Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 [ 40 ] 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

(Л.С. Лейбензон, А.М. Пирвердян, С.М. Тарг и др.), в результате была получена формула

Pд = 4-1-, (2.60)

R22 I1 +r 2)ln 7 -(1 - r 2)

где R1, R2 - соответственно радиус трубы (внешний) и скважины; - динамическая вязкость; 1 - длина колонны труб; ит - скорость движения колонны труб; r - внутренний радиус бурильных труб.

Н.А. Гукасов предложил упрощенную формулу, в которой раздельно учтены силы вязкости и пластичности

Pд = 4пит-\-+ , (2.61)

где х0 - динамическое напряжение сдвига; n - структурная вязкость.

Сопоставление расчетов по приближенной формуле (2.61 ) и по точной системе уравнений показало, что погрешность не превышает 1 2 %.

Для расчета гидродинамического давления может быть использована формула Дарси - Вейсбаха. Скорость восходящего потока определяют в зависимости от степени открытия колонны труб. Для закрытого конца или с одновременной промывкой

v = d (2.62)

Для открытого конца труб

v =--C-ит. (2.63)

4 (d - dн )2 ?d2 - d2) + 6d4

Для труб, спускаемых с долотом или с клапаном, имеющим дросселирующее устройство,

d2- d2

v = - "т, (2.64)

где v - средняя скорость перетока жидкости в закрытом пространстве, инициируемая движением труб; ит - скорость перемещения колонны труб - со знаком "плюс" при подъе-

ме и со знаком "минус" при спуске; dн, dв - соответственно наружный и внутренний диаметр труб; D - диаметр скважины.

Значение рд, полученное со знаком "минус", указывает на то, что давление под долотом снижается до значения ниже гидростатического, а рд со знаком "плюс" указывает на его превышение.

Так как и спуск, и подъем инструмента совершаются с переменной скоростью, то помимо сил вязкостного трения необходимо учитывать инерционные силы.

Давление, обусловленное изменением скорости перемещения труб, определяют по формуле

рн = р dl, (2.65)

где - изменение скорости во времени (ускорение). dt

При расчете инерционной составляющей при спуске труб принимается во внимание характер разгона в зависимости от характеристики буровой установки и веса колонны труб в жидкости с учетом отношения площади сечения труб и площади кольцевого пространства скважины.

Известны инерционные "поправки" Я.М. Расизаде, Н.А. Гукасова; инерционную составляющую оценивают так, как это принято при определении давления гидравлического удара, возникающего вследствие резкого изменения скорости движения труб, а следовательно, и жидкости в затрубном пространстве скважины

р = ± cврАит (2.66)

где св - скорость распространения возмущения по затруб-ному пространству; Аит - изменение скорости движения труб; Sт, S - площадь сечения соответственно кольца трубы и затрубного пространства.

Знак "минус" соответствует случаю подъема колонны, т.е. под долотом давление снижается ниже гидростатического давления столба бурового раствора; знак "плюс" - при спуске колонны.

Использовать для расчетов формулу (2.66) можно в том случае, если учитывать, что изменение скорости движения труб соответствует времени распространения ударной волны по затрубному пространству.

Так как буровые растворы тиксотропны, то для преодоле-

ния статического напряжения сдвига на поверхностях, ограничивающих кольцевое пространство скважин, необходимо создать давление, которое определяется по формуле

± Pt = --- • (2.67)

D - dн

Знак "плюс" относится к спуску колонны, а знак "минус" - к ее подъему.

В момент начала или конца движения колонны, когда необходимо преодолеть статическое напряжение сдвига бурового раствора и инерционную силу, гидродинамическую составляющую под башмаком (долотом) можно определить по формуле

Pд = + Pи. (2.68)

Расчет проводился по формуле

- v0(2.69)

где c - скорость распространения ударной волны по за-трубному пространству, м/с (для обсаженного ствола, заполненного водой, c = 1 350 м/с, а буровым раствором, c = = 1100 м/с, для необсаженного ствола, заполненного буровым раствором, c = 800 м/с); v - скорость движения труб, достигнутая за время распространения ударной волны от забоя до устья скважины, м/с; v0 - начальная скорость при равномерном движении колонны труб, м/с.

В качестве " реологической" основы при выводе формулы (2.61) принята бингамовская модель для буровых растворов. Однако большой диапазон скоростей подъема (0,1 6- 1 ,2 м/с) и спуска колонны труб (0 - 4,5 м/с) приводит к различиям в скоростях сдвига % и режимах течения раствора в затрубном пространстве. При небольших скоростях подъема и спуска труб (до 1 м/с) в диапазоне % от 5 до 200 с -1 наиболее предпочтительно для аппроксимации реограммы раствора степенное уравнение. Именно такая скорость движения труб наиболее характерна для скважин, бурящихся на глубинах более 2500 м. Использование бингамовской модели для указанных условий приводит к существенным ошибкам.

И.Н. Гудниным была решена задача с допущением, при котором затрубный канал рассматривался как плоский, полученный распрямлением кольцевого сечения. Получена следующая формула для расчета гидродинамического давления для