1.5 Основні характеристики насосно-циркуляційного комплексу

Визначимо основні параметри, характеристики і вимоги, які повинен задовольняти насосно-циркуляційний комплекс при проведенні в певних умовах свердловин заданих конструкцій.

Швидкість руху розчину в затрубному кільцевому просторі (м/с) залежить від сумарної подачі насосів Q_с і площі кільцевого перерізу свердловини S:

(1.36)

де – швидкість руху розчину в затрубному кільцевому просторі, м/с;

– сумарна подача насосів, м /с;

S – площа кільцевого перерізу свердловини, м .

(1.37)

де діаметри доліт і бурильних труб, м.

Швидкість руху розчину в затрубному кільцевому просторі при ідеальній подачі насосів знаходимо із графіка, зображеного на рисунку 1.5.1.

Швидкість підйому розчину в кільцевому просторі повинна знаходитись у межах 0,3...0,8 м/с.

Насоси мають забезпечити підведення до долота 0,4...0,8 кВт на 1см² поверхні вибою.

Потужність вигідно підвищити, збільшивши перепад тиску на долоті P_g, а не подачу Q_c.

Потрібну подачу рідини насосом визначають із формули (1.36).

(1.38)

де Q_c – подача рідини насосом, м /с;

– швидкість руху розчину в затрубному кільцевому просторі, м/с;

S – площа кільцевого перерізу свердловини, м .

Визначення подачі рідини насоса для різних інтервалів в кільцевому просторі можна вибирати із рисунка 1.5.1.

Практикою встановлено, що подача розчину на вибій має складати від 0,06м³/с при великих діаметрах свердловин до 1м³/с на 1м² поверхні вибою при малих діаметрах.

За допомогою даного графіку визначаємо та для кожного з інтервалів, а також і за формулою (1.38).

Рисунок 1.5.1 – Залежність швидкості бурового розчину в кільцевому затрубному просторі від діаметра долота

Бурові насоси повинні мати здатність змінювати подачу в потрібному діапазоні регулювання.

(1.39)

та складати R=2…3.

Таким чином, використовуючи попередні дані, перевіряємо здатність змінювати подачу в кожному діапазоні регулювання.

Тиск на вході насосів залежить від гідравлічного опору циркуляційної системи і дорівнює сумі гідравлічних втрат в окремих елементах.

(1.40)

де Р_л – втрати тиску на подолання опору в наземній системі, Па. Р_л=2...3% від тиску розчину, що подають насоси Р_н.

Р_к – втрати на подолання гідравлічних опорів в бурильній колоні до долота, Р_к=17...30%Р_н.

Р_д – втрати в долоті, на очищення долота і забою від вибуреної породи Р_д=50...60%Р_н.

Р_з.п – частина енергії розчину, що затрачується на підйом вибуреної породи і на подолання опору в затрубному просторі Р_з.п =5...10Р_н

Втрати напору в елементах циркуляційної системи визначають із довідників, за графіком та розрахунковим шляхом.

Втрати напору Р_і залежать від щільності, в’язкості, швидкості руху розчину і розраховуються за формулою Дарсі - Вейсбаха.

(1.41)

де Р – втрати напору, МПа;

_і – безрозмірний коефіцієнт гідравлічного опору в турбулентному режимі,

для руху води по сталевих трубах _в=0,018…0,02; для розчину_р=0,018…0,025; для практичних розрахунків можна прийняти _р=0,02;

_р – густина бурового розчину, кг/м³;

l_і – довжина трубопроводу, м;

d – внутрішній діаметр трубопроводу, м;

v_ср – середня швидкість руху розчину, м/с.

(1.42)

або

(1.43)

де Q_c – подача рідини насосом, м /с;

– внутрішній діаметр трубопроводу, м;

ξ – сумарний коефіцієнт гідравлічних опорів циркуляційної системи, м^-4, залежить від глибини свердловини і її конструкції.

Корисна потужність N_c насосів визначається за формулою:

(1.44)

або

(1.46)

чи від тиску

(1.47)

де N_c – корисна потужність насосів, кВт;

Q_c – подача рідини насосами, м /с;

P – тиск на вході насосів,Па.