуренной породы на поверхность при следующих условиях: диаметр долота 7)д = 295 мм; диаметр бурильных труб D = 146 мм. Породы глинистые.

Решение. Для практических расчетов минимальное значение подачи промывочной жидкости можно определить по формуле

<?«.„ = 0,785 -10» (Z»S —Z»*) i7mIn,

где ymln — минимальная скорость восходящего потока промывочной жидкости, при которой еще не наблюдается сальникообразования на элементах бурильной колонны (долоте, переводнике турбобура и замках "бурильных труб) и загрязнения ствола скважины, в м/с.

Практикой установлено, что при бурении в глинах, глинистых сланцах и песках кт)п = 0,9 — 1,3 м/с и при бурении в скальных породах кга1п = 0,75 — 1,0 м/с.

При снижении скорости восходящего потока промывочной жидко­ сти до 0,5 м/с и ниже показатели бурения обычно резко ухудшаются.

Принимая Kmin = 1,1 м/с, определяем (?min.

<?mm = 0,785 • 103 (0,2952 — 0,1462) 1,1 = 56,5 л/с.

Следовательно, производительность насосов не должна быть меньше 56,5 л/с.

Задача 22. Определить расход промывочной жидкости для выноса частиц породы- с глубины Н = 2000 м при следующих условиях: диаметр частицы d4 = 10 мм; удельный вес породы у л = 2,6 гс/см3'; необходимое время вынбса частицы породы Т = 2 ч; диаметр сква­ жины Z)CKB = 300 мм; наружный диаметр бурильных труб D =

=146 мм; удельный вес глинистого раствора угр = 1,2 гс/см3. Решение. Определим необходимую скорость восходящего потока

промывочной жидкости по формуле

v = с-\-аи,

где v — скорость восходящего потока промывочной жидкости; с — скорость подъема частиц породы в кольцевом пространстве

45

а — коэффициент, зависящий от площади поперечного сечения коль­ цевого пространства, вращения бурильных труб и других факторов. При расчетах можно принять а = 1,13—1,14; и — скорость погру­ жения частицы в промывочной жидкости, определяемая при отсут­ ствии движения жидкости.

При турбулентном режиме обтекания частицы, что обычно на­ блюдается в буровой практике, скорость погружения частицы в про­ мывочной жидкости равна

и ^ К | / d4 У"-~:У'Л- р ,

УУгл. р

где К — коэффициент, зависящий в основном от формы частицы. При расчетах можно пользоваться данными табл. 3.

Принимая К = 0,159, определим скорость погружения частицы

и = 0,159 | / l 0 2’61~2~~ = 0,544 м/с.

Подставляя данные в вышеприведенную формулу, определяем скорость восходящего потока промывочной жидкости. Коэффициент а принимаем равным 1,13.

v = 0,278 + 1,13- 0,544 = 0,892 м/с.

Тогда расход промывочной жидкости составит

Q = 0,785 • 103 (D*KB— D2) v = 0,785 • 103 (0,32 - 0.1462) -0,892 = 47 л/с.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРА ВЫНОСИМЫХ ЧАСТИЦ ВЫБУРЕННОЙ ПОРОДЫ И ВРЕМЕНИ ПОДЪЕМА ИХ НА ПОВЕРХНОСТЬ

Задача 23. Определим время выноса частиц с забоя на поверх­

46

Решение. Определим поперечное сечение кольцевого простран­ ства между бурильными трубами и стенками скважины.

FK= -J- (D2CKB—D2) = - ^ 1 (0,2382 - 0,1142) = 0,035 м2.

Скорость восходящего потока промывочной жидкости опреде ляется по формуле

Скорость подъема частиц породы в кольцевом пространстве определяют по формуле

c = v —mi.

Значения букв, входящих в формулу, приведены в предыдущей задаче. ___________

u = K \ f d 4 V”-Jr*-p .

ТУгл. р

Принимая К = 0,159, определяем скорость погружения частицы

Принимая а = 1,13, находим скорость подъема частиц

с = 1,32— 1,13-0,64 = 0,60 м/с.

Продолжительность движения частиц от забоя до устья скважины определяем по формуле

Следовательно, чтобы при данных условиях после прекращения бурения все частицы породы размером менее 15 мм были вынесены на дневную поверхность, необходимо вести промывку более 1 ч.

Задача 24. Определить наибольший размер выносимых частиц выбуренной породы и время подъема их на поверхность, если буре­ ние происходит на глубине Н = 2600 м; производительность насо­ сов Q = 50 л/с; диаметр скважины Z)CKB= 299 мм; наружный диа­ метр бурильных труб D — 168 мм; плотность породы уп = 2,6 г/см3; плотность глинистого раствора угр = 1,2 г/см3; статическое напря­ жение сдвига раствора 0 = 0,030 гс/см2.

Решение. Определим среднюю скорость восходящего потока глинистого раствора в кольцевом пространстве

Диаметр частицы породы, удерживающейся во взвешенном со­ стоянии, в см, определяем по формуле

47