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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 19.10.2024

Просмотров: 96

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Сравнивая

соответственно

 

уравнения

(3.215) и

(3.42),

(3.216)

и (3.43), получаем

 

 

 

 

А-трЛ’тр

 

 

 

 

7,

k

k v k

t

k 1

 

 

(3.217)

 

4

 

kßke

 

 

 

 

или

 

 

к с к с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k k

j j k j

k

i

к т р к т р и к ( к і

 

 

(3.218)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k g k c

 

к д к с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

значения

масштабных

коэффициентов, находим

 

k . U

l

 

 

к . : м С А м ' м

i d e m .

 

(3.219)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А-трСтрI

 

А'тр mU тр мСі =

idem.

 

(3.220)

 

Gc

 

 

 

 

к' мгм

 

 

 

 

Уравнения

(3.219), (3.220) представляют собой

условия

тепло­

вого подобия любого участка скважины и его модели. Следовательно, для каждого такого участка можно найти модель, подобную ему в тепловом отношении, при соблюдении для всех моделей постоян­ ства входящих в критерии величин, за исключением одной из них, изменением которой обеспечивается равенство указанных выше критериев. Так, например, полагая для всех участков кх= 1 Вт/м2 • СС; UTpм = 1 м и G = 1 кг/с, а теплоемкость промывочной жидкости во всех сходственных точках модели и натуры одинаковой (с = см), находим из уравнения (3.219) длину модели і-того участка, считая, что при общем числе участков N число і изменяется от 1 до N, а для расчетной глубины h — от 1 до п, где п — число участков от поверх­ ности до расчетной глубины.

Тогда

k4Ujlj

I

G

(3.221)

 

 

Общая длина цепи моделей, или модельная расчетная глубина,

определяется по формуле

 

 

 

К =

(3-222)

 

І=1

 

а глубина модельной скважины — по

формуле

 

IN

 

 

Н = Ъ і щ.

(3.223)

С целью дальнейших преобразований переписываем равенство {3.220), заменяя в нем модельное количество промывочной жидкости Gx щ на t-том расчетном участке модельным весом последней (7®р Мі, исходя из очевидного соотношения

 

Q В

 

GTР Щ'

°тр м.Wтр м.-

(3.224)

 

88

где ц?тр Мі — скорость

жидкости

на

г-том участке бурильной ко­

лонны.

 

 

 

 

 

 

 

Тогда (3.220)

будет иметь вид

 

 

 

 

 

k-rp[Uтр(l-гр[

^тр wJJtPМ^м,-

 

(3.225)

 

 

 

G

^тр М;штр И,-

 

 

 

 

 

 

Очевидно, что равенство (3.225) для і-того участка модели должна

соблюдаться при

найденном выше по формуле (3.221) значении ІМ

для этого участка. Принимая для всех участков

UTp м =

1 и (имея

в виду, по аналогии с

[38], ие конструктивное выполнение модели,

а лишь обеспечение

ее теплового подобия моделируемой скважине),

Л:тр м = 1 Вт/м2-°С,

штр м = 1 м/с

и

подставляя

(3.221)

в (3.225),

находим весовое количество жидкости на г'-том модельном участке бурильной колонны

GTPВ М;

(3.226)

 

А'тр .^тр-П р,-

Общее весовое количество промывочной жидкости в модели бурильной колонны при расчетной глубине скважины Ам будет равно

рв

N

 

в

(3.227)

'J ’Tp м

тр М/}

а модельное количество жидкости в колонне

определится из соотно­

шения

 

 

 

,

(3.228)

аналогичного (3.224).

Зависимости (3.221)—(3.228) позволяют преобразовать формулы для расчета температуры промывочной жидкости с тем, чтобы можно было использовать их для всей цепи моделей, имитирующей реаль­ ную скважину глубиной Н. В частности, с этой целью можно пре­ образовать упрощенные формулы для последовательных тепловых расчетов (3.166), (3.167). Указанные формулы (без учета местных источников тепловыделений) после преобразования имеют вид

— СхеГіЬм+ С2ег~Нм+ £поМ+ GhM— -j—\

Лм

1 +

^ іе? 1'“ "Ь

“г ^п0м

где

.. ВМ±ѴВМ(ВК+ ІАМ).

 

 

 

2

 

 

Л

*ТР tß ТР М

1

 

Лм ■—

а г

— а г »

 

 

^тр мсм

^тр мс

 

D

М

1 .

 

 

а с

с ’

 

 

СгМСМ

0

(3.229)

(3.230)

(3.231)

(3.232)

(3.233)

89

 

 

h

- h

(3.234)

 

 

 

 

 

 

—fi

(3.235)

 

 

h

’

<п0м =

і п а + 0' (Н —Ны);

(3.236)

h

=

J j

- е'',Нк;

(3.237)

 

 

А

м

 

/2 =

-у -е ТгГѴ

(3.238)

 

 

Ам

 

В табл. 7 приведены результаты расчетов температуры промы­ вочной жидкости в бурящейся скв. Вулкановская-3 (рис. 21). Расход жидкости был принят равным 30 л/с; плотность — 1,8 г/см23; темпе­ ратура на входе в скважину 18° С; геотермическая ступень 0,033 м/°С.

Значения

коэффициентов

/стр и кх для каждого участка

показаны

в той же

таблице. Всего

было выполнено три варианта

расчетов:

 

 

1)

 

Н- 5 —к 7-ч <3 И— 2 ------f—/ -Н пением величии А я В по формулам

%А Ih

 

 

Аср '

Н

(3.239)

-7— в

-г іо-4

 

 

V

 

 

 

 

 

 

Рис. 21. Схема разбивки

скв. Вул-

 

 

JLd Bill

 

В

ср

£=1

(3.240)

каповская-3 па расчетные участки.

II

 

 

 

2) точный расчет,

заключавшийся в

численном

решении ыа

ЭВМ «Мир» системы 10 дифференциальных уравнений, описываю­ щих процесс теплообмена в бурильной колонне и затрубном про­

странстве;

 

3) расчет цепи моделей.

 

Как видно из данных табл.

7, результаты расчета температуры

t 1 и t2 по последней методике

значительно меньше, по сравнению

с упрощенным расчетом, отличаются от результатов точного расчета, причем значения температуры промывочной жидкости получаются при этом несколько выше точных. Между тем упрощенный расчет для больших глубин дает существенно заниженное значение темпе­ ратуры по сравнению с точным. Это дает возможность рекомендо­ вать методику определения температуры промывочной жидкости по методу цепи моделей для инженерных расчетов, как позволяющую получить более падежные результаты, по сравнению с другими методами, без применения специальной вычислительной техники.

S0

Порядок выполнения тепловых расчетов при циркуляции про­ мывочной жидкости в бурящейся скважиие в соответствии с изло­ женной выше методикой рекомендуется следующий:

1) скважина вместе с бурильной колонной разбивается на рас­ четные участки «затрубное пространство» и «колонна», в пределах каждого из которых диаметр ствола и бурильной колонны остается неизменным (см. рис. 20, 21); при этом расчетные участки нуме­ руются по ходу движения промывочной жидкости;

2)для каждого расчетного участка по формулам (2.172)—(2.177) определяются значения расчетного числа рейсов, суммарного вре­ мени циркуляции и промывки;

3)для каждого расчетного участка последовательно рассчиты­ ваются длина, периметр, поперечное сечение, поверхность тепло­

обмена, скорость движения промывочной жидкости; 4) для каждого расчетного участка по формулам (9.35)—(9.41)

вычисляются коэффициенты теплоотдачи на стенках бурильной колонны;

5)по формулам (3.23), (2.171) определяются коэффициенты теплопередачи через стенку бурильной колонны и коэффициент нестационарного теплообмена;

6)по формулам (3.221)—(3.223) находится последовательно длина модели каждого участка, модельная расчетная глубина начала

участка и глубина модели скважины;

7)по формулам (3.227), (3.228) определяется модельное коли­ чество промывочной жидкости;

8)определяется температура промывочной жидкости в зависи­ мости от схемы циркуляции и выполняемых работ (собственно бурение, промывка).

На основе разработанных методов тепловых расчетов бурящихся

скважин выполнено прогнозирование теплового режима при сверх­ глубоком бурении.

Перечень исходных данных при выполнении тепловых расчетов должен включать в себя следующие показатели:

1.

Конструкцию скважины с указанием:

а)

диаметров скважины, обсадных и бурильных труб;

б) материала обсадной и бурильной колонны (марка стали, удельный вес).

2. Способ бурения с указанием типа и характеристики турбо­ бура и долот.

3.Способ промывки или продувки скважины по стадиям бурения.

4.Краткое описание и принципиальную схему циркуляционной

системы промывочной жидкости с указанием:

а) конструкции (габаритных размеров, объема) емкостей для раствора;

б) мощности и рабочего давления циркуляционных насосов; в) состава промывочного раствора и его характеристики (вяз­

кость, удельный вес, теплоемкость, теплопроводность) по стадиям бурения;

91

Смотрите также файлы