1.2.2 Гидродинамика

Гидродинамика касается флюидов в движении. Внутри негоризонтального трубопровода сочетаются “статическое” состояние (неподвижные флюиды) и состояние “потерь давления”.

В любой заданный момент разность давлений (р_A - р_B) при циркуляции с расходом Q между точками А и В (В находится после точки А) равняется разности гидростатического давления (р_{гдст A} - р_{гдст B}) между точками А и В в этот момент, увеличенной на величину суммы потерь давления, необходимых для перемещения флюида с расходом Q между точками А и В.

Получаем:

р_A - р_B = (р_{гдст A} - р_{гдст B}) + р_AB

р_A - давление в точке А при циркуляции

р_B - давление в точке В при циркуляции

р_{гдст A} - гидростатическое давление в точке А

р_{гдст B} - гидростатическое давление в точке В

р_AB - перепады давления для перемещения флюида от А до В с расходом Q.

При равенстве всех прочих величин, любое изменение потерь давления в какой-то точке системы циркуляции (закупорка, изменение отверстия штуцера манифольда и т.д.) повлечет за собой идентичное изменение давлений до этой точки и оставит неизменными давления после нее. Таким образом, при циркуляции степень открытия штуцера определит давление в любой точке системы, в частности, на забое и в бурильных трубах на устье.

1.2.2.1 Прямая циркуляция без использования штуцера

Когда система открыта, флюиды не будут находиться в равновесии, если они имеют разную плотность.

• циркуляция однородного флюида

В статическом состоянии давление на устье в бурильных трубах и в кольцевом пространстве будет нулевым. Забойное давление равно гидростатическому давлению, оказываемому столбом флюида в кольцевом пространстве (или внутри бурильной колонны).

При циркуляции считают, что давление нагнетания насоса считывается на стояке и потерями давления р_обв в наземной обвязке можно пренебречь.

Давление нагнетания р_нач будет:

р_нач = р₁ + р _кп

Давление р_заб, оказываемое на забое и выражаемое при посредстве давления на устье в кольцевом пространстве (в конце системы циркуляции), будет:

р_заб = р_{гдст кп} + р _кп

а при посредстве давления в бурильной колонне на устье (в начале системы циркуляции):

р_заб = р_уст.бк + р_{гдст 1} - р₁

где р_{гдст кп} представляет гидростатическое давление, оказываемое столбом флюида в кольцевом пространстве,

а р_{гдст 1} представляет гидростатическое давление, оказываемое столбом флюида внутри бурильной колонны.

В этом случае р_{гдст кп} = р_{гдст 1}

Примечание: Эквивалентная плотность при циркуляции _ЭКВ (ECD для англо-язычных стран), учитывающая потери давления в кольцевом пространстве, действующие на забой скважины, выражается следующей формулой:

(1.4)

Н_заб - глубина по вертикали до забоя скважины, выраженная в м.

• циркуляция флюидов разной плотности

Существует гидростатический дисбаланс между ветвью “кольцевого пространства” и ветвью “внутреннее пространство бурильной колонны”, образующими U-образную трубу. Более тяжелая ветвь отличается тенденцией перелива в более легкую.

Давление р_заб, действующее на забое и выражаемое через давление в кольцевом пространстве, будет:

р_заб = р_{гдст кп} + р _кп

a через давление в бурильной колонне:

р_заб = р_уст.бк + р_{гдст 1} - р₁

Давление нагнетания будет :

р_уст.бк = (р_{гдст кп} - р_{гдст 1}) + р ₁ + р _кп