20.1.4. Расчет необходимого расхода очистного агента

Расход промывочной жидкости должен обеспечить:

• эффективную очистку забоя скважины от шлама Q₁;

• транспортирование шлама на поверхность без аккумуляции его в кольцевом пространстве между бурильными трубами и стенками скважины Q₂;

• предотвращение гидроразрыва любого из перебуриваемых проницаемых пластов разреза скважины Q₃;

• сохранение целостности и нормального диаметра ствола скважины (предупреждение эрозии стенок скважины) Q₄;

• реализацию гидромониторного эффекта Q₅;

• предупреждает образование сальников и прихватов Q₆.

Расчет расхода промывочной жидкости для эффективности очистки забоя скважины Q₁ делается по формуле:

Q₁= К· S_ЗАБ л/сек, (20.7.)

Где:

К – коэффициент удельного расхода жидкости равный 0,3…0,65 м³/сек на 1 м² забоя;

S_ЗАБ – площадь забоя м², определяется по формуле:

S_ЗАБ =0,785·Д_Д² м² . (20.8.)

Расчет расхода промывочной жидкости при превышении которой возникает опасность образования сальников и прихватов Q₆ определяется по формуле:

Q₆=V_ВОСХ·S_КП м³/сек, (20.9.)

Где:

V_ВОСХ – скорость восходящего потока; рекомендуемая скорость согласно промысловой классификации горных пород находится в пределах: М=0,9…1,3 м/сек, С=0,7…0,9 м/сек.

S_КП – площадь кольцевого пространства, м², которая рассчитывается по формуле:

S_КП =0,785·(Д_Д² – d_БТ­²) м², (20.10.)

Где:

d_БТ – диаметр бурильных труб, м²;

Расчет расхода промывочной жидкости, исходя из условия создания гидромониторного эффекта Q₅, рассчитывается по формуле:

Q₅= Fн·0,75 м³/сек, (20.11.)

где:

Fн – площадь поперечного сечения насадок, м²; определяется по формуле:

Fн = π·d_Н/4·m м², (20.12.)

где:

d_Н – диаметр насадок, м;

m – число насадок, обычно m=3.

Расчет расхода промывочной жидкости, обеспечивающий вынос шлама без аккумуляции шлама в кольцевом пространстве Q₂ ведется по формуле:

Q₂= V_КР·S_MAX+(S_ЗАБ ·V_MЕХ·(j_П –j_Ж))/(j_СМ - j_Ж) м³/сек, (20.13.)

Где:

V_КР – скорость частиц шлама относительно промывочной жидкости, м/сек; обычно V_КР =0,5 м/сек;

S_MAX – максимальная площадь кольцевого пространства в открытом стволе, м², определяемая по формуле (20.10);

V_MЕХ – механическая скорость бурения, м/сек;

j_П – удельный вес породы, Н/м³;

j_Ж - удельный вес промывочной жидкости, Н/м³;

j_СМ - удельный вес смеси шлама и промывочной жидкости, Н/м³ .

Пределы изменения: j_СМ - j_Ж=0,01…0,02·10⁴ Н/м³.

Расчет расхода промывочной жидкости, предотвращающего размыв стенок скважины Q₄, ведется по формуле:

Q₄= V_{КП MAX}·S_MIN м³/сек, (20.14.)

где:

S_MIN – минимальная площадь кольцевого пространства;

V_{КП MAX} - максимально допустимая скорость течения, жидкости в кольцевом пространстве, м/сек; возможно принять V_{КП MAX} =1,5 м/сек.

Вся вышеприведенная последовательность расчетов производится для каждого интервала скважины с одинаковыми гидравлическими параметрами. При любом изменении гидравлического параметра в циркуляционной системе (размер и тип насадок, диаметр ПРИ, типоразмер обсадной колонны и проч.) требует расчета собственной гидравлической программы.

Результаты расчетов расходов анализируются с использованием числовой оси в целях нахождения так называемой «области допустимых расходов» (ОДР):

а) «нижняя» граница ОДР не должна быть меньше большего значения из значений Q1 и Q2;

б) «верхняя» граница ОДР не должна быть больше меньшего из значений Q3 и Q4.

Уточненный выбор расхода промывочной жидкости обусловлен производительностью насосов при заданном коэффициенте наполнения по формуле:

Q=к·n·Qн м³/сек, (20.15.)

Где:

к – коэффициент наполнения (к=0,8);

n – число насосов;

Qн – производительность насоса с коэффициент наполнения к=1, 0.

Расчитанный по формуле (20.15.) Q_н насоса должен обязательно находится внутри области допустимых расходов.

Однако, при полученном уточненном значении расхода промывочной жидкости, соответствующем конкретной характеристике насоса, может возникнуть ситуация, когда создаваемый напор данного насосного оборудования не преодолевает возникающих потерь давления в циркуляционной системе. В таком случае, понадобится либо уменьшение принятого расхода, либо изменение характеристик насосного оборудования и инструмента (диаметр насадок ПРИ и проч.).

Все это требует расчета суммарных гидравлических потерь в циркуляционной системе для полученного значения Q_н, что собственно также относится к выработке гидравлической программы скважины. И без данных расчетов и обоснований нельзя считать задачу выбора оптимального расхода промывочной жидкости окончательной.

Поэтому следующим шагом проектирования гидравлической программы скважины является расчет суммарных потерь давления в циркуляционной системе данного интервала скважины на конкретной втулке выбранного насоса (ов).

Если суммарные потери в циркуляционной системе оказываются меньше напора насоса (ов) на данной втулке, то задача проектирования расхода бурового раствора, а также и режима работы бурового насоса на конкретном интервале решена.

Если это не так, то из имеющейся области допустимых расходов необходимо выбрать меньшее значение Q, после чего вновь:

- для выбранного насоса подобрать втулку, реализующую новое значение расхода бурового раствора;

- просчитать суммарные потери давления в циркуляционной системе на новом значении расхода, определяемом характеристикой втулки.

- сравнить полученные потери с напором насоса на новой втулке.

Процедуру выполнять пока напор насоса не будет больше потерь в системе.