Гидравлический расчет циркуляционной системы - Бурение нефтяных и газовых скважин

Целью гидравлических расчетов при промывке скважины в процессе бурения является нахождение оптимального расхода жидкости, обеспечивающего работу забойных механизмов для успешного разрушения горной породы при гидравлических сопротивлениях в циркуляционной системе, не превышающих возможности буровых насосов.

Гидравлические потери при движении промывочной жидкости зависят от многих факторов. К ним относятся реологические показатели и плотность жидкости, скорость течения, геометрические характеристики канала, тип долота, применяемого для бурения (с центральной промывкой или гидромониторное), гидравлическая характеристика турбобура.

Предварительная разбивка ствола скважины на интервалы зависит от диаметра ствола. Как правило, минимальное число интервалов определяется количеством обсадных колонн: бурение под кондуктор, бурение под промежуточные колонны, бурение под эксплутационную колонну. При необходимости интервал с равным диаметром ствола разделяется на самостоятельные интервалы, если внутри него меняются способ бурения (турбинный или роторный), тип турбобура или долота, плотность и реологические показатели промывочной жидкости. Кроме этого, длина интервала не должна превышать 1500-2000 м для лучшего использования гидравлической мощности насосов.

Интервал 280 - 800 м.

1. Определение диаметра скважины

Наиболее точно диаметр скважины характеризуется данными кавернограммы. Для гидравлического расчета можно найти диаметр скважины по формуле:

2. Выбор плотности промывочной жидкости

Плотность промывочной жидкости, применяемой при разбуривании данного интервала, определяется из условия создания противодавления, препятствующего притоку в скважину пластовых жидкостей и газов:

Рассчитанное значение плотности необходимо проверить с тем, чтобы не допустить слабого пласта гидростатическим давлением жидкости:

3. Расчет коэффициентов потерь давления в элементах бурильной колонны

В качестве базовых труб принимаем находящиеся в компоновке бурильной колонны ТБПК с наружным и внутренним диаметрами соответственно 114,3 мм и 105,7 мм.

Коэффициент потерь давления в проходных каналах манифольда А находим по таблице в соответствии с типом манифольда, зависящим от возможной глубины бурения буровой установки, и выбранными базовыми трубами. При буровой установке с глубиной бурения до 5000 м и базовыми трубами диаметром 114 мм коэффициент А равен 0,1074.

Коэффициент В потерь давления в базовых бурильных трубах вычисляем по формуле:

Найдем значение коэффициента Е потерь давления в кольцевом пространстве, предварительно определив средневзвешенный наружный диаметр бурильных труб:

Так как используется гидромониторное долото, поэтому коэффициент С не определяется, так как в дальнейшем расчете находится диаметр насадок по резерву давления у насосов.

4. Определение расхода промывочной жидкости

Расход промывочной жидкости определяем из условий создания необходимой скорости течения в затрубном пространстве и обеспечения достаточной очистки забоя, так как механическая характеристика пород известна (условная твердость "Т").

Установив по таблице величину равную 0,4 м3/c/м2, определяем:

5. Выбор диаметра цилиндровых втулок насоса

По наибольшему значению выбираем втулки бурового насоса У8-7м из таблицы. Принимаем втулки диаметром 180 мм. Тогда подача насоса с коэффициентом наполнения составляет 0,0303 м3/c, а допустимое давление нагнетания равно 18 MПа.

6. Выбор типа турбобура

По справочным данным выбираем турбобур, исходя из условий:

    - имеет диаметр корпуса меньше диаметра долота более чем на 10 мм; - имеет расход жидкости при номинальном режиме работы, близкий к принятой подаче насосов; - развивает крутящий момент не менее величины, необходимого для разрушения породы ().

Для выбора турбобура предварительно находим момент, потребный для вращения долота диаметром 295,3 мм и разрушения породы с условной твердостью "Т" по формуле:

Необходимые коэффициенты, , выбираются по таблице в зависимости от условий твердости пород и диаметра долота.

Принимаем турбобур типа 3ТСШ-240 с числом ступеней 318, который при работе в оптимальном режиме на промывочной жидкости плотностью создает момент при расходе и перепаде давления.

Находим крутящий момент у выбранного турбобура при принятом расходе и плотности жидкости :

Момент на турбобуре больше момента потребного для разрушения породы.

Следовательно, турбобур 3ТСШ-240 может использоваться для бурения данного интервала. Находим коэффициент потерь давления в этом турбобуре:

Найдем перепад давления в турбобуре :

Что значительно меньше допустимого давления нагнетания насоса У8-7м на втулках 180 мм.

7. Определение коэффициентов гидравлических сопротивлений при движении жидкости по трубам и в кольцевом пространстве.

Вычисляем коэффициенты гидравлических сопротивлений при движении жидкости по трубам и в кольцевом пространстве.

Для вычисления сначала находим скорость движения жидкости по базовым трубам (ТБПК):

Для нахождения режима течения жидкости определяем приведенное число Рейнольдса с учетом заданных показателей промывочной жидкости:

Поскольку число, то режим течения турбулентный и величину находим по формуле:

Вычисление также начинаем с определения скорости течения жидкости в кольцевом пространстве, зная, что наружный средневзвешенный диаметр :

Приведенное число Рейнольдса при движении жидкости по кольцевому пространству определяем по формуле:

Полученное значение, следовательно, режим течения жидкости в затрубном пространстве структурный, и находится по формуле:

8. Нахождение эквивалентной длины бурильной колонны.

Находим эквивалентную длину бурильной колонны в конце и начале рассчитываемого интервала, имея в виду, что в компоновку бурильной колонны, кроме базовых труб (ТБПК) и их замков входят три типоразмера УБТ с замками:

Сначала найдем эквивалентную длину замка у ТБПК с наружным диаметром 114,3 мм (для соединения таких труб применяются замки ЗП-159-76 длиной и минимальным внутренним диаметром ):

Вычисляем эквивалентную длину бурильной колонны в конце интервала, используя рассчитанные эквивалентные длины замков и размеры элементов бурильной колонны:

LЭк=165+496,45(0,1057/0,01057)5+50(0,1057/0,09)5+1,06(165/12)5+50 (0,1057/0,08)+16(0,1057/0,071)= 1152,095м

LЭ = 165 + 50 (0,1057 /0,09)5 + 50 (0,1057 / 0,08)5 + 1,06 (165 / 12) + 16 (0,1057 / 0,071) = 609,645м

9. Определение потерь давления в конце и начале интервала

Определим потери давления в циркуляционной системе в конце и начале интервала за исключением потерь в гидромониторном долоте по формуле:

РК=(0,1074*0,029+0,000626*1152*0,029+ 0,0000078*800*0,935+0,0459)*1068*0,03032*102=7,431МПа

РНач=(0,1074*0,029+ 0,000626*609*0,029+ 0,0000078*280*0,935+0,0459)*102*0,03032*1068=6,09МПа

10. Определение потерь давлений на долоте и выбор гидромониторных насадок.

Рассчитаем резерв давления на долото:

Вычислим возможную скорость движения в промывочных отверстиях долота:

Вычислим потери давления в долоте:

По графику определяем утечки QY в зависимости от полученного значения РД=10,569 МПа и находим площадь промывочных отверстий долота QY=0,008м3/с

Диаметр насадок (принимаем их количество n=3) находим по значению f0 :

Полученный размер насадки сравниваем с имеющимся стандартным у долота 295,3 мм. Выбираем ближайший диаметр, равный 13 мм и определяем скорость движения жидкости в насадке нового диаметра:

Также возникающий перепад давления:

11. Определение суммарных потерь давления в циркуляционной системе.

Определяем суммарные потери давления в конце и начале интервала:

Вычисляем коэффициент нагрузки насосов в начале и конце интервала:

Величина КК1,15 и является допустимой.

Интервал 2050 - 2530 м

1 .Определение диаметра скважины

Наиболее точно диаметр скважины характеризуется данными кавернограммы. Для гидравлического расчета можно найти диаметр скважины по формуле:

2. Выбор плотности промывочной жидкости

Плотность промывочной жидкости, применяемой при разбуривании данного интервала, определяется из условия создания противодавления, препятствующего притоку в скважину пластовых жидкостей и газов:

3. Расчет коэффициентов потерь давления в элементах бурильной колонны

В качестве базовых труб принимаем находящиеся в компоновке бурильной колонны ТБПК с наружным и внутренним диаметрами соответственно 114 мм и 103,4 мм.

Коэффициент потерь давления в проходных каналах манифольда А находим по таблице в соответствии с типом манифольда, зависящим от возможной глубины бурения буровой установки, и выбранными базовыми трубами. При буровой установке с глубиной бурения до 5000 м и базовыми трубами диаметром 114 мм коэффициент А равен 0,1074.

Коэффициент В потерь давления в базовых бурильных трубах вычисляем по формуле:

Найдем значение коэффициента Е потерь давления в кольцевом пространстве, предварительно определив средневзвешенный наружный диаметр бурильных труб:

Так как используется гидромониторное долото, поэтому коэффициент С не определяется, так как в дальнейшем расчете находится диаметр насадок по резерву давления у насосов.

4. Определение расхода промывочной жидкости

Расход промывочной жидкости определяем из условий создания необходимой скорости течения в затрубном пространстве и обеспечения достаточной очистки забоя, так как механическая характеристика пород известна (условная твердость "Т").

Установив по таблице величину равную 0,61 м3/c, определяем:

5. Выбор диаметра цилиндровых втулок насоса

По наибольшему значению выбираем втулки бурового насоса У8-7м из таблицы. Принимаем втулки диаметром 180 мм. Тогда подача насоса с коэффициентом наполнения составляет 0,0323 м3/c, а допустимое давление нагнетания равно 18 MПа.

6. Определение коэффициентов гидравлических сопротивлений при движении жидкости по трубам и в кольцевом пространстве.

Вычисляем коэффициенты гидравлических сопротивлений при движении жидкости по трубам и в кольцевом пространстве.

Для вычисления сначала находим скорость движения жидкости по базовым трубам (ТБПК):

Для нахождения режима течения жидкости определяем приведенное число Рейнольдса с учетом заданных показателей промывочной жидкости:

Поскольку число, то режим течения турбулентный и величину находим по формуле:

Вычисление также начинаем с определения скорости течения жидкости в кольцевом пространстве, зная, что наружный средневзвешенный диаметр м:

Приведенное число Рейнольдса при движении жидкости по кольцевому пространству определяем по формуле:

Полученное значение, следовательно, режим течения жидкости в затрубном пространстве структурный, и находится по формуле:

7. Нахождение эквивалентной длины бурильной колонны.

Находим эквивалентную длину бурильной колонны в конце и начале рассчитываемого интервала, имея в виду, что в компоновку бурильной колонны, кроме базовых труб (ТБПК) и их замков входит один типоразмер УБТ с замками:

Сначала найдем эквивалентную длину замка у ТБПК с наружным диаметром 114 мм (для соединения таких труб применяются замки ЗП-159-76 длиной и минимальным внутренним диаметром ):

Вычисляем эквивалентную длину бурильной колонны в конце интервала, используя рассчитанные эквивалентные длины замков и размеры элементов бурильной колонны:

LЭк=1826+207,5(0,106/0,071)5+16,6(0,1034/0,057)+0,95(2310/12)+

+480*(0,1034/0,1034)5= 4354м

LЭ= 1826+ 207,5(0,106/0,071)5 +16,6(0,1034/0,057)+0,95(1826/12)5= 3836м

8. Определение потерь давления в конце и начале интервала

Определим потери давления в циркуляционной системе в конце и начале интервала за исключением потерь в гидромониторном долоте по формуле:

РК=(0,1074*0,0288+0,000699*4354*0,0288+0,0000546*2530*0,231)*1025*0,03232 *102= 13,1МПа

РНач = (0,1074 * 0,0288 + 0,000699 * 3836 * 0,0288 + 0,0000546 * 2050 * 0,231) * 102 * 0,03232 * 1025 = 11,34МПа

9. Определение потерь давлений на долоте и выбор гидромониторных насадок.

Рассчитаем резерв давления на долото:

РД=РН-РК=18-13,1=4,89 МПа

Вычислим возможную скорость движения в промывочных отверстиях долота:

VД=

Вычислим потери давления в долоте:

РД=

По графику определяем утечки QY в зависимости от полученного значения РД=4,89 МПа и находим площадь промывочных отверстий долота QY=0,001м3/с

F0=

Диаметр насадок (принимаем их количество n=3) находим по значению f0 :

Полученный размер насадки сравниваем с имеющимся стандартным у долота 215,9 мм. Выбираем ближайший диаметр, равный 12 мм и определяем скорость движения жидкости в насадке нового диаметра:

Также возникающий перепад давления :

10. Определение суммарных потерь давления в циркуляционной системе.

Определяем суммарные потери давления в конце и начале интервала:

Рнач =РНач +РД=11,34+4,84= 16,18 МПа

РК=РК+РД=13,1+4,84= 17,9 МПа

Вычисляем коэффициент нагрузки насосов в начале и конце интервала:

Величина КК1,15 и является допустимой.

Похожие статьи




Гидравлический расчет циркуляционной системы - Бурение нефтяных и газовых скважин

Предыдущая | Следующая