Файл: Щербань, А. Н. Прогноз и регулирование теплового режима при бурении глубоких скважин.pdf

Для третьего периода циркуляции получено

Для любого уУ-го периода циркуляции имеем рекуррентное соотношение

где Гц — суммарное время всех периодов циркуляции, предшеству­ ющих расчетному,

Гпр — суммарное время всех периодов простоя, предшествующих данному периоду циркуляции,

Тц, тпр — продолжительность одного периода циркуляции и про­ стоя; т — текущее время данного периода циркуляции; 7ѴДІ — рас­ четное число рейсов. Для любого і-того расчетного участка буря­ щейся скважины имеем

В выражении (2.174) N (, N l _ 1 — число рейсов за время прираще­ ния глубины ствола на величину соответственно (П—/і(-)и (/7 —

Нетрудно убедиться, что любая из формул (2.169)—(2.171) при тц = = т и тпр = 0 переходит в формулу (2.166). Следует отметить, что формулы (2.169)—(2.171) выведены в предположении, что все пе­ риоды циркуляции и простоя соответственно равны между собой по продолжительности.

50

С учетом изложенного выше, методика расчета температурного поля в горном массиве, окружающем скважину при бурении, за­ ключается в следующем:

1. По формулам (2.166) или (2.171) определяется коэффициент нестационарного теплообмена при заданной глубине забоя скважины и заданном времени циркуляции.

2- По методике, изложенной в главе 3, вычисляется темпера­

ВЛИЯНИЕ ЭКСЦЕНТРИСИТЕТА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ НА ТЕПЛООБМЕН В БУРЯЩ ЕЙСЯ С КВАЖ И Н Е

При эксцентричном по отношению к стенкам скважины (обсад­ ных труб) расположении бурильной колонны иа участках ее кон­ такта со стенками скважины происходит теплообмен непосредственно между потоком промывочной жидкости, находящейся в бурильной колонне, и окружающим скважину породным массивом. Эксцентрич­ ное расположение бурильной колонны обусловлено, как правило, отклонением скважин от вертикального направления, возникающим в процессе бурения, а также отсутствием жесткой связи между бу­ рильной колонной и остальными элементами конструкции скважины.

Бурильная колонна может соприкасаться со скважиной как по образующей (на участке, обсаженном трубами круглого сечения), так и иа поверхности желоба, образующегося в стенке скважины или обсадной колонне. Поверхность соприкосновения в процессе бурения увеличивается в результате заиливания затрубиого про­ странства в районе контакта колонны со стенкой скважины выбу­ ренной породой, выпадающей из потока промывочной жидкости.

В работе И. К. Майорова указывается, что колонна бурильных труб в скважине изгибается и располагается на стенках в виде винтовой спирали.

Независимо от расположения оси бурильной колонны по отноше­ нию к оси скважины, тепловой поток, направленный из массива внутрь бурильной колонны через ее стенки, должен быть учтен при тепловых расчетах.

Ниже изложены методика проведения и результаты исследова­ ния влияния эксцентриситета бурильной колонны иа теплообмен в бурящейся скважине при турбинном способе бурения для периода

сается со стенками скважины (обсадными трубами), причем ось колонны параллельна оси скважины;

2) температура стенки бурильной колонны в процессе тепло­ обмена одинакова по ее поперечному сечению и периметру;

3) на поверхности контакта и внутри бурильной колопны источ­ ники тепловыделений отсутствуют.

Как указывают Б. 3. Султанов и В. Г. Фоминых, при турбин­ ном бурении процесс образования желоба на поверхности стенок скважин возможен при осуществлении спуско-подъемных операций, а также вследствие скольжения бурового наконечника породораз­ рушающего инструмента на контактах мягких и твердых пропласт­ ков при буренип в разнородных крутопадающих горных породах.

Для предварительной оценки степени влияния эксцентриситета бурильной колонны на величину удельного теплового потока от горного массива к промывочной жидкости воспользуемся следую­ щей лютодикой.

Выражение удельного теплового потока (на 1 м глубины сква­

н от горного массива к жидкости, находящейся в бурильной колонне

В выражениях (2.178)—(2.180): t1 — температура нисходящего потока жидкости в бурильной колонне; к'х — коэффициент неста­ ционарного теплообмена между горным массивом и бурильной ко­ лонной; е1 — отношение части периметра бурильной колонны, находящейся в контакте со стенками скважины (с учетом загрязне­ ний), ко всему периметру колонны; е2 — отношение части периметра скважины, находящейся в контакте с бурильной трубой (с учетом загрязнений), ко всему периметру (рис. 12),

d — средний диаметр бурильной трубы,

(d1 —• внутренний диаметр трубы; б — толщина трубы).

52

Соотношение между суммарным тепловым потоком от породног» массива при наличии эксцентриситета в скважине и тепловым пото­ ком для концентричного случая можно представить в виде

что тепловой поток от породного массива к жидкости при наличии эксцентриситета в бурящейся скважине существенно возрастает.

Очевидно, что расположение бурильной колонны в скважине оказывает влияние на характер формирования температурного поля в окружающем скважину породном массиве.

Следует также отметить, что полученные выше расчетные зави­ симости для определения температурного поля в скважине во время ее простоя после окончания спуско-подъемных операций и во время цементирования содержат эквивалентный коэффициент теплопровод­ ности, который при эксцентричном расположении бурильной ко­ лонны должен быть заменен эффективной теплопроводностью по

55