Гидродинамические давление и разрежение, создаваемые при спуске и подъеме колонны труб


Сложность решения данной задачи заключаются в многообразии факторов, влияющих на величину гидродинамического давления. Характерная особенность процесса спуска и подъема - их кратковременность и неравномерность. Процесс этот, безусловно, инерционный, и осуществляется он в жидкостях с разной реологической и деформационной характеристикой в стволах небольшого диметра, но очень большой глубины. Для скважин, у которых сравнительно большой объем и значительная глубина, существенное влияние на гидродинамическое давление оказывает сжимаемость и объемная прочность бурового раствора.

Поэтому предложено несколько решений, каждое из которых дает удовлетворительный результат в определенных физико-технических условиях.


Метод 1

+ ОНЛАЙН-РАСЧЕТ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ ЗА СЧЕТ ПОРШНЕВОГО ЭФФЕКТА
Показатель Значение
Глубина скважины
Диаметр скважины, мм
Наружный диаметр бурильных труб, мм
Внутренний диаметр бурильных труб, мм
Наружный диаметр УБТ, мм
Внутренний диаметр УБТ, мм
Плотность бурового раствора, кг/м3
Отсчет на шкале визскозиметра при 600 об/мин
Отсчет на шкале визскозиметра при 300 об/мин
Vср спуска бурильной колонны, м/с
Безразмерный параметр n
Безразмерный параметр K
V жидкости в затрубном пространстве в случае закупоренной трубы, м/с
V макс труб в случае закупоренной трубы, м/с
Гидродинамическое давление в случае закупоренной трубы, МПа
V жидкости в затрубном пространстве в случае открытой трубы, м/с
V макс труб в случае открытой трубы, м/с
Гидродинамическое давление в случае открытой трубы, МПа
Сохранить в Excel

1. Определите n:

n = 3.32 * log(θ600 / θ600);

2. Определите K:

K = θ600 / 511n

3. Определить скорость течения жидкости, м/с. Для закупоренной трубы или, например, в колонне установлен обратный клапан:

V = [0.45 + (Dн2 / (Dвн2 - Dн2) ] * Vтр

Для открытой трубы:

V = [0.45 + (Dн2 - Di2 / (Dскв2 - Dвн2 - Di2) ] * Vтр

4. Максимальная скорость спуска/подъема труб, м/с:

Vmax = 1.5 * V

5. Гидродинамическое давление при спуске/подъеме труб:

Условные обозначения:

n и K - безразмерные параметры;

θ600 и θ300 - отсчет на шкале вискозиметра при 600 и 300 об/мин;

V - скорость жидкости;

Vтр - скорость движения (спуска или подъема) трубы, м/с;

Vмакс - максимальная скорость трубы, м/с;

Pc/п - потеря давления при движении труб, МПа;

L - длина колонны труб, МПа;

Dскв - диаметр скважины или внутренний диаметр обсадной колонны, мм;

Dн - наружный диаметр бурильных труб или УБТ, мм;

Dвн - внутренний диаметр бурильных труб или УБТ, мм.


Метод 2

+ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ И РАЗРЕЖЕНИЕ, СОЗДАВАЕМОЕ ПРИ СПУСКЕ И ПОДЪЕМЕ КОЛОННЫ ТРУБ
Показатель Значение
Плотность бурового раствора, кг/м3
Пластическая вязкость, сПз
Предельной напряжение сдвига, Па
Диаметр скважины, мм
Наружный диаметр бурильных труб, мм
Длина колонны бурильных труб, м
Наружный диаметр УБТ, мм
Длина колонны УБТ, м
Скорость спуска труб, м/с
Глубина скважины, м/с

Вокруг бурильных труб

V жидкости в кольцевом пространстве, м/с
Vмакс труб, м/с
Безразмерный коэффициент n
Безразмерный коэффициент K
V сдвига бурового раствора
Напряжение сдвига бурового раствора
Гидродинамическое давление, МПа

Вокруг УБТ

V жидкости в кольцевом пространстве, м/с
Vмакс труб, м/с
Vэкв бурового раствора из-за движения труб в Qэкв, л/c
Потеря давления для интервала, МПа
Суммарное гидродинамическое давление, МПа
P, пересчитанное в увеличение плотности БР, кг/м3
Импульсное P, создаваемое спуском колонны труб, кг/м3
Сохранить в Excel

Примем следующее:

  • 1. Закупоренная труба
  • 2. Ламинарное течение вокруг колонны бурильных труб
  • 3. Турбулентное течение вокруг колонны УБТ
  • Эти вычисления намечают в общих чертах процедуру и расчеты, необходимые для определения увеличения или уменьшения эквивалентной плотности бурового раствора (забойного давления) из-за импульсов давления/разрежения, вызываемых спуском или подъемом колонны труб. В этих вычислениях принимается, что конец колонны труб закупорен (как при спуске обсадной колонны с башмаком с обратным клапаном или бурильной колонны, закачивающейся долотом со струйными насадками), но не колонны труб с открытым концом.

    A. Гидродинамическое импульсное давление вокруг колонны бурильных труб:

    1. Эффективная скорость жидкости в кольцевом пространстве (v) вокруг бурильных труб:

    V = [0.45 + (Dн2 / (Dвн2 - Dн2) ] * Vтр

    2. Максимальная скорость труб (Vmax):

    Vmax = 1.5 * V

    3. Определите n:

    n = 3.32 * log(θ600 / θ600);

    4. Определите K:

    K = θ600 / 511n

    5. Скорость сдвига (γсд) в буровом растворе, движущемся вокруг бурильных труб:

    γсд = (12 * 1000 * Vкол) / (Dд - Dн)

    6. напряжение сдвига (Т) в буровом растворе, движущемся вокруг бурильных труб:

    T = K * (γсд)n

    7. Уменьшение давления (Pс/п) для интервала:

    Pс/п = (1,911 * T) * L / (Dд - Dн) / 1000

    B. Гидродинамическое импульсное давление вокруг колонны УБТ:

    B. Гидродинамическое импульсное давление вокруг колонны УБТ:

    1. Теоретическая скорость жидкости в кольцевом пространстве (v) вокруг колонны УБТ:

    V = [0.45 + (Dн2 / (Dвн2 - Dн2) ] * Vтр

    2. Максимальная скорость колонны труб:

    Vmax = V * 1.5

    3. Эквивалентная скорость бурового раствора из-за движения колонны труб в эквивалентный расход потока (Q):

    Q = 0.000785 * Vmax * (Dвн2 - Dн2), л/с

    4. Гидродинамическое давление для каждого интервала (Pс/п):

    Pс/п = (30.3 * ρ0.8 * Q1.8 * η0.2 * L) / (Dскв - Dн)3 / (Dскв + Dн)1.8

    C. Суммарное гидродинамическое импульсное давление, пересчитанное в плотность бурового раствора:

    C. Суммарное гидродинамическое давление (или разряжение) за счет поршневого эффекта = Рс/п (за счет бурильных труб) + Рс/п (за счет УБТ).

    D. Если вы желаете определить увеличение эквивалентной плотности бурового раствора (при спуске колонны труб):

    ρэкв = (10^6 * Рс/п / 9,8 / L) + ρ, кг/м3

Новости ТЭК