3.4. Местные гидравлические сопротивления

При гидравлическом расчете технологических операций, оценке гидравлических сопротивлений различного рода устройств (долото, турбобур, устьевая обвязка, муфтовые и замковые соединения труб, элементы технологическойоснастки при цементировании и др.), помимо потерь давления на трение по длине канала также необходимо учитывать местные потери давления.

Потери давления в насадках долот рекомендуется определять по формуле:

∆p_д = ρ Q² \2 g α_д f_д , (3.6.)

где ρ - плотность жидкости; Q - расход; α_д - коэффициент расхода промывочных отверстий или сменных насадок долот; f_д - суммарная площадь промывочных отверстий.

В случае, если в долоте установлены насадки разного диаметра, это учитывается величиной f_д.

Коэффициент расхода для промывочных отверстий серийных долот α_д = 0,67, а для сменных профилированных гидромониторных насадок α_д = 0,9.

Следует иметь в виду, что при бурении роторным способом значение Q в формуле (3.6.) соответствует подаче Q_H буровых насосов. В случае бурения турбобуром с обычной конструкцией нижней опоры через кольцевой зазор в ниппеле проходит часть жидкости, не достигая долота, и поэтому Q = Q_H - q_H, т.е. меньше на значение утечек q_H. Утечку можно определить по формуле:

(3.7.)

где α_н, f_H - соответственно коэффициент расхода и площадь кольцевого зазора в нижней опоре (ниппеле) турбобура.

При течении воды α_н = 0,46 и при течении буровых растворов α_н = 0,31.

Потери давления в местных сопротивлениях таких сложных устройств, как гидравлические забойные двигатели, определяются только совокупно для каждого устройства. Для этого следует воспользоваться паспортными характеристиками для турбобуров, винтовых забойных двигателей, колонковых турбодолот различных типов. Поскольку они представляют данные о срабатываемом перепаде давления на оптимальном режиме (т.е. на полезную работу и на местные сопротивления) при промывке водой р_{зд в}, то для расчета потерь давления при промывке буровыми растворами р_{зд бр} следует воспользоваться формулой:

р_{зд бр} = р_{зд в} (р_бр \ р _в) ( 1 – КПД), (3.8.)

где КПД - коэффициент полезного действия рассматриваемого устройства.

Потери давления в электробуре p:

р = A ρ Q² , (3.9)

где А -коэффициент потерь давления для электробуров; ρ –плотность бурового раствора [г/см³]; Q – расход бурового раствора.

Коэффициент потерь давления А для электробуров различных типов следующий:

Гидравлические потери р_но в различных элементах наземного оборудования (в обвязке) буровой установки рассчитывают по формуле (3.9.), где коэффициент потерь давления А определяют по таблице 3.1.

Таблица 3.1

Коэффициенты потерь давления А для элементов наземной циркуляционной обвязки буровой установки

Стояк		Шланг		Вертлюг		Ведущая труба
Диаметр, мм	Аст 103	Внутренний диаметр, мм	Аш 103	Диаметр проходного сечения, мм	Ав103	Условный диаметр, мм	Авт 103
89 114 147 168	6,96 3,85 1,07 0,40	38 50 63,5 76 80 90 102	38,4 9,7 2,9 1,2 0,93 0,52 0,28	32 50 65 75 80 90 102	22,7 4,57 1,1 0,9 0,7 0,44 0,29	63 89 114 146 168	16,5 10,2 1,8 0,9 0,4

Бурильные и обсадные трубы, соединяемые в колонны замками и муфтами, характеризуются местными сопротивлениями в зонах соединения, а, следовательно, и потерями давления.

Потери давления в замках и муфтах р_з(м) при течении раствора внутри труб учитываются по формуле:

р_з(м) = ξ_3(м) (8 Q² ρ n_з(м)) \ (π² g d_o ⁴) (3.10.)

где ξ _3(м) - коэффициент сопротивления замкового (муфтового) соединения в трубах; n_з(м) - число замковых (муфтовых) соединений; d₀ - диаметр трубы (внутренний). Коэффициент сопротивления:

(3.11.)

где d_min - минимальный диаметр проходного сечения в замковом (муфтовом) соединении; к = 2-2,5. Потери давления в замках и муфтах р_зк при течении раствора в кольцевом пространстве скважины рассчитывают по формуле:

р_зк = ξ_3к(8 Q² ρ n_з(м)) \ [(π² g D²) (1 – d²\D²)], (3.12.)

где ξ_3к - безразмерный коэффициент местных гидравлических сопротивлений в замках (муфтах) в кольцевом пространстве; D, d - диаметр соответственно скважины и труб (наружный).

Коэффициент ξ_3к зависит от обобщенного параметра Re*_к в кольцевом зазоре и может быть рассчитан по формулам:

ξ_3к = А_к \ Re*_{к ,}

при Re*_K< 1100-1600;

ξ_3к = В_к \ Re*_{к ,}

при (11OO-5-16OO) < Re < (4200÷6000);

ξ_3к = С_{к ,}

при Re > 4200÷6000.

Коэффициенты А_к, В_к, С_к в этих формулах при концентричном и эксцентричном расположениях труб в скважине зависят от отношения диаметра замка (муфты) трубы d₃ к диаметру скважины D и являются табличными значениями.

ЛЕКЦИЯ 8

ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ БУРЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН