2.3. Гидравлические расчёты при промывке скважин

Рассчитываем необходимую подачу промывочной жидкости по формуле:

Где К – коэффициент запаса учитывающий неравномерность подачи жидкости (К=1,2);

– диаметр скважины в сечении у устья;

d_Н – наружный диаметр бурильных труб;

v – скорость восходящего потока;

Скорость восходящего потока:

где U – скорость потока необходимая для удержания частицы во взвешенном состоянии;

C – желаемая скорость выноса частиц;

Рассчитываем скорость потока необходимую для удержания частицы во взвешенном состоянии по формуле:

где К₁ - коэффициент учитывающий форму частицы шлама (К₁=3,5);

d_э – эквивалентный диаметр частицы шлама, при алмазном бурении это соответствует радиусу алмазного зерна:

где N- крупность алмаза, N=60 шт/карат; -плотность алмаза, =3500 кг/м³.

ρ_П – плотность породы на забое, ρ_П=2800 кг/м³;

ρ_ЖВ – плотность жидкости в восходящем потоке, ρ_ЖВ=1,01·1000=1010 кг/м³;

Рассчитываем желаемую скорость выноса частиц:

где F₀ – площадь забоя скважины:

D_кн, D_кв- соответственно наружный и внутренний диаметры коронки, D_кн =0,076 м, D_кв=0,058 м.

v_м – механическая скорость бурения, v_м=2,0 м/час=5,55·10^-4 м/с;

z – коэффициент, учитывающий винтообразное движение жидкости, z=1,2;

ρ_ЖН – плотность жидкости в нисходящем потоке , ρ_ЖН=1000 кг/м³;

F – площадь сечения потока:

– диаметр скважины в сечении у устья; d_Н – наружный диаметр бурильных труб.

Так как рассчитанное значение подачи ПЖ (Q= ) больше, чем значение указанное в ГТП (Q= ), следовательно необходимо уменьшить осевую нагрузку или частоту вращения.

Расчет давления.

Давление, развиваемое насосом, должно превышать потери напора в гидравлическом контуре скважины.

Потери напора зависят от режима течения жидкости: ламинарного или турбулентного для ньютоновской жидкостей, а для неньютоновских-структурного и турбулентного. Между ними имеется переходной режим течения. Критерием перехода от ламинарного к турбулентному режиму является параметр Рейнольдса.

Так как в качестве промывочной жидкости используется техническая вода (ньютоновская жидкость), следовательно, параметр Рейнольдса определяется по формуле:

где – эквивалентный диаметр сечения потока в бурильных трубах, =0,039 м;

– скорость течения жидкости в бурильных трубах,

- внутренний диаметр бурильных труб, =0,039 м;

ν – кинематическая вязкость (для воды ν=10^-6).

где – эквивалентный диаметр сечения потока в затрубном пространстве на участке незакрепленном обсадной колонной:

_D2 – диаметр скважины в затрубном пространстве на участке незакрепленном обсадной колонной, D₂=0,076 м;

– скорость течения жидкости в затрубном пространстве на участке незакрепленном обсадной колонной,

- диаметр скважины в соответствующем сечении, =0,076 м.

где – эквивалентный диаметр сечения потока в затрубном пространстве на участке закрепленном обсадной колонной:

_D3 – диаметр скважины в затрубном пространстве на участке закрепленном обсадной колонной, D₃=0,079 м;

– скорость течения жидкости в затрубном пространстве на участке закрепленном обсадной колонной,

- диаметр скважины в соответствующем сечении, =0,079 м.

Условной границей между ламинарным и турбулентным режимом течения является значение Re=2320.

Так как на все участках Re>2320, следовательно, режим течения, на всех участках - турбулентный, тогда коэффициентов гидравлических сопротивлений определяется по следующей формуле:

При алмазном бурении на значение λ в кольцевом пространстве влияет скорость вращения бурильной колонны, поэтому уточняется по формуле:

где w – окружная скорость на поверхности бурильной колонны;

Общее давление определяется по формуле:

где К_з – коэффициент запаса (К=1,3);

Потери давления в гладкой части снаряда:

где l – длина бурильных труб;

l_Э – эквивалентная длина ведущей трубы, нагнетательного шланга;

d_В – внутренний диаметр бурильных труб;

v₁ – скорость движения жидкости в бурильных трубах;

где l_ВТ – длина ведущей трубы, l_ВТ=6 м;

l_Ш – длина нагнетательного шланга, l_Ш=10 м;

d_ВТ – внутренний диаметр ведущей трубы, d_ВТ=0,039 м;

d_Ш – внутренний диаметр нагнетательного шланга,d_Ш=0,040 м.

Потери давления в соединениях бурильной колонны:

где ξ – коэффициент гидравлических сопротивлений одного соединения;

n – количество соединений;

l – глубина скважины, l=700 м; l_с- длина свечи, l_с=14 м, т.к. применяется мачта БМТ-5.

Потери давления в кольцевом пространстве скважины:

где l₁, l₂ – длина соответствующего интервала, l₁=54 м; l₂=646 м;

D_С1 –диаметр скважины в затрубном пространстве на участке закрепленном обсадной колонной, D_С1=0,079 м; D_С2 –диаметр скважины в затрубном пространстве на участке незакрепленном обсадной колонной, D_С2=0,076 м;

v₃₁ – скорость течения жидкости в затрубном пространстве на участке закрепленном обсадной колонной, v₃₁= v₃₂ – скорость течения жидкости в затрубном пространстве на участке незакрепленном обсадной колонной, v₃₂

Потери давления на соединениях бурильной колонны в кольцевом пространстве скважины:

где ξ – коэффициент гидравлических сопротивлений;

D_С1 –диаметр скважины в затрубном пространстве на участке закрепленном обсадной колонной, D_С1=0,079 м; D_С2 –диаметр скважины в затрубном пространстве на участке незакрепленном обсадной колонной, D_С2=0,076 м; d_нс- наружный диаметр соединения, d_нс=0,0635 м; n_i- количество соединений на расчетном интервале;

где l₁, l₂ – длина соответствующего интервала, l₁=54 м; l₂=646 м; l_т- длина бурильной трубы, l_т=4,5 м.

Потери давления, обусловленные разностью плотностей промывочной жидкости в бурильных трубах и кольцевом пространстве:

где H – глубина скважины, H=700 м.

Значение P₆ принимается для колонкового набора в пределах 0,1-0,5 МПа. .

Мощность на привод насоса.

где P – расчетное давление, P=895494,697 Па;

Q – расход промывочной жидкости, Q= ;

η – КПД насоса, η=0,85;

Мощность на привод насоса не превышает мощности двигателя насоса.