1.2.2.2 Прямая циркуляция с использованием штуцера

• циркуляция однородного флюида

В статическом состоянии до начала циркуляции давление в бурильных трубах на устье р_бк и давление р_кп перед закрытым штуцером равны. Гидростатическое давление столба флюида в кольцевом пространстве равно гидростатическому давлению столба флюида внутри бурильной колонны. Забойное давление в статическом состоянии равно р_кп + р_{гдст кп} (или же р_бк + р_{гдст 1}).

Давление р_заб на забое после начала циркуляции, выраженное через давление в кольцевом пространстве, составит:

р_заб = р_{гдст кп} + р _кп + р_шт + р_кп

a через давление в бурильной колонне:

р_заб = р_бк + р_{гдст 1} - р₁

Давление нагнетания будет :

р_нач = р ₁ + р _кп + р _шт + р_кп

• циркуляция флюидов разной плотности

В статическом состоянии до начала циркуляции давление р_бк в бурильных трубах на устье отличается от давления р_кп , существующее только перед штуцером. Забойное давление равно р_кп + р_{гдст EA} (или р_бк + р_{гдст 1}). При этом мы получаем :

р_заб = (р_{гдст кп} - р_{гдст 1}) + р_кп (1.5)

С учетом давления в бурильных трубах на устье, после начала циркуляции давление нагнетания р_бк будет :

р_уст.бк = р_бк + р ₁ + р _кп + р_шт (1.6)

С учетом давления на устье в кольцевом пространстве:

р_уст.бк = (р_{гдст кп} - р_{гдст 1}) + р ₁ + р _кп + р_шт + р_кп (1.7)

Давление на забое р_заб, выраженное через давление в кольцевом пространстве, будет :

р_заб = р_{гдст EA} + р _кп + р_шт + р_кп (1.8)

а через давление в бурильных трубах на устье:

р_заб = р_уст.бк + р_{гдст 1} - р ₁ (1.9)

1.2.2.3 Обратная циркуляция

В каждой скважине для любого заданного расхода потери давления одинаковы при прямой и обратной циркуляции. Однако давление на забое для двух случаев будет разным, а потери давления в кольцевом пространстве будут отличаться от потерь давления внутри бурильной колонны.

При нормальных условиях бурения давление р₁ будет намного выше давления р_кп. Таким образом, давление на забое при обратной циркуляции будет гораздо выше, чем при прямой циркуляции.

В рамках операций по обслуживанию и капитальному ремонту скважин может понадобиться подача флюида, выходящего из труб, в кольцевое пространство и направление пластового флюида к манифольду штуцера. При сохранении предыдущих условий давление нагнетания р_нач в этом случае будет:

р_нач = (р_{гдст 1} - р_{гдст кп} ) + р_кп + р ₁+ р_шт + р_кп

а давление на забое р_заб будет :

р_заб = р_{гдст 1} + р ₁+ р _CL + р_кп

1.3 Газовые законы

1.3.1 Идеальные газы

Рассмотрим постоянную массу вещества в газообразном состоянии, последовательно помещаемую в условия с различными значениями температуры, давления и объема (см. рис. 1.4).

Рис. 1.4 Газовые законы

V₁ представляет занимаемый газом объем, P₁ - его давление и Т₁ - абсолютную температуру в ситуации 1,

V₂ представляет занимаемый газом объем, P₂ - его давление и Т₂ - абсолютную температуру в ситуации 2.

Закон для идеальных газов записывается как :

(1.10)

При этом P₁ и P₂ выражаются в одинаковых единицах давления, V₁ и V₂ в одинаковых единицах объема, а Т₁ и Т₂ в единицах абсолютной температуры (градусы Кельвина).

При постоянной температуре получаем закон Бойля-Мариотта :

P₁  V₁ = P₂  V₂ (1.11)