Вопрос 2. Определение скорости осаждения частиц выбуренной породы в буровых растворах .

Согласно механическому принципу относительности, широко практикуемому при проектировании гидротранспорта с использованием ньютоновских жидкостей и газообразных агентов, транспортирующая способность бурового раствора зависит от скорости осаждения взвешенных частиц.

В общем случае при равномерном падении частицы в жидкой изотропной покоящейся среде скорость падения (м/с) определяется по формуле Риттингера (9.14):

где d0 — характерный размер (в случае шарообразной частицы — диаметр), м; ρч — плотность частицы, кг/м3; ρж - плотность жидкости, кг/м3; g — ускорение силы тяжести, м/с2, С1 — коэффициент сопротивления обтеканию частиц.

Согласно формуле (9.14), скорость осаждения частиц в любой жидкости зависит от коэффициента сопротивления обтеканию С1. Величина (С1) в свою очередь, находится в сложной взаимосвязи с критерием Рейнольдса (Re), включающим искомую скорость.

В связи с отсутствием методики определения скорости осаждения взвешенных частиц в неньютоновских жидкостях при проектировании процессов гидротранспорта бурового шлама обычно принимают Q = const, что оправдано в случае турбулентного режима течения промывочной жидкости в кольцевом пространстве скважины.

На рис. 9.1 в виде точек представлены опытные данные различных авторов, характеризующие изменение Cf в диапазоне 10 -1 < Re < 5-105. Известны формулы, аппроксимирующие опытные данные в отдельных интервалах Re .

Так, при Re < 1 справедлива зависимость (кривая 1)

Cf = 24Re-1; Re = ud0 ρ/µ (9.15)

где µ — абсолютная вязкость жидкости, Па-с.

После подстановки (9.15) в формулу (9.14) можно получить известную зависимость Стокса, выведенную теоретическим путем из дифференциальных уравнений гидродинамики без учета инерционных членов:

U = d 20 (ρ ч – ρ)g/18µ (9.16)

При Re < 5 справедлива аналитическая зависимость Озеена (кривая 2), полученная при частичном учете сил инерции:

Cf = 24Re + 1,88Re). (9.15)

Л.М. Левиным приводится формула

Cf = 24Re-1 (1 + 1,17Re°'665) (9.16)

хорошо аппроксимирующая экспериментальные данные (кривая 3) в широком диапазоне изменения критерия Рейнольдса

1 < Re < 1000.

При значениях 1000 < Re < 2-15 имеет место чисто турбулентный режим обтекания, коэффициент Cf не зависит от Re и может быть принят равным приблизительно 0,43 (см. рис. 9.1).

Процесс осаждения частиц в неньютоновских жидкостях изучен недостаточно. Зарубежные исследователи либо ограничиваются рассмотрени¬ем качественной стороны вопроса, либо ориентируют на необходимость оперативного определения скорости осаждения частиц по вычисленной скорости сдвига с использованием реограммы, снятой на специальном вискозиметре.

Вопрос 3 Расчет эксплуатационных колонн.

Обсадные колонны компонуют по группам прочности стали и толщине стенок на основании известных расчетов.

Расчет обсадных колонн для скважин на газовых и газоконденсатных месторождениях при отсутствии в газе коррозионных примесей проводят по общепринятой методике.

Для расчета обсадных колонн в коррозионной среде выбирают следующие исходные данные: глубину спуска колонны; интервал перфорации; глубину опорожнения колонны; пластовое и статическое давления (установившееся давление газа на устье в закрытой скважине); пластовую и устьевую (при максимальном дебите) температуры газа; данные каверномера и инклинометра; среднегодовую температуру нейтрального слоя; параметры промывочной жидкости, при которых начинается цементирование колонны.

При расчете эксплуатационной колонны принято: а) средняя глубина коррозии обсадных труб за время эксплуатации скважины — 2 мм; б) обсадные трубы рассчитывают на внутреннее давление газа в колонне в соответствии с текущими пластовыми давлениями; в) величина сминающего (внешнего) давления в последний период эксплуатации скважины соответствует давлению столба минерализованной воды (р = 1050 кг/м3); г) использование в основном обсадных труб из стали группы прочности К.

Остальную часть обсадной колонны проверяют на сопротивляемость сминающим давлениям при уменьшенной вследствие коррозии на 2 мм толщине стенок против данных стандартного расчета.