Материал: Проект строительства наклонно направленной эксплуатационной скважины глубиной 2972 м на Фаинском нефтяном месторождении

.7 Проектирование режима бурения

Эффективность процесса и показатели бурения при прочих равных условиях в большей мере зависят от режима бурения.

Под режимом бурения понимают сочетание некоторых параметров, существенно влияющих на процесс и показатели бурения, которыми можно управлять с устья. Так, параметрами режима роторного способа бурения являются: осевая нагрузка на долото, частота его вращения, расход бурового раствора. К параметрам режима бурения причисляют также "качество" бурового раствора, которое, в свою очередь, определяется рядом показателей, важнейшими из которых являются: плотность, вязкость, показатель фильтрации, теплоемкость, теплопроводность, смазывающая способность. Другие показатели качества раствора являются не менее важными, они также в той или иной степени влияют на процесс и показатели бурения, но это влияние в большей мере проявляется через возможность возникновения осложнений.

2.7.1 Разработка гидравлической программы проводки скважины

Для бурения скважины без осложнений необходимо чтобы очистка была совершенной. Очистка забоя считается совершенной, если образующийся при бурении шлам немедленно подхватывается потоком бурового раствора и удаляется с забоя. Расход промывочной жидкости выбирается исходя из трех условий [5]:

обеспечение выноса крупных частиц шлама (условие 1);

обеспечение работы турбобура (условие 2);

обеспечение удовлетворительной очистки забоя (условие 3).

Для дальнейших расчетов рассчитаем параметры бурового раствора по интервалам.

Значения ДНС рассчитаем по формуле:

τ_о = 8,5 × 10^-3 × ρ-7(2.28)

Пластическую (структурную) вязкость рассчитываем по формуле:

η = 0,0045τ_о (2.29)

Подставим соответствующие значения плотностей бурового раствора по интервалам бурения из таблицы 2.4 в формулы (2.27)-(2.28), результаты сведем в таблицу 2.13.

Таблица 2.13

Параметры промывочной жидкости по интервалам бурения

Расход, обеспечивающий вынос крупных частиц шлама:

Расчет расхода, необходимого для выноса крупных частиц шлама, рассчитывается по формуле:

Q_i = 1,15×U_ОС×F_КП, (2.30)

где U_ОС - скорость оседания крупных частиц шлама, м/с;

F_КП - площадь кольцевого пространства, м².

Скорость оседания крупных частиц шлама рассчитывается по формуле [5]:

 (2.31)

где d_Ш - размер наиболее крупных частиц шлама, м;

ρ_П и ρ_БР - плотность породы и промывочной жидкости соответственно, кг/м³.

Размер наиболее крупных частиц шлама рассчитывается по формуле [8]:

d_ш = 0,002 + 0,037 × D_Д, (2.32)

где D_Д - диаметр долота, м.

Подставим соответствующие результаты (2.30)-(2.31) и получим:

для интервала 0-50 м:_Ш = 0,002+0,037·0,3937=0,0166 м.

Расчет для других интервалов ведется аналогично, результаты сведем в таблицу 2.14.

Таблица 2.14

Расход, обеспечивающий вынос крупных частиц шлама по интервалам бурения

Расход, необходимый для удовлетворительной очистки забоя

Расход необходимый для удовлетворительной очистки забоя рассчитывается по формуле:

где q - удельный расход жидкости, необходимый для удовлетворительной очистки забоя, можно принять q=0,60 м/с;₃ - площадь забоя скважины, м.

Площадь забоя рассчитывается с учетом коэффициента кавернозности К_К по формуле:

 (2.34)

Подставим соответствующие данные для интервала 0-50 м в выражения (2.33)-(2.34) и получим:

Q_i≥0,60∙0,122=0,073 м³/с

Остальные значения расхода рассчитываются аналогично. Результаты расчета приведены в таблице 2.13.

Таблица 2.15

Расход, обеспечивающий удовлетворительную очистку забоя

Далее выберем наибольший расход, исходя из условий 1-3 по интервалам бурения.

Таблица 2.16

Расход промывочной жидкости по интервалам бурения

Расчет диаметров гидромониторных насадок

Суммарная площадь сечения насадок f_Н, рассчитывается по формуле [8]:

,(2.35)

где µ_Н - коэффициент расхода, можно принять µ=0,9;

ΔP_д - перепад давления в долоте;_i - расход промывочной жидкости, м³/с.

Диаметр насадки рассчитывается по формуле:

 (2.36)

Подставим соответствующие значения в выражения (2.35)-(2.36) и результаты приведем в таблице 2.15.

Таблица 2.17

Результаты расчета диаметра гидромониторных насадок по интервалам бурения

Расчет потерь давления в бурильной колонне и кольцевом пространстве

Для расчета потерь давления необходимо рассчитать скорость течения жидкости внутри труб (кольцевого пространства) по формуле:

 (2.37)

где F_n - площадь канала труб (кольцевого сечения), м²;

Q - расход промывочной жидкости, м³/с.

Площадь канала труб находится по формуле:

 (2.38)

где d_M - внутренний диаметр труб, м.

Площадь кольцевого пространства рассчитывается из выражения:

 (2.39)

где D_CKВ, - внутренний диаметр, скважины, м.

d_НАР - наружный диаметр элемента бурильной колонны, для которого ведется расчет потерь давления, м.

Для оценки режима течения необходимо найти обобщенный параметр Рейнольдса по формуле:

 (2.40)

где ρ_БР и τ_о - плотность, структурная вязкость и ДНС промывочной жидкости соответственно;

d_Г - гидравлический диаметр, для внутритрубного пространства d_Г=d_ВН, для кольцевого пространства d_Г =D_CКВ - d_HАР.

При Re*>2000 режим течения считается турбулентным, а при Re*<2000 -структурным. Коэффициент гидравлического сопротивления λ рассчитывается по формулам (2.45)-(2.46) [8], в зависимости от значения Re*.

При 50000>Re>2000:

, (2.41)

При Re>50000:

λ=0,018+0,022D, (2.42)

Потери давления внутри труб находятся по формулам (2.47)-(2.48) [8], в зависимости от вида течения жидкости. При турбулентном режиме:

, (2.43)

При структурном режиме:

, (2.44)

где  - безразмерный коэффициент, зависящий от числа Сен-Венана-Илюшина, находится по графику, представленному на рисунке 2.7.

Число Сен-Венана - Илюшина находится по формуле:

 (2.45)

Рис. 2.5 - Кривые зависимости безразмерных коэффициентов β и β_к от числа Сен-Венана-Илюшина; 1-для труб круглого сечения, 2 - для концентричного кольцевого пространства

Расчет потерь давления в элементах циркуляционной системы, долоте и турбобуре

Потери давления в циркуляционной системе буровой установки определяются как сумма всех потерь давления в элементах циркуляционной системы состоящей из:

1) стальных бурильных труб;

2)      утяжеленных бурильных труб;

)        бурового долота (насадки);

4) наземной обвязки, включающей стояк, буровой шланг, вертлюг, ведущую трубу;

Расчет ведется для потерь давления при бурении под эксплуатационную колонну.

Внутри труб СБТ _БТ

, U>U_кр

Режим турбулентный

Аналогично рассчитываются перепад давления в УБТ.

Внутри труб СБТ _БТ

, U>U_кр

Режим турбулентный

.

.

Перепад давления в турбобуре 3ТСШ1-195 определяется по формуле

=а×Q²×= 4,3×10⁶×0,0183²×1140=1,64×10⁶ Па.

а= ∆Р_с /Q_с²×ρ_с = 3,9∙10⁶/0,03²∙1000 = 4,3×10⁶.

Перепад давления в долоте

, (2.46)

, (2.47)

где а - коэффициент гидравлического сопротивления в насадке долото, м^-4;

- площадь сечения насадок из таблицы 2.15, м²;

µ - коэффициент расхода, можно принять µ=0,9.

Для бурения под эксплуатационную колонну:

.

.

Расчет потерь давления при бурении под эксплуатационную колонну в кольцевом пространстве

Перепад давления в КП забойного двигателя.

D_ЗД=195мм, D_СК=215,9мм, d_Г=0,0209м, F_КП=0,0067 м²,

.

Режим турбулентный U>U_кр

.

.

.

Перепад давления вУБТ-177,8.

D_УБТ=177,8мм, D_СК=215,9 мм, d_Г=0,0381мм, F_КП=0,0118 м²,

.

Режим турбулентный U>U_кр

.

.

.

Потери давления на остальных участках КП рассчитываем аналогично, результаты запишем в таблицу 2.16.

Перепад давления СБТ.

D_УБТ=127мм, D_СК=215,9 мм, d_Г=0,0889мм, F_КП=0,0083 м²,

.

Режим турбулентный U>U_кр