§ 2. Основные характеристики

Для обеспечения высокой эффективности бурения, особенно на больших глубинах, гидравлическая мощность насосов дол­жна обеспечить наивыгоднейшее сочетание трех факторов: мак­симумов гидравлической мощности на долоте, гидравлической силы струи и достаточной скорости раствора для выноса раз­буренных частиц породы.

С

(VIM)

корость движения раствора в кольцевом пространстве v₃ (в м/с) зависит от подачи насосов Q_H (в м³/с) и площади коль­цевого сечения скважины 5 (в м²):

v, = QJS.

Скорость подъема раствора в кольцевом пространстве нахо­дится в пределах 0,4—1,0 м/с и определяется рядом факторов: фактическими свойствами раствора и буримых пород; размером выбуренных частиц; диаметром скважины и бурильных труб.

В настоящее время установлено, что подводимая к долоту гидравлическая мощность сильно влияет на эффективность бурения, в связи с чем к долоту стремятся подводить удельную мощность (мощность, отнесенная к площади забоя) 0,4— 0,8 кВт/см². Это достигается либо путем увеличения подачи на­сосов Q_H, либо повышением перепада давления на долоте р_А. В зависимости от условий бурения эту задачу решает буриль­щик, однако насосы должны во всех случаях удовлетворять тре­бованиям бурения.

П

(VII.2) (VI 1.3)

одача насосов (в м³/с) определяется в зависимости от вы­бранной скорости раствора v₃ в затрубном кольцевом простран­стве 5 и требуемой мощности на долоте:

Qh = «Л

s=-5-W-4),

4

где Dд и d-r — диаметры долота и бурильных труб, м.

В связи с тем что начальный диаметр ствола скважины, сле­довательно, и долота в 2—3 раза больше конечного, площадь забоя может увеличиваться в 4—9 раз. Практикой установ­лено, что для эффективного бурения подача раствора на забой должна быть 0,006 при больших диаметрах скважины и

1. 01 м³/с на 1 м² площади забоя при малых диаметрах. Коли­чество же раствора при одном и том же диаметре долота с уве­личением глубины может снижаться, а буровые насосы дол­жны обладать способностью изменять подачу в требуемом диа­пазоне регулирования # = Qmax/Qmm=2-i-3, а иногда и более.

Давление насосов (в Па) зависит от гидравлического со­противления циркуляционной системы (рис. VII.1) и равно сумме сопротивлений ее отдельных элементов:

Рн = SPf = Р_л + Рт+Рубт +Р_Дол +Р_К+/V (VII.4)

Величины потерь давлейия в элементах циркуляционной си­стемы определяются из справочников или расчетным путем.

Потери давления (в Па) при прокачивании раствора зависят от плотности, вязкости и скорости раствора, шероховатости стенок трубы и вычисляются по формуле Дарси — Вейсбаха

^(VIL5>

г

'„ = •^-==1,27-^. (VII.6)

де % — безразмерный коэффициент гидравлических сопротив­лений; в трубах раствор течет при турбулентном движении, и для движения воды по стальным трубам Я,=0,018-^0,020, для раствора Я=0,018ч-0,025; для практических расчетов можно принимать ^=0,02; р_р — плотность раствора, кг/м³; 1_г — длина трубопровода, м; а_ср — средняя скорость течения раствора, м/с; d — внутренний диаметр трубопровода, м

red² d?

В общем виде формулу (VII.4) можно представить так:

Р« = 5«Рр<$. (VII.7)

где |₈ —суммарный коэффициент сопротивлений циркуляцион­ной системы, зависящий от изменения глубины скважины и ее конструкции, м^-4.

В зависимости от количества прокачиваемого раствора Q_H давление насосов изменяется пропорционально квадрату их по­дачи и коэффициенту сопротивлений.

Гидравлические сопротивления циркуляционной системы мо­гут быть разделены на две категории: 1) переменные в трубах рт и кольцевом пространстве р_к> изменяющиеся с глубиной сква­жины и 2) не изменяющиеся с глубиной р_ю р_УБТ и р_яол. Регу­лирование подачи Q_H и давления р_н ограничено мощностью на­сосов и прочностью напорной линии.

Полезная мощность (в кВт) насосов является функ­цией подачи Q_H и давления р_н:

iV„ = Q^„. (YII.8)

Мощность насосов (в кВт)

• (VII. 9)

где tih~0,75 —к. п. д. насоса.

Поскольку в процессе бурения гидравлические сопротивле­ния переменны, полезная мощность насосов будет зави­сеть от подачи

#п = 1_еР_РФн (VII. 10)

или от давления

Поскольку диаметры скважины изменяются в зависимости от конструкции, а компоновки циркуляционной системы могут быть различны, необходимо знать пределы регулирования пара­метров насоса Q_fI, р_и и мощность Ы_ш для выбора двигателей.