vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Часть II. Раздел 11. Потери давления в манифольде (в обвязке насосов), перепад давления в турбобуре

11. Потери давления в манифольде (в обвязке насосов), перепад давления в турбобуре.

турбобура. Вычислить А легко, если воспользоваться имеющейся во многих справочниках таблицей, в которой приводятся результаты гидравлического испытания конкретного турбобура в виде измеренных перепадов давлений при различных расходах Q . Для этого достаточно выбрить какую-нибудь пару значений ртрб и Qтабл и найти Атрб из формулы (11.1):

Величина ρ обычно специально оговаривается в таблице. Дело в том, что турбобуры испытываются в стендовых условиях либо при промывке водой, либо глинистым раствором известной плотности.

11.2. Определение коэффициента А обвязки буровых насосов (насосных агрегатов) в условиях буровой.

Характер зависимости между р и Q преимущественно тоже квадратичный в связи с тем, что обвязка насосов (манифольд) состоит из поворотов, тройников, задвижек, а также шланга, вертлюга и квадратной (ведущей) трубы, где режим движения почти всегда турбулентный.

Величину Аобв можно определить в условиях буровой экспериментально. Для этого нужно опустить ведущую трубу в ротор (без бурильных труб) и включить один или оба буровых насоса. По числу ходов в минуту определить расход. Зафиксировать показание манометра на насосе (насосах), измерить плотность бурового раствора . Искомая величина Аобв определяется по формуле (11.2).

Аналогично можно определить в условиях буровой и Атрб, если предварительно проведен эксперимент по вычислению Аобв . Для этого необходимо навернуть на турбобур ведущую трубу и, включив насосы, прокачать через турбобур жидкость с известной подачей Q . Искомая величина определяется по формуле:

где рн - показание манометра на насосах.

ВПриложении (Листы 1…10) приведены алгоритмы (блок-схемы) расчетов потерь и перепадов давления

вциркуляционной системе скважины при промывке вязкими, вязкопластичными и псевдопластичными жидкостями.

76

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Часть II. Раздел 12. Гидравлическая характеристика скважины и совмещение ее

сгидравлической характеристикой насосных агрегатов

12.Гидравлическая характеристика скважины и совмещение ее

сгидравлической характеристикой насосных агрегатов.

12.1. Гидравлическая характеристика скважины.

Под гидравлической характеристикой скважины обычно понимают представленные графически три зависимости :

изменение потерь давления рк в заколонном пространстве от расхода Q;

аналогичная зависимость потерь давления в циркуляционной системе в целом рп (без учета перепадов давления на долоте и турбобуре, если последний имеется);

зависимость давления на насосе рн от расхода Q .

Нет нужды доказывать, что вторая зависимость включает в себя первую, а последняя – вторую.

При использовании ВПЖ (рис. 12.1) зависимость рк =f(Q) до достижения Qкр будет практически линейной (линия 1). При Q > Qкр (хотя бы на одном из участков кольцевого пространства) начнется турбулентный режим, и потери давления начнут расти быстрее, чем Q . В связи с тем, что о >0 график рк=f(Q) начинается не с нуля, а с pо.к.

Сложнее обстоит дело с суммарными потерями давления в циркуляционной системе, включающими в себя потери в трубах, в кольцевом пространстве и манифольде (линия 2). Здесь невозможно говорить о типичности линии, отражающей зависимость рп =f(Q) . Дело в том, что турбулентный режим внутри труб начинается, как правило, раньше, чем в затрубном пространстве; в УБТ – раньше, чем в бурильных трубах, а в манифольде, как уже отмечалось, режим движения всегда турбулентный. Для этой линии, которая всегда так же, как и предыдущая, начинается с ро.п>0, характерна большая "квадратичность".

Если к потерям рп добавить перепады давления рд и ртрб (если турбобур введен в состав колонны труб), то получится линия 3, являющаяся гидравлической характеристикой скважины в целом. Обычно рд и ртрб превышают существенно рп .

Совершенно очевидно, что гидравлическая характеристика скважины постоянно меняется по мере углубления скважины. Иначе говоря, для каждой конкретной глубины имеется свой набор зависимостей рк =f(Q), рп =f(Q), рн=f(Q). Иными становятся функции при существенном изменении технологических (особенно реологических и плотности ) параметров. Внесение изменений в компоновку бурильной колонны или изменение диаметра скважины немедленно отразится на гидравлической характеристике.

Очень полезно периодически "снимать" гидравлическую характеристику скважины при не менее чем трех (или более) фиксированных подачах насоса (насосов). Советуем не забывать при этом записать "остаточное" давление на насосах (после остановки насосов, но до открытия пусковой задвижки). Величина ро.п дает возможность оценить величину о в реальных условиях бурения.

Рис. 12.1. Общий вид зависимостей р(Q) при промывке скважины вязкопластичной жидкостью: 1

– потери давления в заколонном пространстве; 2 – суммарные потери давления (сумма потерь в трубах и в заколонном пространстве); 3 – давление на насосах.

77

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Часть II. Раздел 12. Гидравлическая характеристика скважины и совмещение ее с гидравлической характеристикой насосных агрегатов

Рис. 12.2. Общий вид зависимостей р(Q) при промывке скважины псевдопластичной жидкостью: 1 – потери давления в заколонном пространстве; 2 – суммарные потери давления (сумма потерь в трубах и в заколонном пространстве); 3 – давление на насосах.

Если жидкость при течении "подчиняется" псевдопластичной (степенной) модели (ППЖ), то гидравлическая характеристика будет заметно отличаться от таковой для ВПЖ (рис. 12.2). Как известно (об этом мы говорили в разделах 5 и 6), при ламинарном движении степенной жидкости, имеющей показатель нелинейности n < 1, зависимость р =f(Q) будет соответствовать линии 1 (заколонное пространство) на рис. 12.2. Все линии, в том числе линия давления на насосе, берут начало в точке 0, поскольку ППЖ – не имеет начальной прочности

( о = 0) .

12.2. Гидравлическая характеристика насосных агрегатов.

Гидравлическая характеристика насоса (насосов) – это зависимость между расходом (подачей насоса) и предельным давлением, которое может развить данный насосный агрегат.

Насосный агрегат может быть представлен одним, двумя и большим числом насосов (буровых, цементировочных и т.п.). Каждый насос или группа насосов имеет конкретную мощность привода (дизели, электродвигатели).

Буровые насосы обычно поршневые. При фиксированном числе двойных ходов подача насосов может меняться только заменой диаметра поршней. Такая ситуация характерна для электропривода с асинхронными или синхронными электродвигателями.

На рис. 12.3. показана гидравлическая характеристика одного и двух буровых насосов У8-6М. В координатах "рдоп – Q" строго в масштабе нанесены гидравлические характеристики насосных агрегатов по их теоретической подаче (при коэффициенте наполнения н, равном 1), а на них выделены точки (и линии), соответствующие разным диаметрам втулок (от 190 до 130 мм) расходы и предельно допустимые давления. Например, насосный агрегат из одного насоса на втулках (поршне) диаметром 170 мм обеспечивает подачу в количестве 35,6 дм3/с при предельно допустимом давлении 14,3 МПа.

При использовании двух насосов, естественно, подача удваивается, но в обоих случаях насосный агрегат при указанных поршнях (втулках) не может развить давление более 14,3 МПа. Предел давления обусловлен установленной мощностью и механической прочностью поршневой группы и трансмиссии. Легко доказать, что произведение подачи на соответствующее предельно допустимое давление есть величина постоянная и по

Зависимость (12.2) – это гипербола. Если бы было бесконечное число стандартных размеров цилиндрических втулок у поршневых насосов, то их гидравлическая характеристика представляла бы собой гиперболу. В реальной практике число стандартных размеров втулок ограничено (например, у насоса У8-6М их семь). Это означает, что при жестком электроприводе один насос может подавать 7 фиксированных расходов (от 19,7 до 46 дм3/с). Иначе говоря, гидравлическая характеристика насоса У6-6М, представляет собой совокупность 7 точек, лежащих на гиперболической кривой, отражающей предельные возможности данного насосного агрегата.

78

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Часть II. Раздел 12. Гидравлическая характеристика скважины и совмещение ее с гидравлической характеристикой насосных агрегатов

Рис. 12.3. Гидравлическая характеристика бурового насоса (насосов).

"Мягкий" привод (дизельный или электропривод от двигателей постоянного тока, а также от электродвигателей переменного тока с частотным регулированием) позволяет регулировать подачу путем уменьшения числа ходов поршня в минуту (от предельно допустимого, номинального, числа). На рис. 12.3 приведена гидравлическая характеристика насоса (насосов) У8-6М, которая представляет собой набор уже не точек, а горизонтальных отрезков прямых, "упирающихся" справа на соответствующую гиперболу. Дело в том,

79