6.2 Расчет изменения давления в скважине при спо

Во время СПО колонна труб перемещается с переменной скоростью.

Н

0

а рисунке 6.1 показана типичная тахограмма спуска одной свечи.

Рисунок 6.1 – тахограмма спуска одной свечи.

Участок 0 – 1 соответствует подъему колонны труб для снятия с элеватора или с клиньев. Участок 1 – 2 соответствует разгону колонны, затем колонна спускается с более менее постоянной скоростью (участок 2-3).

Участок 3 – 4 соответствует торможению труб. На этом же рисунке показан график изменения ускорений. Можно отметить, что моменты максимальной скорости и максимумы ускорений по времени не совпадают.

Изменение давления в скважине при СПО происходит из – за гидравлических сопротивлений вытесняемой жидкости , а также из – за инерции столба жидкости при движении труб с ускорением.

6.3 Расчет изменения давления в скважине при движении труб с постоянной скоростью

Спускоподъемные операции могут проводить с открытым и закрытым нижним концом колонны. Эпюры движения жидкостей в трубах и кольцевом пространстве при спуске труб показана на рисунке 6.2.

a

б

г.с. тр – гидравлические сопротивлениях в трубах

г.с. кп – гидравлические сопротивления в кольцевом пространстве

Рисунок 6.2 – Эпюры скоростей течения жидкости в скважине при спуске труб с закрытым (а) и закрытым (б) нижнем кольцом

Трубы с открытым нижним концом спускаются для промывки скважин и для смены одной жидкости на другую. С закрытым нижним концом (оборудованным обратным клапаном) могут спускать обсадные колонны и бурильные колонны при исследовании пластов с помощью испытателя пластов на трубах (ИПТ).

Естественно, что наиболее часто СПО производят с бурильной колонной, содержащий забойный двигатель и долото. Поскольку гидравлические сопротивления в забойном двигателе и долоте достаточно велики, почти вся вытесняемая жидкость при этом поступает в кольцевое пространство, данный случай соответствует движению труб с закрытым нижним кольцом.

Очевидно, что расход вытесняемой жидкости, а, следовательно, и величина гидродинамического давления максимальна при движении труб с закрытым нижним концом.

Как видно из рисунка 6.2 трубы при своем движении увлекают за собой часть жидкости – поток q, вследствие этого встречный поток вытесняемой жидкости

q₂ = q₁+q_T (6.4)

где q_T= - расход жидкости, вытесняемой собственно трубами,

- скорость перемещения (подъема или спуска) труб в скважине.

Для расчета изменения давления в скважине при СПО могут использоваться различные методики.

Одна из методик основана на использовании формул обычной гидравлики – уравнения Дарси – Вейсбаха при движении жидкости в турбулентном режиме и формулы , при течении жидкости в ламинарном режиме.

Среднюю по сечению кольцевого пространства скорость встречного потока жидкости q₂ можно найти следующим образом.

(6.5)

где - коэффициент, учитывающий увлечение части жидкости (поток q₁) стенками труб.

Приблизительно, этот коэффициент можно найти из следующих экспериментальных зависимостей

≈0,4 +0,1 D_T/D_C при турбулентном течение (6.6)

≈0,28 + 0,2 D_T/D_C при ламинарном режиме течения. (6.7)

Поскольку до определения скорости вытесняемой жидкости режим ее течения неизвестен, поступают следующим образом. Делают предположение о режиме течения, находят по соответствующей формуле (6.6) или (6.7) значение коэффициента , и по формуле (6.5) – скорость жидкости. После чего определяют режим течения. Если предположение о режиме течения не подтвердилось находят значение по другой формуле и новое значение .

Если бурение ведется с промывкой водой, то согласно Е.Г. Леонову.

= (6.8)

где = D_T/D_C,

а = (6.9)

Буркхардом получены эмпирические формулы расчета изменения давления при СПО:

(6.10)

если вытесняемая жидкость движется в ламинарном режиме, и

(6.11)

при турбулентном режиме.

В уравнениях Буркхарда коэффициенты А и В являются функциями D_T и D_C и находятся на составленным им графиком.

Поскольку, согласно этой методике, скорость и режим течения жидкости не определяются, производят расчет по обеим формулам (6.10) и (6.11) и принимают большее значение