6. Определение потерь давления в долоте. Выбор гидромониторных насадок

Резерв давления ∆р_д, который может быть реализован в долоте, определяется как разность между давлением bр_н, развиваемым на­сосом (или насосами) при выбранном диаметре втулок, и суммой перечисленных выше потерь давления в элементах циркуляцион­ной системы ∆р = :

υ_д ≥ 80 м/с = bр_н — , (6.10.23)

где b = 0,75 --- 0,80. Коэффициент b учитывает, что рабочее дав­ление нагнетания насосов должно быть, согласно правилам веде­ния буровых работ, меньше паспортного на 20 — 25 %.

По значению ∆р_д следует установить возможность использова­ния гидромониторного эффекта при бурении данного интервала скважины. Для этого необходимо вычислить скорость движения жидкости в промывочных отверстиях долота по формуле

υ_д = μ , (6.10.24)

где μ — коэффициент расхода, значение которого, согласно при­веденным в подразделе 6.9 данным, следует принимать равным 0,95. Если полученное исходя из резерва давления значение υ_д ≥ 80 м/с, то это означает, что рассматриваемый интервал можно бурить с использованием гидромониторных долот.

Следует иметь в виду, что перепад давления, срабатываемый в насадках гидромониторного долота, не должен превышать неко­торого предельного значения ∆р_кр , определяемого как возмож­ностью запуска турбобура, так и прочностью конструктивных эле­ментов долота. В настоящее время этот предел может быть принят равным ∆р_кр = 12---13 МПа. Поэтому по формуле (6.10.24) необходимо подобрать такие значения ∆р_кр и υ_д , чтобы выполнялись условия

υ_д ≥ 80 м/с; ∆р_д < ∆р_кр. (6.10.25)

При выполнении условий (6.10.25) рассчитывается суммарная площадь насадок гидромониторного долота Ф по формуле

Ф = , (6.10.26)

где Q_у = - расход (утечки) промывочной жидкости через уплотнение вала турбобура, м³/с; k, n — опытные коэффи­циенты, характеризующие негерметичность уплотнения конкрет­ного турбобура. Найдя Q_y, необходимо проверить выполнение ус­ловий выноса шлама и очистки забоя. Если разность Q—Q_y пре­вышает значения расходов, вычисленные по формулам (6.10.1) и (6.10.2), то названные условия будут соблюдены.

Рис. 6.28. Зависимость утечек через пяту-сальник турбобура 3ТСШ-195 ТЛ от перепада давления в долоте

Зависимость Q_y от ∆р_д для каждого конкретного турбобура легко найти экспериментально. Приближенное значение Q_y можно определить по рис. 6.28 для турбобура ЗТСШ-195ТЛ.

По величине Ф подбираются диаметры насадок гидромонитор­ного долота.

Если для данного долота υ_д < 80 м/с, то следует сделать вывод о том, что бурение данного интервала с использованием гидромо­ниторного эффекта невозможно. В этом случае необходимо вычис­лить перепад давления в долоте по формуле (6.9.4):

∆р = , (6.10.27)

приняв коэффициент расхода μ в соответствии с приведенными в подразделе 6.9 данными.

7. Построение графика давлений

Иллюстрация гидравлического расчета — построение графика-распределения давления в циркуляционной системе буровой. Пример такого графика показан на рис. 6.29.

Построение графика целесообразно выполнять в следующем порядке.

1. Слева необходимо изобразить геометрию кольцевого канала и компоновку бурильного инструмента с соблюдением вертикаль­ного масштаба.

2. Проводим тонкие горизонтальные линии через точки соеди­нения различных элементов бурильной колонны (горизонтали I—I, II—II, III—III).

3. Определим гидростатическое давление на забое скважины (при отсутствии циркуляции) для двух случаев:

а) в скважине, заполненной промывочной жидкостью плот­ностью ρ, по формуле

p_c = ρgL, (6.10.28)

где L — глубина забоя скважины, м;

б) в скважине, заполненной той же жидкостью, содержащей частицы выбуренной породы, плотностью ρ_ш:

p_c' = φρgL + (1- φ) ρ_шgL, (6.10.29)

где φ — то же, что и в формуле (6.10.5);

4. Отложив значения р_с и р'_с на горизонтали IV— IV, получим точки d и d'.

5. Соединим точки d и d' с началом координат и получим ли­нии изменения гидростатического давления в затрубном простран­стве. В пересечении линии Od' с горизонталями I—I, II—II и III—III получим точки a, b и с.

6. От точек а, b, с и d' по горизонталям вправо откладываем суммарные гидродинамические потери давления, определенные по формулам (6.10.12), (6.10.16), (6.10.19). Получаем точки а', b', с', d".

Рис. 6.29. Графики распределения давления в циркуляционной системе: 1 - турбобур с долотом; 2 — УБТ; 3 — ТБПВ; 4 — ЛБТ; 5 — обсадная колонна; 6 — слабый пласт; 7 — пласт с максимальным градиентом пластового давления. Стрелки со­ответствуют движению жидкости в скважине

7. Соединив точки 0, а', b', с' и d", строим кривую изменения гидродинамического давления в затрубном пространстве при цир­куляции.

8. Из точки d" восстанавливаем вертикаль до пересечения с осью давлений и получаем точку, соответствующую забойному дав­лению при бурении скважины р₃.

9. Через точку d" проводим прямую, параллельную 0d. В пе­ресечении с горизонталями получим точки k, m, n и точку s в пе­ресечении с осью давлений.

10. Отложив по горизонтали от точки d" отрезок, соответствующий перепаду давления в долоте, получаем точку е.

11. Длина отрезка kk' равна сумме перепадов давления в до­лоте ∆р_д и турбобуре ∆р_т.

12. Длины отрезков mm', nn' и ss' соответствуют давлениям, которые определяем по формуле

р = ∆р_д + ∆р_т + , (6.10.30)

где — суммарные гидродинамические потери давления внутри 1-й секции бурильной колонны, определяемые по формулам (6.10.11), (6,10.15), (6.10.20).

13. Вправо от точки s' откладываем отрезок, равный потерям давления в наземной обвязке ∆р₀ - Получаем точку, соответствую­щую давлению в насосе р_н.

14. Соединяя точки е, k', m', n', s', р_н, получим график изме­нения давления от забоя скважины до насоса.