Вы6op режима работы буровых насосов.

⇐ ПредыдущаяСтр 18 из 26Следующая ⇒

Если расход Q задается, то нужно позаботиться не только о том, чтобы узнать ожидаемое давление на насосах или потери в заколонном пространстве, но и о том, как обеспечить такую подачу насосов.

Сначала необходимо решить, какое количество насосов одновременно могут быть включены в работу. Затем сопоставить фактическую подачу насоса (насосов) на разных цилиндровых втулках с требуемым расходом (учесть при этом разницу в особенностях электрического и дизельного приводов). После этого сопоставляют расчетное давление на насосах с допустимыми давлениями, обусловленными либо технической и гидравлической характеристиками насоса, либо прочностью обвязки насосов (манифольда). Если расчетное давление выше допустимых, то либо задаются другом расходом Q и повторяют расчеты по "точным" формулам, либо используются предложенные методы, изложение в данном разделе, либо сразу определяют Q, задаваясь допустимым давлением.

Все изложенное в разделе 13 имеет целью обеспечить приемлемые точность и скорость выполнения гидравлических расчетов, когда они выполняются "вручную" с применением, в лучшем случае, калькуляторов. В наше время всеобщей компьютеризации подобная практика расчетов выглядит анахронизмом. Более естественным представляется составление компьютерных программ для таких расчетов с использованием вычислительных алгоритмов, приведенных в Приложении. В той же программе можно и нужно реализовать задачу совмещения гидравлических характеристик, основы которого даны в подразделах 13.1 и 13.2.

13.3. Расчет эпюры полных (абсолютных) давлений
в скважине при промывке.

Пример подобной эпюры показан на рис. 13.1 для двухразмерной колонны, состоящей из УБТ и бурильных труб. Наклонная пунктирная линия 0m - это линия гидростатического давления в заколонном пространстве.

Если промывать скважину при расходе Q, то давление в затрубном пространстве возрастет за счет потерь давления. Проследить за влиянием потерь давления на полное (абсолютное) давление (rgl+р_пот) удобнее, мысленно представляя движение некоторого глубинного манометра навстречу потоку. "Перемещение" такого манометра нужно начать в заколонном пространстве с открытого устья скважины. По мере "движения" вниз навстречу восходящему потоку манометр будет фиксировать сумму rgl и потерь давления. Потери давления в заколонном пространстве откладываются относительно линии 0m. Видно, в частности, что потери давления за УБТ нарастают быстрее (угол между 0m и cd существенно больше угла между 0m и d0).

Линия nk проведена через точку b параллельно 0m. Прямая ds тоже параллельна 0m. Таким образом, давление на насосах 0p_н равно сумме потерь давления в трубах (kp_н), перепада давления на долоте bc и потерь давления в заколонном пространстве (0s=cb). При построении графика отрезки соответствующие давлениям откладываются строго в масштабе. Допускается при коротких УБТ, для удобства построения, несколько их удлинить.

График на рис. 13.1 позволяет очень быстро определить для любой глубины:

- давление на стенки скважины при промывке (линия 0сd);

- давлений внутри колонны труб (линия р_нab);

- перепад давления между трубным и заколонным пространствами (отрезки cb, da или Op_н на устье скважины), знание которого необходимо для расчета на прочность труб от внутреннего избыточного давления.

13.4. Понятие об эквивалентной плотности при промывке
и методика ее расчета.

Эквивалентная плотность определяется по формуле:

. (13.21)

Из формулы видно, что r_экв отражает влияние потерь в кольцевом пространстве на величину абсолютного давления и преподносит это влияние не через абсолютную величину на некоторой конкретной глубине, а путем сравнения r с r_экв . Если r_экв несущественно отличается от r, то это означает, что влияние р_к на условия бурения не столь заметно.

Рис. 13.1. График полных давлений в трубах и заколонном пространстве:

0m - линия гидростатического давления столба бурового раствора; kn и cs - прямые, параллельные 0m; 0p_н - отрезок, соответствующий давлению на насосах при промывке; kp_н - суммарные потери давления в трубах; a’a - потери давления внутри УБТ; bc=sk - перепад давления на долоте; cm - суммарные потери в заколонном пространстве; d’d - потери давления за бурильными трубами. (Стрелками показано направление движения жидкости).

Есть ещё одно не менее ценное свойство r_экв. Величину r_экв можно напрямую сравнивать с градиентом гидроразрыва. Предположим, что индекс гидроразрыва слабого пласта равен 1,45. Это фактически означает, что гидроразрыв в статических условиях (без промывки) произойдет при плотности бурового раствора 1450 кг/м³ . Примем также, что скважина промывается буровым раствором, имеющим плотность 1200 кг/м³. Теперь представим ситуацию, когда вследствие неудачно выбранных бурильных труб, УБТ, реологических параметров и, самое главное, чрезмерно большого Q , потери давления в затрубном пространстве составили столь большую величину, что r_эквстало равным 1460 кг/м³ . Совершенно очевидно, что слабый пласт при такой промывке будет разорван и произойдет поглощение бурового раствора.

14. Гидродинамические давления, возникающие при движении
колонны труб в скважине.

14.1. Природа возникновения гидродинамических давлений
при движении колонны.

Колонна труб, например, при спуске ее в скважину, движется вначале ускоренно, а затем практически равномерно. Затем наступает этап торможения до полной остановки движения. На первом и последнем этапах источником гидродинамических давлений, кроме градиента скорости в жидкости (внутреннего трения), является движение с положительным или отрицательным ускорением. Инерционная составляющая гидродинамических давлений может быть значительной, однако, как показывают натурные эксперименты, наибольшие по абсолютному значению давления соответствуют моменту равномерного движения с максимально достигнутой скоростью. Исходя из этого, в дальнейшем будем рассматривать только этот вариант движения колонны в скважине.

Предположим (рис. 14.1), что скважина представляет собой открытое с двух сторон длинное отверстие, когда жидкость, увлекаемая движущейся трубой, перемещается из верхней части в нижнюю (или наоборот). Такая схема имитирует случай спуска (подъема) колонны труб в скважину со скоростью u_т при наличии катастрофического поглощения. Поскольку на стенке скважины скорость равна нулю, в кольцевом зазоре сформируется градиентный слой. Трубы, увлекая за собой жидкость, образуют спутный поток со средним расходом Q_ск. При этом возникает сопротивление движению труб со стороны жидкости, воспринимаемое как уменьшение веса колонны труб.

Рис. 14.1. Модель движения колонны без вытеснения жидкости из скважины.

Представим теперь (рис. 14.2), что та же колонна движется через круглую камеру, заполненную жидкостью. Нижняя преграда имитирует в данном случае забой скважины. В отличие от предыдущего случая здесь поток Q_ск, не имея возможности “уходить” вместе с колонной, вызывает интенсивный массообмен и образование вихреобразных циркуляционных потоков. Толщина градиентного слоя уменьшится, сами градиенты возрастут, а сопротивление движению труб увеличится.

На рис. 14.3 отображен случай спуска одноразмерной закрытой колонны в открытую, но с герметичными стенками скважину. Здесь, в отличие от предыдущих случаев, появляется новый поток Q_вт , обусловленный вытеснением жидкости из скважины трубами.

Рис. 14.2. Движение трубы через камеру, заполненную жидкостью.

Если колонна труб диаметром d_н движется вниз со скоростью u_т, то расход Q_вт равен:

Q_вт = p d_н²u_т/4 . (14.1)

Средняя скорость движения вытесняемого потока в заколонном пространстве определяется выражением:

v_кп = Q_вт/ f_кп = u_т d_н²/(D² – d_н²). (14.2)

Рис. 14.3. Спуск “закрытой” колонны в герметичную скважину.

Рис. 14.5. Спуск колонны в скважину без вытеснения жидкости.

Совместно с Q_вт одновременно существует и увлекаемый трубами поток Q_ск . Наложение эпюр скоростей от этих двух потоков, как считают многие исследователи, образуют эпюру скоростей, подобную той, что показана на рис. 14.3. Периферийную часть кольцевого сечения занимает восходящий (вытесняемый) поток, а внутренняя его часть заполнена нисходящими потоками. Эти два потока ничто не разделяет, поэтому в реалии будет иметь место интенсивный массообмен между ними с образованием макровихрей, подобных показанным на рис. 14.3. Это означает, что постоянное (устойчивое) существование эпюры скоростей (рис.14.3) практически невозможно.

Для поддержания восходящего потока, занимающего к тому же не все, а только часть заколонного пространства, нужно дополнительное гидродинамическое давление.

14.2. Методика определения гидродинамических давлений
при равномерном движении труб.

Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 723; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 13 14 15 16 171819 20 21 22 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!