2.3.4. Выбор и расчет необходимого расхода очистного агента

Режим течения бурового раствора является одним из управляющих факторов в процессе бурения.

Для каждого конкретного случая существует определённое значение расхода промывочной жидкости, кроме того, она является носителем энергии при использовании гидравлических забойных двигателей и буровых долот с гидромониторным эффектом. Таким образом, необходимо чтобы выбранный расход бурового раствора обеспечивал следующие функции:

• очистка забоя скважины от выбуренной породы;

• удаление продуктов разрушения по затрубному пространству на дневную поверхность;

• передавать мощность от источника на дневной поверхности к забою;

• гидромониторный эффект при бурении долотами с гидромониторными насадками;

• препятствовать проявлениям неустойчивости пород стенок скважины;

• способствовать сохранению естественных коллекторских свойств продуктивных пластов в приствольной зоне скважины.

Расчёты в этом разделе ведутся по [1].

Рассчитывается расход промывочной жидкости по интенсивности очистки забоя скважины.

Q = k ∙ S_заб, л/с (2.7)

где k – коэффициент удельного расхода жидкости (0,03 ÷ 0,065 л/с);

S_заб – площадь забоя скважины, см².

Площадь забоя скважины рассчитывается по формуле:

S_заб = 0,785 ∙ D_д², см² (2.8)

В интервале бурения под кондуктор площадь забоя скважины рассчитывается по формуле (2.8):

S_заб = 0,785 ∙ 29,53² = 684,53 см²

Расход промывочной жидкости на данном интервале бурения определяется по формуле (2.7):

Q = 0,065 ∙ 684,53 = 44,5 л/с

В интервале бурения под эксплуатационную колонну площадь забоя скважины рассчитывается по формуле (2.8):

S_заб = 0,785 ∙ 21,59² = 365,91 см²

Расход промывочной жидкости на данном интервале бурения определяется по формуле (2.7):

Q = 0,065 ∙ 365,91 = 23,8 л/с

Рассчитывается расход промывочной жидкости по скорости восходящего потока.

Q = V_В ∙ S_К.П. ∙10³, л/с (2.9)

где V_В – скорость восходящего потока, м/с;

S_К.П. – площадь кольцевого пространства, м².

Рекомендуемая скорость восходящего потока:

для пород категории М ~ 0,9 ÷ 1,3 м/с;

для пород категории С ~ 0,7 ÷ 0,9 м/с;

Площадь кольцевого пространства рассчитывается по формуле:

S_К.П. = 0,785 ∙ (D_д² – d_Б.Т.²), (2.10)

В интервале бурения под кондуктор принимается: d_Б.Т. = 0,127 м, V_В=1,0 м/с, тогда площадь кольцевого пространства рассчитывается по формуле (2.10):

S_К.П. = 0,785 ∙ (0,2953² – 0,127²) = 0,0558 м²;

Расход промывочной жидкости на данном интервале рассчитывается по формуле (2.9):

Q = 1,0 ∙ 0,0558 ∙10³ = 56 л/с.

В интервале бурения под эксплуатационную колонну принимается: d_Б.Т. = 0,127 м, V_В = 0,9 м/с, тогда площадь кольцевого пространства рассчитывается по формуле (2.10):

S_К.П. = 0,785 ∙ (0,2159² – 0,127²) = 0,0239 м²;

Расход промывочной жидкости на данном интервале рассчитывается по формуле (2.9):

Q = 0,9 ∙ 0,0239 ∙10³ = 21,5 л/с.

Рассчитывается расход промывочной жидкости из условия создания гидромониторного эффекта.

Q = F_н ∙ 7,5, л/с (2.11)

где F_н – площадь сечения насадок долота, см²;

F_н = m ∙ (π ∙ d_н²) / 4, см² (2.12)

где m – число насадок;

d_н – диаметр насадок, см.

Площадь сечения насадок долота рассчитывается по формуле (2.12):

F_н = 2 ∙ (3,14 ∙ 1,22) / 4 = 2,26 см²

Расход промывочной жидкости рассчитывается по формуле (2.12):

Q = 2,26 ∙ 7,5 = 17 л/с

Рассчитывается расход промывочной жидкости, обеспечивающий вынос шлама на поверхность.

Q = V_кр∙ S_max+ (S_заб∙ V_мех∙ (γ_п – γ_ж)) / (γ_см – γ_ж), м³/с (2.13)

где V_кр – скорость частиц шлама относительно промывочной жидкости, м/с;

S_max – максимальная площадь кольцевого пространства в открытом стволе, м²;

S_заб – площадь забоя скважины, м²;

V_мех – механическая скорость бурения, м/с;

γ_п – удельный вес породы, г/см³;

γ_ж – удельный вес промывочной жидкости, г/см³;

γ_см – удельный вес смеси (шлам и промывочная жидкость), г/см³;

γ_см – γ_ж = 0,01 ÷ 0,02 г/см³, принимаем γ_см – γ_ж = 0,02 г/см³.

Задаются параметры:

V_мех = 0,05 м/с,

V_кр = 0,5 м/с,

γ_п = 2,3 г/см³.

В интервале от 0 до 905 метров рассчитывается площадь забоя скважины:

S_заб = 0,2953² ∙ 0,785 = 0,068 м²

В интервале от 905 до 1740 метров площадь забоя скважины будет равняться:

S_заб = 0,2159² ∙ 0,785 = 0,036 м²

В интервале от 0 до 905 метров рассчитывается максимальная площадь кольцевого пространства скважины:

S_max = (0,2953² – 0,127²) ∙ 0,785 = 0,0558 м²

В интервале от 905 до 1740 метров максимальная площадь кольцевого пространства скважины будет равняться:

S_max = (0,2159² – 0,127²) ∙ 0,785 = 0,0239 м²

В интервале от 0 до 905 метров рассчитывается расход промывочной жидкости по формуле (2.13), (γ_ж = 1,15 г/см³):

Q = 0,5 ∙ 0,0558 + (0,068 ∙ 0,05 ∙ (2,3 – 1,15)) / 0,02 = 0,22 м³/с = 22 л/с

В интервале от 905 до 1740 метров расход промывочной жидкости будет равняться (γ_ж = 1,12 г/см³):

Q = 0,5 ∙ 0,0239 + (0,036 ∙ 0,05 ∙ (2,3 – 1,12)) / 0,02 = 0,12 м³/с = 12 л/с

Рассчитывается расход промывочной жидкости, предотвращающий размыв стенок скважины.

Q = S_min ∙ V_{кп max}, л/с (2.14)

где S_min – минимальная площадь кольцевого пространства, м2;

V_{кп max} – максимально допустимая скорость течения промывочной жидкости в кольцевом пространстве, V_{кп max} = 1,5 м/с.

В интервале бурения под кондуктор принимается d_Б.Т. = 0,127 м и минимальная площадь кольцевого пространства рассчитывается:

S_min = 0,785 ∙ (0,2953² – 0,127²) = 0,0558 м²

В интервале бурения под эксплуатационную колонну принимается d_Б.Т.=0,127 м и минимальная площадь кольцевого пространства рассчитывается:

Smin = 0,785 ∙ (0,2159² – 0,127²) = 0,0239 м²

В интервале бурения под кондуктор расход промывочной жидкости рассчитывается по формуле (14):

Q = 0,0558 ∙ 1,5 =0,084 м³/с = 84 л/с

В интервале бурения под эксплуатационную колонну расход промывочной жидкости рассчитывается по формуле (2.14):

Q = 0,0239 ∙ 1,5 =0,036 м³/с = 36 л/с.

Рассчитывается расход промывочной жидкости для предотвращения прихватов инструмента.

Q = S_max ∙ V_{кп min}, м³/с (2.15)

где S_max – максимальная площадь кольцевого пространства, м²;

V_{кп min} – минимально допустимая скорость промывочной жидкости в кольцевом пространстве, V_{кп min} = 0,5 л/с.

В интервале бурения от 0 до 905 метров расход промывочной жидкости рассчитывается по формуле (2.15):

Q = 0,0558 ∙ 0,5 = 0,0279 м³/с = 27,9 л/с;

В интервале бурения от 905 до 1740 метров расход промывочной жидкости рассчитывается по формуле (2.15):

Q = 0,0239 ∙ 0,5 = 0,0119 м³/с = 11,9 л/с.

Расчет не допущения гидроразрыва пород.

Р_гр = 0,0083 ∙ Н + 0,66 ∙ Р_пл, (2.16)

где Н – глубина скважины, м;

Р_пл – пластовое давление, МПа.

Принимаются плотность промывочной жидкости γж = 1,2 г/см³, пластовое давление Р_пл = 26,7 МПа.

Следовательно, по формуле (2.16):

Р_гр = 0,0083 ∙ 2700 + 0,66 ∙ 26,7 = 40 МПа

Давление в скважине рассчитывается по формуле:

Р_скв = 0,1 ∙ γ_ж ∙ Н, атм (2.17)

где γ_ж – плотность промывочной жидкости, г/см3;

Н – глубина скважины, м.

Р_скв = 0,1 ∙ 1,2 ∙ 2700 = 324 атм. = 32,4 МПа.

Так как Р_гр ≥ Р_скв , значит гидроразрыва пород не будет.

Из всех расчетных значений расхода промывочной жидкости приведенных выше выбирают оптимальные (удовлетворяющие требованиям приведенным выше).

Интервал, м 0 – 905 905 – 1740

Расход промывочной жидкости, л/с 27 – 84 27 – 36

Расход уточняется при выборе типа забойного двигателя (исходя из необходимой подачи для его работы) и подачи насосов. Окончательный выбор производится при расчете гидравлической программы промывки скважины в п. 2.6.