vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
общее значение как потери давления в системе циркуляции, исключая долото. Такие потери давления обозначают pp.
Специальные линейки (палетки) для расчета рр можно заказать в фирмах, выпускающих долота. Эти линейки нельзя применять для расчетов потерь давления в кольцевом прост-
ранстве по двум причинам:
1)потери давления в затрубном пространстве обычно малы, и их значения могут оказаться за пределами шкалы линейки;
2)давления в кольцевом пространстве создаются ламинарным потоком, а большинство счетных линеек используют модели турбулентного потока.
В опубликованной в журнале «Уорлд Ойл» статье предлагается экспресс-метод расчетов
потерь давления в системе. Для учета потерь давления в кольцевом пространстве между бурильными трубами и скважиной в расчеты вводится 10 %-ный коэффициент, т. е. потери
умножают на 1,1. Для неглубоких скважин этот метод удовлетворителен, однако для глубоких скважин потери давления в затрубном пространстве необходимо вычислять с помощью модели степенного закона или уравнений пластической модели Бингхэма.
ДАВЛЕНИЕ НАГНЕТАНИЯ НА УСТЬЕ СКВАЖИНЫ
Когда потери давления в системе рр определены, необходимо найти допустимое давление
на долоте рд. Величина рд зависит от максимально допустимого давления нагнетания на устье.
Большинство буровых установок имеют ограничения максимального давления нагнетания на устье, особенно при использовании высоких расходов бурового раствора, превышающих 31,5 л/с. В этом случае применяют два насоса для обеспечения такого высокого расхода. Для буровых установок на суше обычные ограничения давления нагнетания на устье изменяются в пределах 17,6—21,1 МПа при глубине 3658 м. Для глубоких скважин используют высоко мощные насосы, которые могут иметь давление до 35,2 МПа.
Для большинства операций бурения существует ограничение для давления нагнетания на устье, и критерии, определяющие методы оптимизации гидравлики долота, должны учиты-
вать эти особенности.
ОПТИМИЗАЦИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ Существуют два критерия оптимизации гидравлики долота:
1)максимальная гидравлическая мощность долота ВННР;
2)максимальная ударная сила IF.
Для каждого критерия характерны различные значения перепада давления на долоте и разные диаметры насадок. Перед инженером ставится задача выбора критерия. Для большинства операций бурения скорость циркуляции уже установлена для обеспечения соответствующей скорости восходящего потока бурового раствора. Таким образом,
оптимизации требует лишь одна переменная величина—перепад давления на долоте рд. Рассмотрим детально эти критерии и экспресс-метод оптимизации гидравлики долота.
МАКСИМАЛЬНАЯ ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ МОЩНОСТЬ ДОЛОТА Потеря давления в долоте представляет собой разность между давлением на стояке и рр.
Для оптимальной гидравлической программы перепад давления на долоте должен составлять определенную часть максимально возможного давления нагнетания на устье. Для данного расхода жидкости оптимальная гидравлическая программа достигается в случае, когда гид-
равлическая мощность долота составляет некоторую часть мощности на поверхности. Гидравлическая мощность на устье (ННР)у есть сумма гидравлической мощности на
долоте (ВННР) и гидравлической мощности в циркуляционной системе (ННР)ц. С математической точки зрения это может быть выражено следующим образом:
откуда
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
При ограниченном давлении на устье максимальный перепад давления в долоте как функция допустимого устьевого давления дает возможность обеспечивать максимальную гидравлическую мощность на долоте при оптимальном расходе жидкости. Таким образом, первый член уравнения (7.27) необходимо максимально увеличить, чтобы достигнуть максимального значения ВННР. Уравнение (7.27) можно записать в виде
где ру — максимальное действительное устьевое давление, а также давление на стояке в
соответствии с показаниями манометра на устье, МПа; рц — потери давления в циркуляционной системе, МПа; Q — расход жидкости, л/с.
Зависимость перепада давления в циркуляционной системе от Q следующая:
где К.— константа; n — показатель степени турбулентности в системе циркуляции.
Из уравнений (7.28) и (7.29) получаем
Дифференцируя уравнение (7.30) по Q, находим для критических условий
откуда
или, учитывая соотношение (7-29), имеем
Кроме того,
Подставляя уравнение (7.34) в уравнение (7.33), получим
В литературе предложено несколько значений N, причем все они находятся в пределах 1,8—1,86. Если принять л=1,86, то по уравнению (7.35) перепад давления на долоте рд=0,65
ру. Таким образом, для оптимизации гидравлики перепад давления на долоте должен
составлять 65 % общего допустимого давления нагнетания на устье.
Фактическое значение n можно определить в промысловых условиях при работе бурового
насоса на нескольких скоростях, снимая показания результирующих давлений. Затем вычерчивают зависимость рц=ру—рц от Q. Наклон кривой принимается за показатель n
.
МАКСИМАЛЬНАЯ УДАРНАЯ СИЛА При ограниченном давлении на устье Л. Робинсон [2] доказал, что для максимальной
ударной силы перепад давления в долоте рд определяется по уравнению
Читатель сам может вывести уравнение (7.36) (см. задачу 1 в конце этой главы).
Ударная сила долота (И) может быть представлена как функция Q и рд
следующим уравнением: