34 )Гідравлічні втрати тиску в місцевих опорах .

Місцеві гідравлічні опори. До місцевих гідравлічних опорів належать замки, долото, вибійний двигун, обв’язка бурових насосів (ведуча труба, стояк, вертлюг, буровий шланг) та інші. Гідравлічні втрати тиску в замках визначають за формулою

(8.12)

де  — коефіцієнт місцевого опору в замку;

V — середня швидкість руху в трубах або в незвуженій частині кільцевого простору;

n — кількість замків або муфт.

Коефіцієнт місцевого опору в замках визначають за формулою Борда-Карно.

При русі всередині колони

(8.13)

при русі в кільцевому просторі

(8.14)

де d, d_з — внутрішній і зовнішній діаметри труб, м ;

d_взам — найменший внутрішній діаметр замка, м ;

d_зам — зовнішній діаметр замка, м.

(8.15)

де l - довжина колони одного типорозміру, м ;

l_T - середня довжина труби між замками або муфтами.

Перепад тиску в промивальних насадках бурових доліт визначається за формулою

(8.16)

де Q — витрата рідини, м³/с ;

— коефіцієнт витрати, який залежить від конфігурації насадок, відношення довжини прохідного каналу до діаметра і числа Рейнольдса;

f — площа промивальних отворів у долоті, м².

Місцеві гідравлічні втрати в інших елементах циркуляційної системи можна вирахувати за формулою

(8.17)

де - сума крефіцієнтів опорів інших елементів циркуляційної системи, м^-4 .

(8.18)

35) Методика гідравлічного розрахунку циркуляційної системи при бурінні.

При гідравлічному розрахунку рекомендується дотримуватися такої методики:

Визначають витрату промивальної рідини, яка забезпечує очищення вибою і транспортування шламу в кільцевому просторі

Вибирають діаметр циліндрових втулок насоса. Орієнтуючись на визначення з умови очищення вибою і виносу шламу, значення витрати Q , згідно з паспортною характеристикою, підбирають діаметри циліндрових втулок бурового насоса. При цьому подача насосів буде дорівнювати

Q=nК_пQ_н (3)

де к_н — коефіцієнт наповнення;

Q_н — теоретична подача насоса при даному діаметрі втулок, м³/с ;

n — кількість насосів.

Коефіцієнт К_п вибирається залежно від умови всмоктування рідини. При наявності підпору на всмоктуванні к_н = 1. Якщо всмоктування здійснюється з ємностей в грунті, то при промиванні водою к_н= 0,9 , глинистим розчином к_н = 0,8.

Вибирають густину промивальної рідини. Густину промивальної рідини, що застосовується для розбурення заданого інтервалу, необхідно визначати, виходячи з таких двох умов: створення протитиску, здатного запобігати припливу в свердловину пластових рідин і газів та попередження гідророзриву найслабших пластів.

Першу умову можна представити у вигляді

, (4)

де  — густина промивальної рідини, кг/м³;

K_р — коефіцієнт резерву;

p_пл — пластовий тиск, Па;

g — прискорення вільного падіння, м/c²;

H_к — глибина залягання покрівлі пласта з максимальним градієнтом пластового тиску, м;

p_p — диференціальний тиск, Па.

Розраховану за формулою (4) густину  необхідно перевірити на відповідність другій умові, з якої випливає, що тиск промивальної рідини в затрубному просторі проти кожного пласта повинен бути менший від тиску, необхідного для гідророзриву даного пласта. Друга умова записується таким чином:

, (5)

де — вміст рідини в шламо-рідинному потоці без врахування відносних швидкостей;

де — вміст рідини в шламо-рідинному потоці без врахування відносних швидкостей;

p_r — тиск гідророзриву (поглинання) пласта, Па;

— втрати тиску при русі промивальної рідини в затрубному просторі на шляху від розглядуваного об’єкта до устя свердловини, Па;

_ш — густина шламу, кг/м³;

H_п — глибина залягання підошви розглядуваного пласта, м;

V_м — механічна швидкість буріння, м/c.

Оскільки значення і  залежать від витрати промивальної рідини, то перевірити другу умову можна тільки після встановлення подачі насосів.

Вибирають турбобур. При турбінному способі буріння вибрана витрата промивальної рідини, крім очищення вибою і виносу шламу, повинна забезпечувати роботу турбобура із заданою величиною крутного моменту. Тому необхідно підібрати такий тип турбобура, який задовільняє такі умови: діаметр корпуса повинен бути менший за діаметр долота більше, ніж на 10 мм; витрата промивальної рідини при номінальному режимі роботи близька до прийнятої подачі насоса; крутний момент турбобура не менше, ніж на 20% більший заданого моменту, необхідного для руйнування породи.

Крутний момент турбобура під час роботи на рідині заданої густини  і витраті Q визначається із співвідношення

, (8.26)

де М_тн , _д, Q_тн — довідкові дані турбобура при номінальному режимі його роботи.

Розраховують витрати тиску в елементах циркуляційної системи.

(8.27)

де — втрати тиску в бурильних трубах, Па;

— втрати тиску в кільцевому просторі за бурильними трубами, Па;

— втрати тиску в замках і муфтах (для труб і кільцевого простору), Па;

— втрати тиску в обважнених бурильних трубах, Па;

— втрати тиску в кільцевому просторі за обважненими бурильними трубами, Па;

— втрати тиску в обв’язці (стояк, буровий шланг, кваддрат, вертлюг, верхній вузол турбобура), Па;

— втрати тиску в турбінах трубобура, Па;

p_д — втрати тиску в долоті, Па.

Для розрахунку втрат тиску при русі рідини в трубах і в кільцевому просторі необхідно визначати режим руху. Для цього визначають критерій Рейнольдса і критичне число Рейнольдса. При R_e > R_eкр — режим руху турбулентний, а при R_e < R_eкр — ламінарний. Перепад тиску в турбінах турбобура вираховується за формулою

, (8.28)

де p_тн, Q_тн — довідкові дані турбобура при номінальному режимі його роботи на рідині густиною _g .

Вибирають гідромоніторні насадки.

Резерв тиску p_д , який може бути реалізований в долоті, визначається як різниця між тиском, що розвиває насос (або насоси) при вибраному діаметрі втулок, і сумою втрат тиску в елементах циркуляційної системи:

, (8.29)

де в = 0,75-0,8. Коефіцієнт в враховує, що робочий тиск нагнітання насосів менший паспортного p_н на 20-25%.

За значенням p_д необхідно встановити можливість використання гідромоніторного ефекту при бурінні даного інтервалу свердловини. Для цього необхідно визначити швидкість руху рідини в промивальних отворах долота за формулою

, (8.30)

де  — коефіцієнт витрати (= 0,95).

Якщо значення V_д ≥ 80 м/с, то розглядуваний інтервал можна бурити з використанням гідромоніторних доліт.

Необхідно мати на увазі, що перепад тиску, який спрацьовує в насадках гідромоніторного долота, не повинен перевищувати деякого граничного значення p_кр. Це значення обумовлено як можливістю запуску турбобура, так і міцністю конструктивних елементів долота. У розрахунках беруть p_кр= 12-13 Мпа. Тому за формулою (8.29) необхідно підібрати такі значення V_д і p_д, щоб виконувались умови

V_д ≥ 80 м/с; p_д < p_кр (8.31)

При виконанні цих умов визначають сумарну площу насадок гідромоніторного долота:

, (8.32)

де - втрати промивальної рідини в ущільненнях вала турбобура.

Знайшовши , необхідно перевірити виконання умови виносу шламу і очистки вибою. Якщо різниця більша за значення витрат, розрахованих за формулами (5.28) і (5.29), то названі умови будуть дотримані.

За величиною f_д підбирають діаметри насадок гідромоніторного долота.

Якщо для даного долота V_д < 80 м/c, то необхідно зробити висновок про те, що буріння даного інтервалу з використанням гідромоніторного ефекту не можливе. У цьому випадку необхідно вирахувати перепад тиску в долоті за формулою (8.16), взявши коефіцієнт витрати  з відповідної таблиці.