В В Е Д Е Н И Е

Очистка забоя от продуктов разрушения горных пород является одним из важнейших элементов технологии сооружения скважины. Наибольшее распространение имеет промывка скважины различными видами промывочных жидкостей (вода, глинистые растворы на водной и углеводородной основе, аэрированные жидкости и пены, утяжеленные растворы и т. д.).

Назначение промывки – удаление продуктов разрушения с забоя скважины на поверхность, охлаждение породоразрушающего инструмента, закрепление неустойчивых интервалов ствола скважины, исключение выбросов нефти и газа, предотвращение гидроразрыва вскрываемых пластов.

Промывка скважины осуществляется с помощью циркуляционной системы буровой установки. В ее состав входит наземная и скважинная части. Последняя представляет собственно скважину и опущенный в нее технологический инструмент (бурильная колонна с соединениями, УБТ, забойный двигатель и породоразрушающий инструмент). В состав наземной части циркуляционной системы входят буровой насос с обвязкой, приемный зумпф, отстойник и система очистки раствора (гидроциклоны, вибросита, желоба). Обвязка бурового насоса включает стояк, нагнетательный буровой рукав, вертлюг и ведущую трубу.

Гидравлический расчет циркуляционной системы заключается в решении следующих задач:

- определение необходимого расхода промывочной жидкости, обеспечивающего очистку скважины от продуктов разрушения при заданных конструкции скважины и применяемом технологическом инструменте;

- определение плотности бурового раствора, исключающего выброс флюидов из скважины и гидроразрыв слабых пластов;

- определение потерь давления в обвязке бурового насоса;

- определение потерь давления при течении бурового раствора внутри бурильной колонны (в бурильных и утяжеленных бурильных трубах);

- определение потерь давления при течении бурового раствора в затрубном пространстве (между стенками скважины и бурильной колонной);

- определение потерь давления на местных сопротивлениях (наличие замков) при течении промывочной жидкости внутри бурильной колонны и затрубном пространстве;

- расчет потерь давления в промывочных каналах долота и выбор гидромониторных насадок.

В работе даны методические указания по решению вышеперечисленных задач, приведены исходные данные для их решения и соответствующие примеры.

Следует отметить, что в качестве исходных данных в задачах рассматриваются бингамовские жидкости. Их отличительной особенностью является наличие внутренний структуры, обладающей известной прочностью, и вязкости. Именно к этому типу промывочных жидкостей относятся большинство глинистых и тампонажных растворов, получивших широкое распространение в практике сооружения скважин.

Практическая работа № 1 определение необходимого расхода промывочной жидкости при бурении скважины и выбор бурового насоса

Необходимый расход промывочной жидкости должен обеспечить очистку забоя скважины и транспортирование бурового шлама в кольцевом пространстве с забоя на поверхность.

Расход раствора , необходимый для очистки забоя, определяется по формуле:

, (1.1 )

где – минимальная скорость потока, обеспечивающая очистку забоя, м/с; при роторном бурении; при использовании гидравлических забойных двигателей;

– диаметр скважины, м.

Расход раствора , необходимый для транспортирования бурового шлама по кольцевому пространству с забоя на поверхность, определяется по формуле:

, (1.2 )

где – минимальный наружный диаметр бурильной колонны, м;

– средняя скорость течения бурового раствора в затрубном пространстве, м/с.

Скорость определяется по формуле:

, (1.3 )

где – скорость движения частиц шлама в буровом растворе, м/с;

– скорость витания частиц шлама в растворе, м/с.

Обычно ,

Для определения скорости витания в бингамовских жидкостях, каковыми являются глинистые растворы, первоначально определяется диаметр самой крупной частицы шлама, остающейся в растворе во взвешенном состоянии:

, (1.4 )

где – коэффициент, зависящий от диаметра частицы шлама,

(рисунок 1.1 );

– предельное напряжение сдвига раствора, Па;

– ускорение силы тяжести, м/с²;

– соответственно плотности разбуриваемой породы и промывочной жидкости.

Для определения характера течения бурового раствора (ламинарное или турбулентное) используется соотношение:

, (1.5 )

где – преобладающий размер частиц бурового шлама; при бурении шарошечными долотами можно принять . Если , то режим обтекания частицы ламинарный; если , то режим переходный, и наконец, если , то режим турбулентный.

При ламинарном режиме скорость падения частицы в растворе определяется по формуле Шищенко:

м/с , (1.6 )

где – функция, зависящая от а (рисунок 1.2);

– вязкость раствора, .

При переходном и турбулентном режимах скорость вычисляется по формуле Риттингера:

, м/с , (1.7 )

где – коэффициент, зависящий от формы частицы и параметра ;

– ускорение свободного падания, м/с²;

– коэффициент, зависящий только от формы частицы.

Коэффициент К можно определить по графику (рисунок 1.3).

Вычисление скорости дает возможность по формуле (1.3) определить скорость , а затем по формуле (1.2) – расход раствора . По большей величине расхода ( или ) по таблице 1.1 выбирается буровой насос для промывки скважин. Выписываются марка насоса, подача (расход), диаметр цилиндровых втулок и соответствующее максимальное давление подачи промывочной жидкости.

Коэффицент формы , m

Диаметр частицы шлам d,мм

Рисунок 1.1-Значение коэффициента формы m,введенного Шищенко

Рисунок 1.2-Изменение функции Ф введенной Шищенко;от соотношения а = d_z/d₀

1-сфера;2-плоская частица

Рисунок 1.3 – Изменение коэффициента К в формуле Риттингера по Шищенко