4.7 Решение на основе раздельного учета сил вязкости и сил пластичности

Для ВПЖ, описываемой уравнением Бингама, известен метод получения зависимости перепада давления от средней скорости течения (расхода) путем раздельного учета сил вязкости и сил пластичности. Метод заключается в том , что отдельно считается перепад давления, обусловленный вязкостью ∆Р_𝜼, и перепад давления, обусловленный динамическим напряжением сдвига ∆Р₀, при чем перепад давления обусловленный вязкостью рассчитывается по формулам для ньютоновской жидкости.

Суммарный перепад давления

∆Р= ∆Р_𝜼+∆Р_τ0 (4.62)

а) течение ВПЖ в трубе.

Перепад давления, обусловленный вязкостью, как показано выше, определяется уравнением Пуазейля

=32𝜼lU/d² (4.63)

Перепад давления, обусловленной ДНС

∆Р₀ = 4 τ₀l/d (4.64)

Суммарные перепад давления

∆Р= 32𝜼lU/d²+4 τ₀l/d= (4.65)

Зависимость (4.65) легко приводится к виду уравнения Дарси – Вейсбаха

(4.66)

б) течение ВПЖ в концентричном кольцевом пространстве

(4.67)

(4.68)

Данное выражение также легко приводится к уравнению Дарси – Вейсбаха

(4.69)

Как видно, в математическом смысле метод раздельного учета сил вязкости и сил пластичности значительно проще, чем метод основанный на решении дифференциального уравнения установившегося течения. Однако требуется проверка правомерности использования уравнений, полученных данным методом.

5 Особенности гидравлических расчетов при бурений с промывкой аэрированной жидкостью и продувкой воздухом (газом)

При бурений большей части нефтяных и газовых скважин используются растворы (глинистые, полимерные, вода), не содержащие воздуха и газа. Однако, в ряде случаев оказывается выгодным использовать для промывки скважин аэрированные жидкости или даже газ (воздух).

5.1 Области применения данных способов бурения

Бурение с промывкой аэрированной жидкостью

Плотность аэрированных жидкостей на 5 – 20 % меньше плотности жидкостей, не содержащих пузырьков газа. Отсюда, и создаваемое ими давление в скважине на 5 – 15 % меньше давления создаваемого жидкостями без аэраций. За счет этого достигается определенные положительные эффекты:

Рост показателя бурения за счет уменьшения угнетающего давления Р_угн и улучшения очистки забоя за счет эффекта флотации (пузырьки газа прилипают к частицам шлама и способствует их отделению от забоя).

Снижается интенсивность поглощений в проницаемых пластах с АНПД.

За счет уменьшения разности давления «скважина – пласт» уменьшается степень загрязнения продуктивных пластов.

Путем изменения газосодержания появляется возможность регулирования плотности промывочной жидкости без существенного изменения других её параметров.

Естественно, у бурения с промывкой аэрированной жидкостью есть недостатки, ограничивающие область его применение.

Вследствие необходимости иметь на буровой компрессор высокого давления увеличивается стоимость бурового оборудования и расходов на его эксплуатацию.

При аэрации жидкости воздухом возрастает коррозия бурового оборудования.

Аэрированная жидкость с большой скоростью изливается из устья скважины. Чтобы она не заливала около роторное пространство на устье скважины необходимо иметь гермертизирующее устройство.

Буровые поршневые или плунжерные насосы плохо всасывают аэрированную жидкость (их подача резко уменьшается). Поэтому бурение с аэрацией возможно при использовании жидкостей, которые легко деаэрируются в желобной системе и рабочих емкостях. Такой жидкостью является вода. Но бурение с помывкой водой возможно только в устойчивых (карбонатных) непродуктивных разрезах.

При аэрации используются герметичные циркуляционные системы.

Практика показала что бурение с промывочной аэрированной жидкостью экономически выгодно при:

а) бурений поглощающих разрезов, сложенных устойчивыми породами;

б) вскрытий продуктивных пластов с АНПД и с использованием герметичной циркуляционной системы, исключающей необходимость деаэраций промывочной жидкости.

Бурение с продувкой воздухом (газом)

При бурений с продувкой давление в скважине на 1.5 – 2 порядка меньше чем при бурений с промывкой капельной жидкостью.

За счет этого достигается:

- существенный рост показателей бурения (угнетающее давление становится равным нулю или отрицательным);

- кроме того, отсутствует загрязнение продуктивных пластов. Выносимый потоком газа из скважины шлам не загрязнен промывочной жидкостью, что облегчает работу геологов.

Однако данный способ бурения имеет серьезные ограничения:

а) При прохождений проницаемых пород из-за низкого давления в скважине возникает приток пластового флюидов. Это существенно затрудняет вынос шлама и требует повышенного расхода газа (воздуха);

б) если продувка осуществляется воздухом, то при проходке пластов, содержащих углеводороды и Н₂S, возможно образование взрывоопасных смесей. Избежать этого можно, используя для продувки выхлопные газы дизелей привода буровой установки. Но они вызывают коррозию бурового оборудования и загазованность буровой площадки, где работает персонал.

5.2 Расчеты при бурений с промывкой с аэрированной жидкостью