термины:   А   Б   В   Г   Д   Е   Ё   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Щ   Э   Я  
Главная / Расчеты в бурении / Расчеты, связанные с применением газожидкостных смесей

Расчеты, связанные с применением газожидкостных смесей

Расход воздуха для бурения с промывкой скважины аэрированным буровым раствором (АБР) прежде всего определяется необходимой плотностью газовоздушной смеси. Для расчета плотности АБР, обеспечивающей условие равновесия в системе скважина-пласт можно воспользоваться выражением [см.формулу (3.5)].

Объем воздуха Qв (м3/мин), приходящийся на единицу объема жидкости Qж (л/с), нагнетаемых в скважину совместно характеризует степень аэрации

            (15.22)

АБР вследствие достаточно высокого содержания в них газообразного компонента (α=5÷50) сильно сжимаемы. Их плотность зависит от глубины скважины и уменьшается при циркуляции от забоя к устью.

 

Для ориентировочного расчета степени аэрации, необходимой для получения требуемой величины давления в скважине в конкретных геолого-технических условиях, рекомендуется пользоваться номограммой, построенной Ф.Поэттманом и В.Бергманом (рис. 15.1), для глубины скважины до 3048 м, когда температура на забое в процессе циркуляции не превышает 64,4 °С.

Рис. 15.1. Номограмма для ориентировочного расчета степени аэрации, необходимой для получения нужной величины давления в скважине: цифры у кривых - плотность, г/см3; содержание воздуха в глинистом растворе при р=0,1 МПа и Т=15,5°С. 

Расчетные формулы по определению давлений в различных элементах циркуляционной системы, полученные отечественными и зарубежными исследователями сложны и неудобны, а в ряде случаев неприемлемы для практических расчетов. В инженерных расчетах можно пользоваться результатами экспериментальных исследований.

 

Для установления минимального количества жидкой фазы, при котором обеспечивается эффективный вынос выбуренной породы, можно воспользоваться графиком (рис. 15.2), построенным американскими специалистами по результатам промысловых исследований в скважине глубиной 1520 м, обсаженной трубами диаметром 219 мм.

Рис.15.2. График изменения давления в скважине(1) и отаосителъной подъемной силы потока аэрированной жидкости (2) в зависимости от расхода жидкости при постоянном расходе воздуха

Кривая 1 представляет собой фактическое давление на забое скважины при различных степенях аэрации (изменялась подача различных количеств жидкости от 3,8 до 18 л/с при постоянном расходе воздуха 44-46 м3/мин), возрастающее примерно пропорционально увеличение расхода жидкости.

Кривая 2 характеризует выносную способность восходящего потока ЛБР в зависимости от степени аэрации.

 

На рис. 15.3 показано изменение давления в циркуляционной системе скважины глубиной 280 м, обсаженной трубами диаметром 324 мм, при различных расходах воздуха.

Отдельные участки графика характеризуют перепады давления в различных элементах системы: 1-2 - в 114-мм бурильных трубах; 2-3 -и 146-мм УБТ; 3-4 - в турбобуре; 4-5 - в долоте (с центральным отверстием диаметром 50 мм) и в кольцевом пространстве (между турбобуром и УБТ); 5-6 - в кольцевом пространстве за бурильными трубами.

Рис. 15.3. Распределение давления в скважине при прямой циркуляции аэрированной жидкости (Q=28,7 л/с)

При использовании пены в качестве циркулирующего агента достаточной оказывается скорость в кольцевом пространстве vэ=0,5+1,5 м/с. Низкие значения оvэ, и плотности пены способствуют успешной проходке слабосцементированных пород и зон поглощения бурового раствора и дают возможность рекомендовать ее при вскрытии продуктивных пластов.

Распределение давления в различных элементах циркуляционной системы (в частности, в кольцевом пространстве) при бурении с пеной зависит от степени аэрации (изменяется в широких пределах от 20 до 200 и даже более) и расхода воздуха.

Экспериментальным путем установлено, что в идентичных условиях (расход жидкости и степень аэрации) давление в кольцевом пространстве при использовании пены оказывается ниже, чем в случае применения АБР (рис. 15.4).

Рис. 15.4.Распределение давления в кольцевом пространстве (Q=3 л/с, α=40,  объемная доля сульфанола 1 %):1 - пена; 2 - аэрированная вола; 3 - вода

Изменение давления в потоке пены по глубине скважины (если пренебречь инерционными потерями) описывается уравнением

              (15.23)

где р - давление на глубине h, МПа; ρ - плотность пены при давлении р, кг/м3; λ - коэффициент гидравлического сопротивления; v - скорость потока пены, м/с [знак «+» в уравнении (15.23) относится к восходящему течению пены, «-» - к нисходящему]; D - диаметр труб, м.

Обработка экспериментальных данных по циркуляции двухфазной пены на стендовой скважине глубиной 1500 м позволила установить, что коэффициент λ можно принять равным 0,03.

Пример 12.5. Определить степень аэрации АБР, нагнетаемого в скважину, если расход воздуха Qв=35 м3/мин, а жидкой фазы Qж=21 л/с.
Решение. Из выражения (12.22) находим 

Пример 12.6. Рассчитать степень аэрации исходного бурового раствора плотностью ρб.р=1020 кг/м3 для получения АБР плотностью ρабр=720 кг/м3 для следующих исходных данных глубина скважины 1768 м; средняя температура по стволу скважины Т=64,4°С.

Решение. От точки на оси абсцисс, соответствующей глубине 1768 м, проводится вертикальная линия до пересечения с кривой плотности АБР соответствующей плотности 720 кг/м3 (на номограмме 0,72 г/см3).

От точки пересечения проводим горизонтальную линию до пересечения с кривой, соответствующей разности ρб.р - ρабр, т.е. 1,02-0,72=0,3 г/см3. От точки пересечения этих линий восстанавливаем перпендикуляр до верхней горизонтальной шкалы, на которой получаем значение необходимой степени аэрации: α=Qв/Qж=9,43 м3/м3, т.е в единицу времени требуется ввести 9,43 м3 воздуха на 1 м3 раствора.

Расчет объемных расходов воздуха и жидкой фазы (водный раствор ПАВ, водоприток) производится на основании опыта бурения с использованием пены. Суммарный объемный расход жидкой фазы с учетом водопритоков в скважину находится в пределах 2,5·10-4÷1,5·10-3 м3/с.

Объемный расход воздуха для получения пены можно определить из соотношения

Qв=αQж (15.24)

где Qж - объемный расход жидкой фазы в учетом водопритока в скважину. м3/с; Qв - объемный расход воздуха при атмосферном давлении (1·105Па), м3/с; α - то же, что и в формуле (15.22).

Расчет давления нагнетания при циркуляции в скважине пены производится аналогично расчету с продувкой воздухом и ведется в направлении, обратном движению потока.

Ориентировочно давление нагнетания пены Рн.п может быть рассчитано по формуле

Рн.пзаб+Δρ1+Δρ2               (15.25)

где Рзаб -  давление у забоя скважины в восходящем потоке при глубине h, равной глубине скважины, МПа; Δρ1=0,035÷0,05 МПа - давление на преодоление сопротивлений в колонковом наборе, долоте; Δρ2=0,05 МПа - давление на преодоление сопротивлений в наземной обвязке.



 
Copyright © 2007-20011 Буровой портал
буровые установки
 
CMS SiteEdit Создание сайта Вебцентр Карта сайта
 


Яндекс цитирования
Check Page Rank