vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Часть III. Раздел 15. Расчет гидродинамических давлений при равномерном движении “открытых” трубных колонн в скважине

Часть III. Проектирование и оптимизация гидравлических программ буровых процессов

15. Расчет гидродинамических давлений при равномерном движении “открытых” трубных колонн в скважине.

В разделе 14 изложена (с обоснованием) методика расчета гидродинамического давления, возникающего при движении “закрытой” колонны, когда жидкость не может ни поступать внутрь труб при их спуске, ни вытекать из труб при подъеме. Нет нужды доказывать, что “открытые” колонны труб (если долотные отверстия не забиты или в колонне нет обратного клапана, а также, например, нет пластоиспытателя) создают меньшие по величине гидродинамические давления. Трубное пространство, куда при спуске устремляется (под действием возникающего давления) часть вытесняемой жидкости, является как бы каналом “утечки” давления.

15.1. Методика расчета гидродинамического давления при равномерном движении “открытой” колонны труб.

Представим себе двухразмерную бурильную колонну (рис. 15.1), составленную из УБТ диаметром d1 и бурильных труб диаметром d2 в скважине диаметром D. Пусть колонна заканчивается долотом с заданной площадью сечения промывочных каналов (на рис. 15.1 промывочный узел представлен условно одним отверстием).

При равномерном движении вниз в колонну устремляется жидкость с некоторым установившимся расходом Qв, являющимся частью расхода вытеснения Qвт:

неизбежно равно ргд в заколонном пространстве:

рв=ргд. (15.2)

Следовательно, расход Qв должен быть точно таким, чтобы выполнялось условие (15.2).

Величина рв численно равна потерям давления при движении жидкости по трубам снизу вверх (как при “обратной” промывке).

99

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Часть III. Раздел 15. Расчет гидродинамических давлений при равномерном движении “открытых” трубных колонн в скважине

Чтобы найти Qв для конкретного случая спуска, нужно, предварительно задавшись uт1, выбрать первое ориентировочное значение Qв1. Вычислить потери в трубах рв (по изложенным в разделах 4…11 методикам) и прибавить к ним перепад на долоте:

где μсп=0,85 (резкое сужение при входе жидкости в насадки снизу).

Приняв Qв=Qв1, по формуле (15.1) вычислим Qэквi и, пользуясь изложенной ранее методикой (см. раздел 14, часть II), находим ргд1. Если теперь выяснится, что ргд1>рв1, то нужно повторить расчет рв и ргд при увеличенном на некоторую величину расходе Qв2. Если же неравенство будет противоположное, то Qв нужно уменьшать. И продолжать пересчитывать до тех пор, пока не выполнится условие (15.2). В связи с тем, что в процессе изменения Qв от малых до больших значений вполне возможен переход от структурного (ламинарного) режима к турбулентному, расчет ргд сведется к вычислительной процедуре с использованием разных формул в зависимости от соотношения Qв и Qкр на различных участках (секциях) трубного пространства. Такие расчеты правильнее всего поручать ЭВМ. Более того, задача определения ргд при движении “открытой” колонны, предполагает организацию итерационного цикла для предварительного определения Qв, что является типично “компьютерной” задачей.

15.2. Расчет допустимой скорости движения “открытой” колонны нефтепромысловых труб.

Предыдущую задачу назовем прямой задачей: задаемся uт и определяем, какое при этой скорости будет ргд. А теперь рассмотрим обратную задачу: нужно найти скорость uт, при которой давление на “слабый” пласт рсл=ρgLсл+ргд достигает предельно допустимого значения (Lсл – глубина расположения кровли “слабого” пласта).

Вырисовывается следующий алгоритм решения этой еще более, чем предыдущая, "компьютерной" задачи. Вначале задаемся uт (произвольно); затем задаемся рв (тоже произвольно); проверяем условие рв=ргд; затем, меняя постепенно (ступенчато) Qв, добиваемся выполнения этого условия и принимаем рв (или ргд, что одно и тоже) за искомое значение ргд. До этого момента реализуется алгоритм решения уже известной нам

прямой задачи.

Далее начинается новое. Скорее всего, абсолютное давление на слабый пласт рсл окажется либо больше, либо меньше допустимого давления, например, давления гидроразрыва ргр. Если рсл<ргр, то нужно наметить новую скорость uт, превышающую предельную. В противном случае - поступить наоборот. Решению соответствует скорость uт, при которой рсл=ргр. Но (и это главное), меняя uт, придется провести заново поиск Qв, чтобы рассчитать ргд. И если и в этом случае рсл ргд, то придется снова изменить uт и т.д. Таким образом, программа для ЭВМ должна иметь два расчетных цикла. Один – для поиска Qв и ргд. Второй, включающий в себя первый, – для определения uт.доп, при которой выполняется условие рсл=ргд.

Таким образом, в случае “открытой” колонны при каждой новой скорости спуска (подъема) uт в итерационном цикле осуществляется внутренний итерационный цикл с целью определения Qв и ргд . В реальном масштабе времени решение такой задачи под силу только ЭВМ.

Знание величины Qв позволяет прогнозировать перелив жидкости (“сифон”) из труб при спуске колонны, например, после наворота пустой свечи. Для этого достаточно сравнить скорость спуска труб со средней скоростью движения жидкости в трубах верхней секции vв. Если vв > uт , то перелив неизбежен, и даже можно предсказать, в какой момент спуска свечи начнется перелив жидкости.

Эта методика определения ргд и uт.доп для "открытых" колонн впервые разработана и реализована на ЭВМ в 1977 году П.Ф. Осиповым [4,5]. Значительно позднее аналогичная методика опубликована в работе [2].

100