Раздел 3. Расчет давления необходимого для преодоления сил сопротивления при течении ГЖС в горизонтальной скважине.

3.

3.1. Для выбранных и рассчитанных значений параметров потока ПГЖС рассчитать величину критерия Фруда:

где: V_c – скорость течения потока ПГЖС

d_Т = D_С – диаметр трубы принимаем равным диаметру скважины;

3.2. Определяем число Архимеда:

3.3. Рассчитываем величину параметра Рейнольдса:

где: V_П – скорость потока ПГЖС в скважине, м/с

ρ_п – плотность ПГЖС;

µ_п – пластическая вязкость ПГЖС.

Проводим сравнение параметра Re, рассчитав его по формуле:

Для дальнейших расчетпринять большее значение из двух расчетных по формулам через V_П и Ar.

3.4. В зависимости от найденных значений Fr_C и Re по графику необходимо найти значения коэффициента гидравлических сопротивлений (λ_см) для газожидкостной смеси при ее течении в скважине (трубах).

Рис. Зависимость λ_смот Re при различных значениях Fr_см.

3.5. Рассчитать необходимое давление для преодоления сил трения при прокачивании ПГЖС по бурильным трубам и кольцевому пространству между стенками скважины и наружной поверхностью бурильных тру по формуле:

где: P_{г.ст.см.} – гидростатическое давление столба ГЖС в горизонтальном участке ствола с учетом заполнения его вертикального ствола.

где: ρ_п – плотность пены (ГЖС), кг/м³;

Н_в – расстояние по вертикали до горизонтального ствола скважины, м;

L_Г – длина горизонтального участка ствола скважины, м;

V_С – скорость течения смеси (ГЖС – пены) при прокачивании в горизонтальном стволе, м/с;

ρ_см = ρ_п – плотность пенной ГЖС, кг/м³.

Средняя плотность ГЖС по всей скважине (её вертикальной части):

Следует иметь ввиду, что параметрρ_см.ср. – участвует в расчете только гидростатического давления столба ПГЖС. В других слагаемых ρ_см – плотность ПГЖС на глубине Н_В.

d_в, D_Н и D_C – диаметры внутренний и наружный бурильных труб, а также диаметр скважины (долота) соответственно.

Тогда окончательно расчет ведем по формуле:

или:

где: P_В – перепад давления для преодоления сил сопротивления при прокачивании ПГЖС внутри бурильных труб, Па;

P_к.п. – перепад давления для преодоления сил сопротивления при прокачивании ПГЖС в кольцевом пространстве, Па.

 

3.6. Определяем удельные потери давления на 1м горизонтальной скважины при прокачивании ПГЖС внутри бурильных труб и в кольцевом пространстве:

3.7. Результаты расчетов сводим в таблицу:

 

N п/п	Параметр	Единица измерения	Значение параметров
	НВ	м
	LГ	м
	FrC	-
	Ar	-
	Re’	-
	Re	-
	Pг.см.	МПа
	ρсм.ср.	кг/м3
	Рп	МПа
	ΔРв	МПа/м
	ΔРк.п.	МПа/м

 

 

Дополнения к разделу 3.1

Расчет необходимо проводить в следующей последовательности:

1. Рассчитываем величину критерия Фруда по формуле (21). При выбранных и расчетных параметрах пенной ГЖС расчет ведем при обоснованной величине скорости потока пенной ГЖС - .

2. Определяем число Архимеда по формуле (22).

3. Рассчитываем величину параметра Рейнальдса через величину скорости потока пенной ГЖС по формуле (23).

4. Рассчитываем величину параметра Рейнальдса через число Архимеда по формуле (24).

5. Сравниваем значения параметров Рейнальдса, найденные по формулам (23) и (24). Для дальнейших расчетов необходимо принять большее значение параме6тра Рейнальдса.

6. Проводим оценку принятого значения параметра Рейнальдса. Если – это значит, что режим течения пенной ГЖС в скважине ламинарный.

7. В случае наличия турбулентного режима течения в пенной ГЖС в горизонтальной скважине необходимо на графике (рис. раздела 3) в заштрихованной области значений исследуемых параметров путем откладывания точки, соответствующей значениям параметра Рейнальдса и критерия Фруда. Найти значение величины коэффициента сопротивления при течении пенной ГЖС - . При этом точки, существующие на графике и соответствующие значениям критерия Фруда ( необходимо умножить на .

8. В случае, если течение пенной ГЖС соответствует ламинарному режиму, величина коэффициента сопротивления определяется путем продления ординаты, соответствующей расчетному значению параметра Рейнальдса до пересечения с линией , характеризующей ламинарный режим потока пенной ГЖС и отнесения этой точки пересечения на ось значений .

 

 

Пример.

Для принятых значений параметров м/с.

1. Определяем величину критерия Фруда:

2. Рассчитываем величину числа Архимеда:

3. Рассчитываем величину параметра Рейнальдса при м/с:

4. Определяем величину параметра Рейнальдса при :

5. Для дальнейших расчетов принимаем .

6. Поскольку , то режим течения пенной ГЖС ламинарный.

7. По графику на рисунке находим значение коэффициента сопротивления . Для дальнейших расчетов принимаем значение коэффициента сопротивления при течении пенной ГЖС .

 

 

[ Гриценко А.И. и др. Гидродинамика ГЖС в скважинах и трубопроводах, «Недра», 1994 г]

к свойствам ГЖС [стр. 6]

Ø истинное газосодержание – доля сечения трубы, занятая газовой фазой.

где - площадь поперечного сечения трубы, занятая газовой фазой;

- площадь поперечного сечения трубы, занятая жидкой фазой.

Ø число Фруда смеси [стр. 11]

где - скорость течения смеси.

 

 

Ø см. стр. 57 график рис.3.4 значения от 0 до 10

(а не как на стр. 76: 500 - 1500).

тоже см. рис. 3.7 стр. 61.

0,2; 0,5; 1; 5 и 10

тоже см. рис. 3.8 стр.62.