Гидравлический расчет циркуляционной системы в процессе бурения скважины

Целью гидравлических расчетов при промывке скважины в процессе бурения является нахождение оптимального расхода жидкости, обеспечивающего работу забойных механизмов для успешного разрушения горной породы при гидравлических сопротивлениях в циркуляционной системе, ие превышающих возможности буровых насосов.

1. Разбивка ствола скважины на интервалы

ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА И ВЫБОР

ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

Гидравлические потери при движении промывочных жидкостей зависят от многих факторов. К ним относятся реологические показатели и плотность жидкости, скорость течения, геометрические характеристики канала, тип долота, применяемого для бурения (с центральной, промывкой или гидромониторное), гидравлическая характеристика турбобура.

Предварительная разбивка ствола скважины на интервалы зависит от диаметра ствола. Как правило, минимальное число интервалов определяется количеством обсадных колонн: бурение под кондуктор, бурение под промежуточные колонны, бурение под эксплуатационную колонну. При необходимости интервал с равным диаметром ствола разделяется на самостоятельные интервалы, если внутри него меняются способ бурения (турбинный или роторный), тип турбобура или долота, плотность и реологические показатели промывочной жидкости. Кроме этого, длина интервала не должна превышать 1500—2000 м для лучшего использования гидравлической мощности насосов.

После окончательной разбивки ствола скважины на интервалы заполняется таблица с перечнем необходимых исходных данных на каждый интервал (см. табл. 7).

Рассмотрим правила выбора данных при заполнении указанной таблицы:

1) глубина бурения в начале и конце интервала (L_Н и L_K) устанавливается в соответствии с выбранной длиной и рас­положением интервала по стволу скважины; 2) и 3) глубина залегания кровли продуктивного пласта L_Н и имеющееся в нем давление Р_ПЛ находятся по данным геологотехнического наряда (ГТН); 4) при наличии в разрезе поглощающего пласта или слабого пласта, склонного к гидроразрыву, вы­деляется глубина L_пл его подошвы; 5) давление гидроразры­ва в этом пласте Р_г может быть подсчитано по формуле P_г=p_гL_c, где р_г — давление гидроразрыва на 1 м пласта данной площади, МПа/м (пределы изменения 0,015— 0,022 МПа/м); 6) в интервале ствола для гидравлического расчета выделяется наиболее мощная пачка разбуриваемых пород (если интервал не однороден) и находится ее плот­ность. Плотность р_ш для наиболее распространенных осадоч­ных пород изменяется от 2400—2700 кг/м³; 7) условная твердость породы, слагающей наиболее мощную пачку (М, МС, С, СТ, Т, ТК, К, ОК), выделяется по ГТН; 8) осевая нагрузка на долото G находится по ГТН или ориентировочно вычисляется по данным табл.1 в соответствии с твердостью пород и диаметром долота;

Таблица 1

Нагрузка на 1 м диаметра долот различных типов
Тип долота	М	МС	С	СТ	Т	ТК	К
Нагрузка на 1 м диаметра долота, кН	200- 400	200- 600	300- 800	400-900	700- 1000	800- 1200	900- 1500

9) механическая скорость бурения V_М определяется по фактическим данным или используется планируемая по ГТН; 10) реологические показатели промывочной жидкости τ₀ и η являются фактическими данными. При их отсутствии можно воспользоваться ориентировочными зависимостями [4] τ₀ = f(p) и η=f(р), полученными для глинистых углещелочных растворов и представленными па рис. 1; 11) тип насоса в основном зависит от класса принятой буровой установки. Наиболее распространенными являются насосы У8-7м, У8-6м, У8-4, БРН-1, характеристики которых даны в прилож. 1. Количество одновременно работающих буровых насосов за­висит от ряда причин. При бурении под кондуктор и проме­жуточную колонну возможно (при любом способе бурения) использование двух насосов. Если бурение будет происходить с поглощениями, то целесообразно применять один насос. Для промывки скважины при бурении под эксплуатацион­ную колонну, как правило, достаточно одного насоса типа У8-7м или У8-6м; 12) диаметр долота d_д , применяемого при бурении скважины в рассчитываемом интервале, зависит от принятой конструкции скважины; 13) к элементам бурильной колонны относятся бурильные трубы (в т. ч. и УБТ) раз­личных типоразмеров, составляющие принятую компоновку. В примере гидравлического расчета приводится четырехэлементная компоновка колонны, состоящая из утяжеленных, стальных и легкосплавных бурильных труб; 14) элементы наружной обвязки (манифольда) у буровых установок для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения не­значительно отличаются друг от друга. А гидравлические по­терн в манифольде буровой установки составляют неболь­шую часть от потерь в целом. Поэтому для расчета потерь в этом элементе циркуляционной системы целесообразно вы­бирать одну из двух наружных обвязок: для установки с глубиной бурения до 5000 м и с глубиной бурения более 5000 м.

Рис. 1 Зависимость реологических показателей τ₀ и η от плотности глинистого раствора