Приклади розв’язування задач 1 страница

Задача 2.1 Визначити режим руху в’язкопластичної рідини у кільцевому просторі, якщо діаметр долота 190,5 мм, об’ємний коефіцієнт кавернометрії 1,12, зовнішній діаметр бурильних труб 114,3 мм, густина промивальної рідини 1250 кг/м³, пластична в’язкість 0,015 Па•с, динамічне напруження зсуву 10 Па, а витрата промивальної рідини складає 24,6 л/с.

Розв’язування.

Для визначення режиму руху рідини у кільцевому просторі розрахуємо за формулами (2.1) та (2.14) фактичне та критичне число Рейнольдса:

Критерій Хедстрема визначимо за формулою (2.6)

Оскільки, (8264,4<15491,87), то режим руху ламінарний.

Відповідь: Режим руху промивальної рідини у кільцевому просторі ламінарний.

Задача 2.2 Визначити основні критерії подібності при русі в’язкопластичної рідини у бурильних трубах, якщо витрата промивальної рідини 18,6 л/с, зовнішній діаметр бурильних труб 127 мм, товщина стінки труби 12,7 мм, густина промивальної рідини 1180 кг/м³, пластична в’язкість 0,02 Па•с, динамічне напруження зсуву 8,0 Па, прискорення вільного падіння 9,81 м/с², перепад тиску в трубах 3,2 МПа, коефіцієнт поверхневого натягу 0,012 Н/м.

Розв’язування:

За формулами (2.1) - (2.9) визначимо критерії подібності при русі промивальної рідини в бурильних трубах.

За формулою (2.1) визначимо критерій Рейнольдса:

За формулою (2.2) визначимо критерій Сен-Венана:

За формулою (2.3) визначимо критерій пластичності:

За формулою (2.4) визначимо критерій Фруда:

За формулою (2.5) визначимо критерій Ейлера:

За формулою (2.6) визначимо критерій Хедстрема:

За формулою (2.7) визначимо критерій Архімеда:

За формулою (2.8) визначимо критерій Вебера:

За формулою (2.9) визначимо узагальнений критерій Рейнольдса:

Визначимо режим руху промивальної рідини. Для цього за формулою (2.13) визначимо критичну швидкість руху рідини, а за формулою (2.14) критичне число Рейнольдса:

Для визначення режиму руху промивальної рідини порівняємо або фактичне і критичне число Рейнольдса, або фактичну і критичну швидкість.

13759,5>11818,71

або

2,295>2,058

Отже, режим руху турбулентний.

Відповідь: Критерій Рейнольдса становить 13760; критерій Сен-Венана – 18; критерій пластичності – 1,3•10^-3; критерій Фруда – 5; критерій Ейлера – 515; критерій Хедстрема – 243612; критерій Архімеда – 352501000; критерій Вебера – 52621; узагальнений критерій Рейнольдса – 3482; а режим руху промивальної рідини – турбулентний.

Задача 2.3 Визначити втрати тиску в бурильних трубах при ламінарному русі в’язкопластичної рідини, якщо зовнішній діаметр бурильних труб 139,7 мм, товщина стінки 9,2 мм, довжина бурильних труб 2500 м, густина промивальної рідини 1050 кг/м³, пластична в’язкість 0,02 Па•с, динамічне напруження зсуву 10 Па, витрата промивальної рідини 17,2 л/с.

Розв’язування.

За формулою (2.10) визначимо втрати тиску при ламінарному русі рідини в трубах:

Критерій Сен-Венана визначаємо за формулою (2.2):

За графіком (рисунок 2.1) коефіцієнт

Відповідь: Втрати тиску в бурильних трубах становлять 1,16 МПа.

Задача 2.4 Визначити гідравлічні втрати тиску при ламінарному русі в’язкопластичної рідини в кільцевому просторі, якщо витрата промивальної рідини 25,6 л/с, довжина інтервалу 2800 м, діаметр долота 215,9 мм, об’ємний коефіцієнт кавернометрії 1,16, зовнішній діаметр бурильних труб 127 мм, густина промивальної рідини 1250 кг/м³, пластична в’язкість 0,018 Па•с, динамічне напруження зсуву 6 Па.

Розв’язування.

Визначимо гідравлічні втрати тиску в кільцевому просторі за формулами (2.15 – 2.20):

а) визначимо втрати тиску у кільцевому просторі за формулою (2.15):

За графіком (рисунок 2.1) коефіцієнт

б) визначимо втрати тиску у кільцевому просторі за формулами (2.16 – 2.19)

в) визначимо втрати тиску при ламінарному русі в’язкопластичної рідини в кільцевому просторі за формулою (2.20)

Таким чином, використовуючи для визначення втрат тиску при ламінарному русі в’язкопластичної рідини у кільцевому просторі формули (2.16 – 2.19) отримуємо завищені значення, а при використанні формули (2.20) занижені значення втрат тиску у порівнянні з значеннями, розрахованими за формулою (2.15).

Відповідь: Втрати тиску в кільцевому просторі за бурильними трубами за формулою (2.15) 1,03 МПа, за формулою Дарсі-Вейсбаха 1,41 МПа, а за формулою (2.20) 0,82 МПа.

Задача 2.5 Визначити втрати тиску в бурильних трубах при турбулентному режимі руху в’язкопластичної рідини густиною 1320 кг/м³, якщо витрата рідини 26,3 л/с, довжина бурильних труб 2850 м, зовнішній діаметр бурильних труб 127 мм, товщина стінки 12,7 мм, пластична в’язкість 0,022 Па•с, динамічне напруження зсуву 18 Па, шорсткість труби 3•10^-4м.

Розв’язування.

Втрати тиску в бурильних трубах визначаємо за формулою (2.11):

Коефіцієнт гідравлічного опору визначаємо за формулою (2.12):

Відповідь: Втрати тиску в бурильних трубах при турбулентному режимі становлять 5,9 МПа.

Задача 2.6 Визначити втрати тиску в кільцевому просторі за бурильними трубами при турбулентному режимі руху в’язкопластичної рідини, якщо діаметр долота 190,5 мм, об’ємний коефіцієнт кавернометрії 1,06, густина промивальної рідини 1260 кг/м³, витрата рідини 34,8 л/с, зовнішній діаметр бурильних труб 114,3 мм, довжина інтервалу 2500м, пластична в’язкість 0,014 Па•с, динамічне напруження зсуву 6 Па, шорсткість породи 0,003м.

Розв’язування.

Втрати тиску в кільцевому просторі за бурильними трубами при турбулентному режимі руху визначаємо за формулою (2.16):

Коефіцієнт гідравлічного опору визначаємо за формулою (2.21):

Відповідь: втрати тиску в кільцевому просторі за бурильними трубами при турбулентному режимі становлять 3,1 МПа.

Задача 2.7 Визначити втрати тиску у бурильних замках типу ЗШ в трубному і затрубному просторах, якщо зовнішній діаметр замка 146 мм, внутрішній діаметр бурильного замка 80,0 мм, зовнішній діаметр бурильних труб 114,3 мм, товщина стінки труби 9 мм, діаметр долота 190,5 мм, об’ємний коефіцієнт кавернометрії 1,07, довжина бурильних труб 3600 м, довжина проміжної колони 2400 м, внутрішній діаметр проміжної колони 199 мм, густина промивальної рідини 1220 кг/м³, витрата промивальної рідини 22,4 л/с, середня довжина труби 12м.

Розв’язування.

Втрати тиску в бурильних замках визначаємо за формулами (2.22 – 2.25)

при визначені втрат тиску в бурильних замках в середині бурильної колони:

при визначені втрат тиску в кільцевому просторі за бурильними замками.

Визначимо втрати тиску в бурильних замках в середині бурильної колони.

Визначимо втрати тиску в кільцевому просторі за бурильними замками в інтервалі проміжної колони.

Визначимо втрати тиску в кільцевому просторі за бурильними замками у відкритому (необсадженому) стволі.

Відповідь: втрати тиску в бурильних замках становлять 0,8 МПа.

Задача 2.8 Визначити втрати тиску в долоті, яке має три гідромоніторні насадки діаметром 8 мм, 10 мм, та 12 мм, якщо густина промивальної рідини 1220 кг/м³, витрата рідини 19,4 л/с, а коефіцієнт витрати 0,95.

Розв’язування.

Втрати тиску в прохідних каналах долота визначимо за формулою (2.26):

де діаметри насадок долота.

Відповідь: втрати тиску в долоті становлять 4,4 МПа.

Задача 2.9 Визначити втрати тиску в долоті 190,5С-ЦВ, якщо витрата промивальної рідини 23,2 л/с, густина 1340 кг/м³.

Розв’язування.

Втрати тиску в промивальних отворах долота визначаємо за формулою (2.26):

Оскільки назване долото має центральну систему промивання, а площа перерізу промивального каналу невідома, то для її визначення скористаємось емпіричною формулою:

Коефіцієнт витрати беремо із таблиці 2.1, для доліт без насадок .

Тоді:

Відповідь: Втрати тиску в долоті становлять 1,8 МПа.

Задача 2.10 Визначити діаметр третьої насадки, якщо перша має діаметр 9 мм, друга 11 мм, а втрати тиску в елементах циркуляційної системи без врахування втрат тиску в долоті становлять 6,8 МПа. При витраті 24,8 л/с промивальної рідини густиною 1350 кг/м³, буровий насос розвиває тиск 16,3 МПа. Коефіцієнт витрати 0,95, а коефіцієнт резерву роботи насоса 0,8.

Розв’язування.

Для того щоб визначити діаметр третьої насадки, визначимо загальну площу перерізу промивальних отворів за формулою (2.39).

Швидкість витікання промивальної рідини з отворів долота визначаємо за формулою (2.38):

Втрати тиску в долоті визначаємо за формулою (2.37):

Відповідь: діаметр третьої насадки становить 12 мм.

Задача 2.11 Визначити втрати тиску в турбобурі 3ТСШ – 172, якщо витрата промивальної рідини густиною 1320 кг/м³ складає 26,5 л/с. При прокачуванні води з витратою 30 л/с перепад тиску в турбобурі дорівнює 8 МПа.

Розв’язування.

Втрати тиску в турбобурі визначаємо за формулою (2.27) та (2.28).

,

Відповідь: Втрати тиску в турбобурі становлять 8,24 МПа.

Задача 2.12 Провести гідравлічний розрахунок циркуляційної системи для таких даних:

- довжина свердловини – 3000 м;

- діаметр долота під експлуатаційну колону – 215,9 мм;

- об’ємний коефіцієнт кавернометрії – 1,1;

- довжина проміжної колони – 1800 м;

- внутрішній діаметр проміжної колони – 225 мм;

- зовнішній діаметр бурильних труб типу ТБПН – 127 мм;

- товщина стінки бурильних труб – 12,7 мм;

- довжина обважнених бурильних труб – 120 м;

- зовнішній діаметр ОБТ – 178 мм;

- внутрішній діаметр ОБТ – 80 мм;

- пластовий тиск на вибої – 33 МПа;

- спосіб буріння – турбінний;

- породи – середні;

- буровий насос – У8-7МА;

- механічна швидкість буріння – 0,001 м/с;

- тиск гідророзриву (поглинання) – 46 МПа;

- глибина залягання підошви пласта з мінімальним градієнтом гідророзриву – 2850 м;

- густина розбурюваних порід – 2400 кг/м³;

- пластична в’язкість – 0,024 Па•с;

- динамічне напруження зсуву – 16 Па;

- момент, необхідний для руйнування породи – 1550 м.

Розв’язування.

1. Визначаємо витрату промивальної рідини із умови очищення вибою і транспортування шламу у кільцевому просторі за формулами (2.30 – 2.33)

Оскільки для буріння використовуємо гідравлічний вибійний двигун, то вибираємо

При бурінні у твердих породах мінімально необхідну швидкість руху рідини у кільцевому просторі приймаємо 1 м/с.

де внутрішній діаметр проміжної колони.

З розрахованих значень витрати вибираємо найбільше

, яке узгоджуємо з характеристикою насоса У8-7МА (таблиця 2.3). Вибираємо діаметр циліндрових втулок бурового насоса 160 мм та визначимо подачу одного бурового насоса (n=1) при коефіцієнті наповнення k_Н=0,8.

Таким чином, витрата промивальної рідини становитиме . При цьому тиск насоса становить Р_Н=20,4 МПа.

2. Визначимо густину промивальної рідини за формулою (2.35)

У подальших розрахунках беремо густину промивальної рідини 1200 кг/м³.

Розраховану густину промивальної рідини перевіримо на умову, за якою тиск рідини проти будь-якого пласта повинен бути менший ніж тиск, при якому відбувається гідророзрив пласта. Густину промивальної рідини для цієї умови визначають за формулою:

(2.46)

де тиск гідророзриву (поглинання) пласта, Па;

вміст рідини у шламорідинному потоці,

втрати тиску при русі промивальної рідини в кільцевому просторі в інтервалі від підошви вибраного пласта з мінімальним градієнтом гідророзриву (поглинання) до устя свердловини, Па;

густина шламу, кг/м³;

глибина залягання підошви вибраного пласта, м;

механічна швидкість буріння, м/с;

діаметр свердловини, м.

Тоді вміст шламу у промивальній рідині становить 1-j

1-0,99858=0,00142

Це значить, що вміст шламу у промивальній рідині дуже малий і його вплив на тиск потоку промивальної рідини у кільцевому просторі дуже незначний.

При великих механічних швидкостях буріння цей вплив дещо більший.

Проте, визначимо густину промивальної рідини, при якій може відбуватись гідророзрив найслабкішого пласта, який знаходиться у розбурюваному інтервалі.

Для визначення суми втрат тиску в кільцевому просторі розрахуємо втрати тиску в затрубному просторі до глибини залягання підошви пласта з найменшим градієнтом гідророзриву.

Визначемо критичні значення критерію Рейнольдса при русі промивальної рідини в кільцевому просторі, при якому відбувається перехід від ламінарного режиму в турбулентний за формулою (2.14) за бурильними трубами типу ТБПН у відкритому інтервалі 1800-2850 м

Оскільки, (5118,1<13681,2), то режим руху ламінарний.

При ламінарному режимі руху втрати тиску визначаємо за формулою (2.15)

Дата добавления: 2017-02-01