2.3.2 Технологический расчет промывки скважины для удаления песчаной пробки

Произвести гидравлический расчет промывки скважины для удаления песчаной пробки.

Исходные данные:

глубины скважины Н = 1120 м;

диаметр эксп. Колонны D = 146 мм;

диаметр промывочных труб d =60 мм;

max. размер песчинок  = 1,0 мм;

глубина фильтра скважины 1100 – 1080 м;

уровень песчаной пробки равен 1000 м;

Определить:

• Давление на выкиде насоса;

• Давление на забое скважины;

• Необходимую мощность двигателя;

• Время на промывку скважины для удаления пробки;

• Разрушающее действие струи при промывки скважины;

Для промывки используется насосная установка УН1Т = 100х200.

В таблице 2.11. приведена характеристика насоса НП-100ХЛ1 насосной установки при частоте вращения вала двигателя = 1070 об/мин, общем коэффициенте полезного действия =0,8 и  плунжера = 125 мм.

Таблица 2.11.

Подача и давление развиваемые насосом НП-100ХЛ1

Скорость коробки передач	Число двойных ходов плунжера в минуту	Подача, дм3/с	Давление, мПа
І ІІ ІІІ ІV	49,8 72,8 110,0 168,0	3,8 5,6 8,4 12,9	20,0 17,1 11,3 7,4

2.3.2.1 Прямая промывка водой

Определяем потери напора на гидравлические сопротивления при движении жидкости в промывочных трубах диаметром 73 мм по формуле:

, (2.6)

где, - коэффициент трения при движении воды в трубах,0,037;

d_в – внутренний диаметр промывочных труб, 60 мм;

v_н – скорость нисходящего потока жидкости, м/с (таблица 2.12.).

По графику (Приложение) путем интерполирования находим скорости нисходящего потока воды при соответствующей подаче насоса .

Подставив значения, находим потери напора по формуле (2.6.) при работе на ІV скоростях:

Таблица 2.12.

Скорость нисходящего потока воды при соответствующей подаче насоса

Подача	vн
І 3,8 дм3/с ІІ 5,6 дм3/с ІІІ 8,4 дм3/с ІV 12,9 дм3/с	1,911 м/с 2,812 м/ 4,225 м/с 6,489 м/с

Определяем потери напора на гидравлические сопротивления при движении смеси жидкости с песком в затрубном пространстве:

, (2.7.)

где  - коэффициент, учитывающий повышение гидравлических потерь напора в результате содержания песка в жидкости. Находится в пределах 1,1 1,2, принимаем =1,02;

 - коэффициент трения при движении воды в затрубном пространстве, определяется по разновидности диаметров 146 мм (D_в=128 мм) и 60 мм (d_н=60 мм) труб: 128 -60 мм, для которых =0,035;

d_н- наружный диаметр промывочных труб.

v_в- скорость восходящего потока жидкости в затрубном пространстве, м/с (Приложение). (Например, q=3,8 дм³/с 146х60 мм  v_в=0,365 м/с).

Для расходов жидкости на І, ІІ, ІІІ и ІV скоростях насосной установки (см. таблицу 2.12.) находим соответствующие значения скоростей восходящего потока для 60 мм промывочных труб, спущенных в 146 мм колонку; они равны м/с.(Приложение)

Подставляя значения в формулу (2.7.), получим потери напора h₂ при движении жидкости с песком в затрубном пространстве:

Определяем потери напора на уравновешивание столбов жидкости разной плотности в пром. трубах и в затрубном пространстве по формуле К.А. Апресова:

, (2.8.)

где m – пористость песчаной пробки m=0,3;

F-площадь поперечного сечения 146 мм эксп. колонны F=129 см²;

l-высота пробки промытой за один прием (длина двух трубкок равна 14 м);

f – площадь поперечного сечения кольцевого пространства между 146 мм и 60 мм трубами f=101 см²;

_п – плотность песка _п = 2600 кг/м³

_ж – плотность пром. жидкости – воды _ж=1000 кг/м³;

v_кр – скорость свободного падения песчинок в воде для песчинок размером =1,0 мм равна 9,5 см/с ( таблица 2.13.);

v_в – скорость восходящего потока жидкости, см/с.

Таблица 2.13.

Скорость свободного падения песчинок в воде v_кр

Размер зерна, мм	Скорость свободного падения см/с
1,00	9,50

Определяем потери напора на гидравлические сопротивления в шланге и вертлюге при движении воды. Эти потери находим по таблице 2.14. путем интерполирования

Подставляя значения в формулу (2.8.) находим потери напора h₃ при работе установки:

Таблица 2.14.

Гидравлические потери напора в шланге и вертлюге

Расход воды дм3/с	Потери напора, м	Расход воды дм3/с	Потери напора, м
3	4	8	29
4	8	9	36
5	12	10	50
6	17	12	104
7	22	15	186

Потери напора возникающие в шланге h₄ и вертлюге h₅ , составляют в сумме при работе:

на І скорости (h₄+h₅)_I =7,2 м;

на ІІ скорости (h₄+h₅)_II = 15 м;

на ІІІ скорости (h₄+h₅)_III = 31,8 м;

на ІV скорости (h₄+h₅)_IV = 128 м;

Находим потери напора h₆ на гидравлические сопротивления в 73 мм

нагнетательной линии от насоса агрегата до шланга. Принимаем длину этой

линии l= 50 м. По формуле (2.9.) находим потери напора:

Определяем давление на выкиде насоса (мПа):

р_н= , (2.10.)

Подставляя значения, имеем:

Определяем давление на забое при работе установки:

, (2.11.)

где Н – глубина скважины, м;

Подставляя данные в формулу (2.11.), получаем:

Определяем мощность, необходимую для промывки скважины от песчаной пробки по формуле:

, (2.12.)

где _а – общий механический к.п.д. насосной установки _а=0,8.

Подставив в формулу (2.12.), имеем:

Так как насосная установка УН1Т – 100х200 имеет номинальную мощность 83 кВт, то работа ее на ІV скорости невозможно. Поэтому расчеты будем вести только для трех скоростей.

Определим коэффициент использования максимальной мощности насосной установки:

, (2.13.)

Определим скорость подъема размытого песка, который находится как разность скоростей:

v_п=v_в-v_кр , (2.14.)

Подставляя фактические данные, получим:

Продолжительность подъема размытой пробки после промывки на длину колена (двух трубок) до появления чистой воды вычисляется по формуле:

, (2.15.)

Итак, продолжительность подъема песка:

Определяем размывающую силу жидкости по формуле:

, (2.16.)

где Q – подача агрегата, дм³/с;

f – площадь поперечного сечения струи жидкости, нагнетаемой в скважину, т.е. площадь поперечного сечения промывочных труб;

F – площадь проходного сечения эксплуатационной колонны (для 168 мм колонны равна 129 см²).

Подставляя значения в формулу (2.16.), получим значения Р: