книги из ГПНТБ / Элияшевский, И. В. Типовые задачи и расчеты в бурении учеб. пособие

где А р — коэффициент перепада давления в турбобуре. Величину А р можно найти по формуле

Здесь р' — перепад давления в турбобуре при максимальной произ­ водительности Qx в л/с. Согласно данным табл. 39 приложения, р!р — 77 кгс/см2 при Q1 = 55 л/с. Тогда

рт = 2116 • К)'5 • 1,2 • 302 = 22,8 кгс/см2.

ртур = 1,83 -f- 22,8 = 24,63 кгс/см2.

Таким образом, суммарные потери давления во всей циркуляцион­ ной системе будут равны

Р = Р тр + Р к . п + Р у + Р з + Рд + Роб+Ртур-

р = 15,7 + 7,12 + 2,39 + 4,57 + 4,5 + 1,32 + 24,63 = 59,24 кгс/см2.

П р и м е ч а н и е . Значения ртр, рк п, ру, р3, рд и роб при бурении ро­ торным способом определяются аналогично.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРОМЫВКИ СКВАЖИНЫ ПРИ БУРЕНИИ ЭЛЕКТРОБУРОМ

Задача 30. Определить потери давления при бурении скважины глубиной Н = 2100 м и электробуром Э250/8 при следующих дан­ ных: удельный вес глинистого раствора угл = 1 ,2 гс/см3 (1200 кгс/м3); расход промывочной жидкости Q — 30 л/с (0,030 м3/с); структурная вязкость раствора г| = 0,1 пз (1 -ТО-3 кгс-с/м2); динамическое напря­ жение сдвига то •= 80 дн/см2 (0,816 кгс/м2). Бурение ведется буриль­ ными трубами ЭБШ диаметром 140 мм с толщиной стенки 6 = 9 мм, долотом DA = 295 мм. Над электробуром установлена УБТ длиной /у = 100 мм, диаметром D y = 203 мм, внутри бурильных труб распо­ ложен трехжильный кабель КТШЭ 3 X 50 мм2, наружный диаметр которого dK = 45 мм.

Решение.

Определение потерь давления в бурильных трубах ЭБШ

Определим режим течения глинистого раствора в трубах ЭБШ диаметром 140 мм с кабелем КТШЭ 3 X 50 мм2 по формуле

Р о * — Угл. р^тр (d — dK)

где vTp — средняя скорость течения жидкости в бурильных трубах с кабелем.

60

d — внутренний диаметр труб ЭБШ диаметром 140 мм с толщиной

т. е. режим течения турбулентный.

Определим потери давления в трубах ЭБШ по формуле

Тогда

•____________ 8 2 ,6 Я Тр_______

Т Р _ ( d ~ d K) 3 ( d + d K)2 >

получим коэффициент потерь давления в трубах ЭБШ диаметром

140 мм

Таким образом, коэффициент потерь давления в трубах ЭБШ диа­ метром 140 мм с кабелем примерно в 3 раза больше, чем в обычных трубах диаметром 140 мм без кабеля при прочих равных условиях.

П р и м е ч а н и е . В настоящее время для уменьшения гидравлических потерь в бурильных трубах типа ЭБШ применяют двухжильный кабельный токопровод.

Определение потерь давления в трубах УБТ

Определим режим течения глинистого раствора в трубах УБТ

Re* = Угл, р^тр. у (dy — dK)

d y — d K Ч

g (т] + То 6утр.у /

61

Тогда

_________ 82,6ХТР

ЯУБТ ( d — dK)3 (d + dK)2

получим коэффициент потерь давления в трубах УБТ диаметром 203 мм с кабелем диаметром 45 мм.

82,6 • 0,0322

= 7,68-10-5.

УБТ (10,0 — 4,5)3 (1 0 ,0 + 4„5)2

Таким образом, коэффициент потерь давления в 203-мм трубах УБТ с кабелем примерно в 3,5 раза больше, чем в тех же УБТ без кабеля при прочих равных условиях.

Определение потерь давления в ведущей трубе

Потери давления в ведущей трубе определяются аналогично поте­ рям давления в трубах УБТ с кабелем.

Ведущая труба для электробурения изготовляется с увеличенным проходным сечением 100 мм независимо от диаметра применяемых труб ЭБШ. Поэтому в данном примере коэффициент потерь давления

62

в ведущей трубе будет равен коэффициенту потерь давления в трубах УБТ, т. е. ав т = 7,68-10"5.

Тогда потери давления в 168-мм ведущей трубе с кабелем равны

Рв, т “ ®в. т^в. тУгл. pQ I

где /в т — длина ведущей трубы принимается равной 15—17 м.

рв> т = 7,68 • 1(Г5• 15 • 1,2 • 302 = 1,25 кгс/см2.

Определение потерь давления в замках ЭБШ

Потери давления в замках ЭБШ диаметром 140 мм с достаточной точностью для практических расчетов можно определить по формуле

Рз. э — 5 й зу гл pQ £тр t

где а3 — коэффициент потерь давления в замковом соединении. Согласно данным табл. 18 приложения, а3 = 2,2-10"5; L — общая длина бурильной колонны, равная 2000 м; ZTp — длина одной трубы ЭБШ-140. Согласно данным табл. 23 приложения, ZTp = 12,5 м. Тогда

Рз. з = 5 -2 ,2 -10~5 -1,2 - 302-у|^г = 19 кгс/см2.

Определение потерь давления в электробуре

Определим режим течения раствора в электробуре Э250/8

dsn — диаметр отверстия вала электробура. Согласно данным табл. 25 приложения, йэп — 58 мм.

т. е. режим течения турбулентный.

Определим потери давления в электробуре по формуле

р эл = 82 ,6 Х эл-^ р £ .У гл . р,

иЭЛ

63

Г л а в а IV

ПРОДУВКА ЗАБОЯ СКВАЖИНЫ ГАЗООБРАЗНЫМ АГЕНТОМ

Бурение с применением газообразных агентов является новымг и одним из наиболее прогрессивных и высокоэффективных способов! бурения.

Практика бурения показывает, что для продувки скважин исполь­ зуют сжатый воздух, естественный газ и выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания. При наличии водопритоков в скважинах в поток воздуха часто добавляют воду, глинистый раствор или рас­ творы поверхностноактивных веществ, создающих устойчивую пену..

Бурение с продувкой имеет несколько разновидностей. Так, на­ пример, когда в скважину нагнетают сжатый воздух (газ) и жидкость* такое бурение называется бурением с промывкой аэрированной жидкостью. Если при бурении скважин в проходимых породах имеются горючие газы, то бурить с продувкой воздухом надо осто­ рожно, во избежание возникновения в скважине взрывов и пожаров. В подобных случаях целесообразно применять продувку природ­ ным газом. При бурении с продувкой в районах, где возможно по­ ступление в скважину метана или другого газа, помимо природного применяют выхлопные газы от двигателей внутреннего сгорания, входящих в привод буровой установки. Поверхностная обвязка при использовании выхлопных газов усложняется по сравнению с обвяз­ кой при продувке сжатым воздухом. Выхлопные газы перед подачей в компрессоры необходимо пропускать через холодильники и влагомаслоотделители, а перед нагнетанием в скважины добавлять в них; ингибиторы для защиты бурильных труб от коррозии.

Положительным фактором продувки является то, что выбуренная порода благодаря огромным скоростям воздушного потока в затрубном пространстве выносится на поверхность весьма быстро, поэтому практически всегда известно, какую породу бурят в данный момент.

Газообразные агенты не создают гидростатического давления на стенки, однако практика бурения с продувкой показывает, что устой­ чивость стенок скважин достаточна. При продувке облегчаются гидрогеологические наблюдения в скважинах. В практике бурения часто бывает, что зоны поглощения при продувке оказываются

водопроявляющими, при этом совершенно изменяется и интенсивность водопроявлений, легче обнаруживаются нефтеносные и газоносные горизонты.

При продувке воздухом пласт практически не засоряется, дебит скважины и коэффициент отдачи увеличиваются. Наибольшую эффек­ тивность бурение с продувкой дает в устойчивых, сцементированных породах при отсутствии водопритоков.

Вцелом замена промывочной жидкости газообразными агентами

вряде случаев позволяет не только устранить недостатки, наблюда­ ющиеся при бурении с промывкой, но и улучшить условия труда буровых бригад, облегчить организацию работ и самое главное снизить стоимость 1 м проходки.

Последнее достигается в результате увеличения механической скорости бурения в 10—12 раз; повышения стойкости долот (увеличе­ ния проходки за рейс и сокращения расхода долот в 10 раз и более); отсутствия затрат, связанных с приготовлением и подвозом промы­ вочной жидкости, и пр.

Для выполнения электрокаротажа при продувке в скважину необ­ ходимо заполнять жидкостью. Радиоактивные методы, индуктивный термокаротаж и другие виды геофизических работ (инклинометрия, кавернометрия, торпедирование и т. д.) могут проводиться без огра­ ничений.

Для бурения глубоких скважин на нефть и газ с применением газообразных агентов наиболее целесообразно (при роторном и тур­ бинном бурении, взрывобурении и электробурении) использовать прямую схему циркуляции, а в качестве рабочего агента — сжатый воздух, природный газ и аэрированную жидкость. При этом каждый из указанных рабочих агентов в данном конкретном случае выби­ рается особо в зависимости от гидрогеологических и технических условий. Решающим показателем при этом должен быть экономиче­ ский фактор, отнесенный к стоимости 1 м проходки.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТИЧЕСКОЙ И ПОЛНОЙ СКОРОСТИ ВОСХОДЯЩЕГО ПОТОКА ВОЗДУХА В ЗАТРУБНОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Задача 31. Определить критическую и полную скорость восходя­ щего потока воздуха в затрубном пространстве при разбуривании песчаников плотностью уп = 2,6 г/см3 (2600 кг/м3) на глубине 2400 м.

в затрубном пространстве, приведенная к нормальным условиям, определяется по формуле

66

Для получения полной скорости потока необходимо к критиче­ ской скорости прибавить избыточную скорость, т. е. ту, с которой выбуренная порода должна подниматься на поверхность.

Принимая избыточную скорость равной 8 м/с, получаем полную скорость ,

v = 12,2 + 8 = 20,2 м/с.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМНОГО И ВЕСОВОГО РАСХОДА ГАЗООБРАЗНОГО АГЕНТА

Задача 32. Используя данные предыдущей задачи, определить расход воздуха.

Решение. Расход воздуха без учета глубины бурения опреде­ ляют по формуле

Q = v ^ - ( D t Kb- D 2).

Для нашего случая v = 20,2 м/с; D CKB — 0,20 м; D = 114 мм = = 0,114 м.

Подставляя эти значения, получаем

Q = 20,2 (0,22 —0,1142) = 0,427 м3/с = 25,6 м3/мин.

П р и м е ч а н и е . При необходимости определить расход воздуха для бурения в нормальных условиях, можно обойтись без специальных расчетов пользуясь данными табл. 26 приложения.

С ростом глубины бурения расход газообразного циркулиру­ ющего агента следует увеличивать на каждые 600 м глубины на 10__

20% по сравнению с предыдущим расходом. Считая, что расход

средняя температура окружающего воздуха 20 °С (293 °К).

трубном пространстве (весовой расход воздуха и шлама) при следу­ ющих условиях: весовой расход воздуха G = 42,5 кг/мин; механиче­

Суммарный весовой расход потока в затрубном пространстве равен

GcyM= 42,5 + 13,6 = 56,1 кг/мин = 0,949 кг/с.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ ПОДЪЕМА ЧАСТИЦ ВЫБУРЕННОЙ ПОРОДЫ НА ПОВЕРХНОСТЬ ПРИ ПРОДУВКЕ

Задача 35. Определить время подъема частиц выбуренной породы на поверхность при следующих условиях: глубина скважины Л”=

кольцевого пространства, вращения бурильных труб и других фак­

68

торов. При расчетах можно принять а = 1,13—1,14. Принимая

а— 1,13, получаем

и= 20,2 -1,13 -12,2 = 6,4 м/с.

Тогда полное время выноса частицы с глубины 2400 м на поверх­ ность составит

Следовательно, время подъема частицы на поверхность при про­ дувке исчисляется минутами, а при промывке — часами.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА В КОМПРЕССОРЕ ПРИ ПРОДУВКЕ

Задача 36. Определить давление воздуха в компрессоре при по­ даче воздуха в скважину в количестве 37,5 м3/мин. Глубина бурения

=30 кгс-м/кг °С; нагнетательная линия и стояк выполнены из труб

свнутренним диаметром 150 мм, их общая длина 60 м; внутренний диаметр шламоотводящей линии 150 мм, длина 50 м; средняя темпе­ ратура движущегося в циркуляционной системе воздуха 310 °К;

весовой расход воздуха 0,71 кг/с; весовой расход смеси (воздуха и шлама) 0,94 кг/с.

Решение. Определим потери давления в шламоотводящей линии по формуле

где к — безразмерный коэффициент аэродинамического сопротивле­ ния. Согласно данным табл. 27 приложения, к = 0,0177.

П р и м е ч а н и е. Коэффициент А, может быть также определен по формуле: для труб круглого сечения

,0,009407

'

для труб кольцевого сечения

,0,009407

^---- Т~ ’

Уd1 —d2

где d0 — диаметр отверстия, через которое движется газовый поток, в м; dx — диаметр кольцевого сечения канала (скважины) в м; i , - диаметр кольцевого сечения канала (бурильных труб) в м.

69