Визначення втрат тиску в елементах циркуляційної системи

Основні критерії подібності при русі в’язких і в’язкопластичних рідин

Теоретична частина

ЕЛЕМЕНТИ ГІДРОАЕРОМЕХАНІКИ В БУРІННІ

Критерій Рейнольдса:

(2.1)

Критерій Сен-Венана:

(2.2)

Критерій пластичності:

(2.3)

Критерій Фруда:

(2.4)

Критерій Ейлера:

(2.5)

Критерій Хедстрема:

(2.6)

Критерій Архімеда:

(2.7)

Критерій Вебера:

(2.8)

Узагальнений критерій Рейнольдса:

(2.9)

У наведених вище формулах:

густина,

гідравлічний діаметр,м;

перепад тиску, Па;

пластична в’язкість, Па·с;

швидкість руху рідини, м/с

динамічне напруження зсуву, Па;

коефіцієнт поверхневого натягу,Н/м

g – прискорення вільного падіння, м/с²

При русі рідини всередині бурильних труб гідравлічний діаметр дорівнює внутрішньому діаметру труби (), а при русі рідини в кільцевому просторі гідравлічний діаметр дорівнює різниці діаметрів ()

2.2.1 Бурильні та обважнені труби.

При ламінарному режимі руху втрати тиску в бурильних (обважнених) трубах визначають за формулою:

(2.10)

де втрати тиску в трубах, Н/м²;

довжина труб однакового діаметра, м;

внутрішній діаметр труби, м;

коефіцієнт, який залежить від критерія Сен-Венана

Залежність показана на рисунку 2.1.

Рисунок 2.1 – Залежність безрозмірного коефіцієнта β від параметра Сен-Венана:

1 – для труб; 2 – для кільцевого перерізу.

При турбулентному режимі руху втрати тиску в бурильних трубах визначають за формулою Дарсі-Вейсбаха:

, (2.11)

де густина промивальної рідини, кг/м³;

– коефіцієнт гідравлічного опору, який визначають за формулою Альтшуля:

(2.12)

де шорсткість труби, м; .

Перехід ламінарного режиму руху в турбулентний оцінюють критичним значенням середньої швидкості або критеріїв Рейнольдса, знайденими експериментально:

(2.13)

(2.14)

Якщо – режим руху ламінарний.

Якщо – режим руху турбулентний.

2.2.2 Кільцевий простір за бурильними та обважненими трубами.

При ламінарному режимі руху найточніше втрати тиску визначають за формулою:

(2.15)

коефіцієнт,який залежить від критерія Сен-Венана та зазору (рисунок2.1);

діаметр свердловини, м;

зовнішній діаметр бурильних (обважнених) труб, м.

Діаметр свердловини дорівнює:

- для відкритого (незакріпленого обсадною колоною) ствола

де об’ємний коефіцієнт кавернометрії;

діаметр долота, м;

- для закріпленого обсадною колоною (обсадженого) ствола – внутрішньому діаметру обсадної колони

Крім того, для визначення гідравлічних втрат тиску при ламінарному русі в’язкопластичної рідини у кільцевому просторі деколи використовують формулу Дарсі-Вейсбаха:

(2.16)

в якій коефіцієнт гідравлічного опору визначають за такими формулами:

(2.17)

(2.18)

(2.19)

Також, деякі автори для визначення втрат тиску при ламінарному русі в’язкопластичної рідини рекомендують використовувати таку формулу:

При турбулентному режимі руху гідравлічні втрати тиску в’язкопластичної рідини в кільцевому просторі визначають за формулою (2.16):

, (2.21)

де – шорсткість стінок свердловини або обсадних труб,м.

м – для обсаджених ділянок свердловини.

м – для необсаджених ділянок свердловини.

2.2.3 Бурильні замки

Втрати тиску в бурильних замках визначаються за формулою:

(2.22)

де коефіцієнт місцевого опору;

густина промивальної рідини, кг/м³.

середня швидкість руху рідини в трубах або незвуженій частині кільцевого простору, м/с;

кількість бурильних замків;

При визначенні втрат тиску в бурильних замках всередині бурильної колони коефіцієнт місцевого опору визначають за формулою:

(2.23)

де найменший внутрішній діаметр бурильного замка,м.

При визначенні втрат тиску в кільцевому просторі за бурильними замками коефіцієнт місцевого опору визначають за формулою:

(2.24)

де зовнішній діаметр бурильного замка,м.

(2.25)

де довжина колони бурильних труб одного типорозміру (при визначенні втрат тиску в бурильних замках всередині бурильної колони), або довжина відкритого (незакріпленого) чи обсадженого (закріпленого) ствола однакового діаметра (при визначенні втрат тиску за бурильними замками);

довжина бурильної труби, м. У розрахунках беруть .

2.2.4. Бурові долота

Втрати тиску в прохідних каналах долота визначають за формулою:

, (2.26)

де середня швидкість руху рідини у промивальних отворах долота, м/с;

кількість (витрата) промивальної рідини, м³/с;

коефіцієнт витрати, який залежить від форми отвору, фізичних властивостей рідини і тиску, при якому витікає рідина, (таблиця 2.1)

Таблиця 2.1 – Коефіцієнт витрати для різних форм насадок

Форма насадки	Циліндричний отвір(без насадки)	Y – подібна щілина	Цилінд-рична насадка	Цилінд-рична з конічним входом	Гідромоніторна насадка з округленим входом	Коної-дальна насадка
Коефіцієнт витрати	0,64-0,66	0,7-0,75	0,75-0,80	0,8-0,9	0,9-0,95	0,98

сумарна площа перерізу промивальних отворів долота, м²;

Якщо немає конкретних даних (геометричних розмірів) для визначення сумарної площі перерізу промивального каналу долота з центральною системою промивання, то для її визначення можна скористатись такими емпіричними залежностями:

Для

Для

2.2.5. Турбобури

Втрати тиску в турбобурі визначають за формулою:

, (2.27)

де постійна турбобура по перепаду тиску.

(2.28)

де відповідно перепад тиску в турбобурі при номінальному режимі його роботи на рідині з відомою густиною та витратою (за паспортними (табличними) даними конкретного турбобура).

2.2.6. Наземна обв’язка

Втрати тиску в наземній обв’язці циркуляційної системи визначають за формулою:

(2.29)

де відповідно коефіцієнти гідравлічних опорів у стояку, буровому шланзі, вертлюзі та ведучій трубі, м^-4. Значення коефіцієнтів гідравлічних опорів наведені в таблиці 2.2.

Таблиця 2.2 – Коефіцієнти гідравлічних опорів в наземній обв’язці циркуляційної системи.

Елемент обв'язки	Умовний діаметр (сторона квадрата), мм	Діаметр прохід­ного каналу, мм	, м^4
Стояк			3,4
		1,1
		0,4
Буровий шланг
		1,2
		0,93
		0,52
		0,3
Вертлюг
		0,9
		0,7
		0,44
		0,3
Ведуча труба
		7,0
		1,8
		0,9
		0,4

Дата добавления: 2017-02-01