Материал: Бурение поисково-разведочной скважины на месторождении каменного угля

где λ1 - безразмерный коэффициент гидравлического сопротивления;  - плотность промывочной жидкости, кг/м3,  =1050 кг/м3 - для нормального глинистого раствора;  - внутренний диаметр бурильных труб, м, = 0,036 м;  - длина колонны бурильных труб, м; - эквивалентная длина бурильных труб, потери давления на которой приравниваются к потерям давления в ЛБТН, нагнетательном шланге, сальнике, ведущей трубе, м; - средняя по сечению канала потока скорость движения жидкости, м/с.

Средняя по сечению канала потока скорость движения жидкости рассчитывается по формуле (24).

 (24)

где  - расход промывочного агента (подача насоса), .

Значение коэффициента при промывке скважины водой и другими маловязкими жидкостями производится по универсальной приближенной формуле А. Д. Альтшуля (25).

 (25)

где  - гидравлическая или эквивалентная шероховатость, м, ;  - эквивалентный диаметр канала потока, м (для внутреннего канала бурильных труб );Re - параметр Рейнольдса, рассчитываемый по формуле (26)при промывке глинистыми растворами.

, (26)

где  - эффективная вязкость глинистого раствора, Па, определяемая по формуле (27).

 (27)

где  - коэффициент структурной вязкости, Пас;  - динамическое напряжение сдвига, Па.

При  величина коэффициента рассчитывается по формуле Стокса (28).

 (28)

При величина коэффициента рассчитывается по формуле Р. И. Шищенко (29).

 (29)

Расчет эквивалентной длины бурильных труб проводится по формуле (30).

 (30)

где , - длины шланга, ведущей трубы и сальника соответственно, м; ,-диаметры шланга, ведущей трубы и сальника соответственно, м.

Пример расчета давления на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости в бурильных, утяжеленных трубах, нагнетательном шланге, сальнике и в ведущей трубе:

Средняя по сечению канала потока скорость движения жидкости рассчитывается по формуле (24)при , :

Эффективная вязкость глинистого раствора рассчитывается по формуле (27) при,

Параметр Рейнольдса, рассчитываемый по формуле (26)при промывке глинистыми растворами при

1840.

Поскольку  величина коэффициента рассчитывается по формуле Стокса (28):

Расчет эквивалентной длины бурильных труб проводится по формуле (30) при  = 10 м;  = 0,5 м; =3 м; =0,038 м; =0.046 м; =0,046 м; =

Таким образом, давление на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости в бурильных, утяжеленных трубах, нагнетательном шланге, сальнике и в ведущей трубе по формуле (23) принимает следующие значения:

Давление на преодоление гидравлических сопротивлений при движении промывочной жидкости в соединениях бурильной колонны рассчитывается по формуле (31).

 (31)

где n - количество соединений в колоне бурильных труб, шт, рассчитываемый по формуле (32); - безразмерный коэффициент местного сопротивления, рассчитываемый по формуле Б. С. Филатова (33).

 (32)

где  - длина скважины, м;  - длина одной трубы;

 (33)

где  - наименьший диаметр проходного отверстия в бурильной колонне, м, =0,028 м;а - опытный коэффициент, зависящий от вида соединения бурильной колоны, при муфто-замковом соединении, а = 2.

Пример расчета давления на преодоление гидравлических сопротивлений при движении промывочной жидкости в соединениях бурильной колонны:

Расчет количества соединений в колоне бурильных труб находим из формулы (32) при :

Безразмерный коэффициент местного сопротивления рассчитывается по формуле (33) при а = 2=0,019 м=0,046 м:

Давление на преодоление гидравлических сопротивлений при движении промывочной жидкости в соединениях бурильной колонны находится по формуле (31):

Давление на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости в кольцевом пространстве скважины рассчитывается по формуле (34).

 (34)

где - скорость восходящего потока промывочной жидкости, м/c, для твердосплавного бурения ;  - средняя плотность жидкости, обогащенной шламом, кг/м3, ; l - длина скважины, м; - безразмерный коэффициент гидравлического сопротивления в кольцевом пространстве скважины;Dэ - эквивалентный диаметр канала потока, м.

При промывке скважины глинистым раствором безразмерный коэффициент гидравлического сопротивления в кольцевом пространстве скважины рассчитывается по формуле М. Е. Соловьева при  (35).

 (35)

где  - параметр Рейнольдса, рассчитываемый по формуле (36).

 (36)

где  - кинематическая вязкость промывочного раствора, м2/c.

Пример расчета давления на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости в кольцевом пространстве скважины:

Скорость восходящего потока промывочной жидкости принимается из табличных значений для твердосплавного бурения: = 0,3 - 0,6 (м/с).

По формуле (36) находятся параметр Рейнольдса при

Безразмерный коэффициент гидравлического сопротивления в кольцевом пространстве скважины рассчитывается по формуле (35):

Давление на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости в кольцевом пространстве скважины рассчитывается по формуле (34) при

Давление на преодоление гидравлических сопротивлений в колонковом снаряде и коронке, как правило, не рассчитывается, а принимается на основании практических данных в зависимости от длины колонкового снаряда, наличия керна, расхода и свойств промывочной жидкости. Для практических расчетов можно принимать в пределах 0,1-0,35 МПа.

Общее потребное давление, которое должен развивать насос рассчитывается по формуле (22) при  =1,3:

Вычисленное значение удовлетворяет условию, так как максимальное давление насоса (а) больше, чем общее рассчитанное потребное давление, таким образом, насос будет обеспечивать вынос шлама.

Проверочные расчеты для обсадных труб

Условие прочности на разрыв при растяжении под действием веса обсадной колонны в опасном сечении верхней трубы (37).

 (37)

где  - допустимое напряжение на растяжение, Па; q - масса единицы длины колонны обсадных труб, кг/м; L - длина колонны обсадных труб, м; - площадь опасного сечения трубы или ниппеля по резьбе, ; g - ускорение свободного падения (g=9,81 м/).

Допустимая глубина спуска колонны обсадных труб рассчитывается по формуле (38).

 (38)

где  - предел текучести материала труб, Па; k - коэффициент запаса прочности на растяжение (k=1,5).

Условие прочности на смятие ниток резьбы в опасном сечении верхней обсадной трубы под действием веса колонны обсадных труб рассчитывается по формуле (39).

 (39)

где - допустимое напряжение на смятие, Па;  - наружный и внутренний диаметр резьбы, м.

Допустимая глубина спуска колонны обсадных труб из условия прочности резьбы в опасном сечении на смятие рассчитывается по формуле (40).

 (40)

Пример расчетов на прочность труб выбранного диаметра:

Обсадные трубы 108 диаметра.

Допустимое напряжение на растяжение рассчитывается по формуле (37) при  = 379 МПа; q = 12,7 кг; L = 8; ; м; м:

Допустимая глубина спуска колонны обсадных труб рассчитывается по формуле (38):

Допустимое напряжение на смятие рассчитывается по формуле (39):

Допустимая глубина спуска колонны обсадных труб из условия прочности резьбы в опасном сечении на смятие рассчитывается по формуле (40):

Таким образом, допустимая глубина спуска колонны обсадных труб - 506 м, что удовлетворяет выбранным условиям.

Обсадные трубы 89 диаметра.

Допустимое напряжение на растяжение рассчитывается по формуле (37) при  = 379 МПа; q = 10,36 кг; L = 145; ; м; м.

Допустимая глубина спуска колонны обсадных труб рассчитывается по формуле (38):

Допустимое напряжение на смятие рассчитывается по формуле (39):

Допустимая глубина спуска колонны обсадных труб из условия прочности резьбы в опасном сечении на смятие рассчитывается по формуле (40):

Таким образом, допустимая глубина спуска колонны обсадных труб - 867 м, что удовлетворяет выбранным условиям.

Расчет колонны бурильных труб на прочность при колонковом бурении

В процессе бурения скважины колонна бурильных труб подвергается воздействию ряда усилий, различных по величине, характеру и направлению действия, в связи с чем находится в сложном напряженном состоянии.