Условные схемы соединительных элементов

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВО «РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Серго Орджоникидзе» (МГРИ-РГГРУ)

 

_________________________________________________________________________ ­­­­­­

 

КАФЕДРА СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

 

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ПРИКЛАДНОЙ ГИДРОДИНАМИКЕ

 

Промывка скважины колонкового бурения жидкостью и расчёт параметров режима работы бурового насоса

 

 

Выполнил: ст. группы

 

 

Проверил: проф. Куликов В.В.

 

МОСКВА, 2017 г.

Задание

Рассчитать параметры режима работы бурового насоса при прямой промывке скважины колонкового бурения.

Параметрами режима работы насоса являются подача (расход) промывочной жидкости, развиваемое давление и развиваемая мощность.

 

I. В соответствии с № варианта задания и результатами последующих расчётов заполнить таблицу исходных данных.

Таблица исходных данных

 

№	Обозначение величины и её размерность; вид агента	Значение величины; реологическая модель агента	Наименование величины; назначение агента
	hc, м		Глубина скважины
	Hc, м		Длина ствола скважины
	hок, м		Глубина спуска обсадной колонны (ОК)
	Hок, м		Длина ОК
	Dок, мм		Наружный диаметр ОК
	dок, мм		Внутренний диаметр ОК
	DБК, мм		Наружный диаметр буровой коронки (БК)
	dБК, мм		Внутренний диаметр БК
	Dкт, мм		Наружный диаметр колонковой трубы (КТ)
	dкт, мм		Внутренний диаметр КТ
	Hкт, м		Длина КТ
	hкт, м		Длина вертикальной проекции КТ
	DБТ, мм		Наружный диаметр бурильных труб (БТ)
	dБТ, мм		Внутренний диаметр БТ
	HБТ, м		Длина одной БТ
	DСЭ, мм		Наружный диаметр соединительного элемента (СЭ)
	dСЭ, мм		Внутренний диаметр СЭ
	HП, м		Длина подводящей линии (от бурового насоса до колонны БТ)
	dП, мм		Внутренний диаметр подводящей линии
	КЭ, мм		Эквивалентная шероховатость поверхности магистрали
	δ, мм		Приращение диаметра скважины и керна
	Dс, мм		Диаметр скважины
	dк, мм		Диаметр керна
	Vмех, м/ч		Механическая скорость бурения
	ρш, кг/м3		Плотность частиц шлама
	dш, мм		Эквивалентный диаметр частиц шлама
	ТВ или ГР	НЖ или БЖ	Очистной агент (ОА)
	ρ, кг/м3		Плотность промывочной жидкости (ПЖ)
	τ0, Па		Начальное напряжение сдвига ПЖ
			Абсолютная вязкость ПЖ
	t0, ºС		Средняя температура ПЖ
	PБК, ат		Потеря давления в БК
	η		Полный КПД насоса
	ηп		КПД передачи от двигателя до насоса
	g, Н/кг		Ускорение силы тяжести

 

 

Примечания

1. При соединении бурильных труб (БТ) «труба в трубу» D_СЭ – наружный диаметр колонны в месте соединения, d_СЭ – внутренний диаметр колонны БТ в месте соединения.

2. Рекомендуемые значения величин: H_кт = 1,5 м, 3 м, 4,5 м, 6 м; H_БТ = 1,5 м, 3 м, 4,5 м, 6 м; H_П = 20 м; d_П = 32 мм, 38 мм, 50 мм; К_Э = 0,1 мм; δ = 0,1 – 2 мм; V_мех = 10 – 30 м/ч; ρ_ш = 3000 кг/м³; t₀ = 10 ºС; P_БК = 2 – 5 ат; η = 0,7; η_п = 0,9; g = 9,81 Н/кг.

3. При τ₀ = 0 реологическая модель – НЖ (ньютоновская жидкость), если r = 1000 кг/м³ – техническая вода (ТВ).

При τ₀ > 0 реологическая модель – БЖ (бингамовская жидкость), если r > 1000 кг/м³ – глинистый раствор (ГР).

4. Расчёты выполнять в СИ, ответы (где это необходимо) переводить в единицы, принятые в бурении – МПа и др.

5. Ответы округлять, указывая после запятой не более двух знаков, например: 161 × 10^{-3 м; 3,48} × 10^{-3 м2}; 43,86 × 10⁵ Па; 0,88 МПа; 8,33 × 10^-4 м³/с; 140 × 10³ Вт и т.п.

 

Варианты заданий

 

№ вариант задания

№ пункта таблицы исходных данных

ГР

ГР

ТВ

ГР

ГР

ТВ

ТВ

ТВ

ТВ

ГР

ГР

ГР

ГР

ТВ

ТВ

ГР

ТВ

ГР

ТВ

ГР

ГР

ТВ

ТВ

ГР

ТВ

ТВ

ТВ

ТВ

ГР

ГР

ТВ

ТВ

ТВ

ГР

ГР

ТВ

ГР

ТВ

ГР

ТВ

ТВ

ГР

ГР

ТВ

ГР

ГР

ГР

ГР

ТВ

ТВ

ГР

ТВ

ТВ

ГР

ТВ

ТВ

ТВ

ТВ

ГР

ГР

ТВ

ТВ

ТВ

ГР

ГР

ТВ

ГР

ТВ

ГР

ТВ

ТВ

ГР

ГР

ТВ

ГР

ГР

ГР

ГР

ТВ

ТВ

 

 

II. Конструкция скважины

 

 

 

 

III. Расчетная схема циркуляции жидкости

 

P0

Pн

Hок

Hкт

Hс

II

I

IV VVVVVVVVV

V

Pи6

Pи5

Pи4

Pи3

Pи2

Pи1

i=7

i=6

i=5

i=4

i=3

i=2

i=1

III

 

Р₀ – атмосферное давление

i – номер участка движения жидкости: i = 1-7

i = 1 – между обсадной и бурильной колоннами;

i = 2 – между стенками скважины и бурильной колонной;

i = 3 – между стенками скважины и колонковой трубой;

i = 4 – на забое скважины и в буровой коронке;

i = 5 – внутри колонковой трубы;

i = 6 – внутри бурильной колонны;

i = 7 –в подводящей линии от бурового насоса до колонны бурильных труб.

Р_Н – давление, развиваемое насосом

Р_И – избыточное давление при входе жидкости на i - й участок

I. Буровой насос

II.Манометр

III.Зумпф

IV.Фильтр с обратным клапаном

V. Предохранительный клапан

Условные схемы соединительных элементов

Dбт

dсэ

dбт

Dсэ

а)

dбт

dсэ

Dбт=Dсэ

Dс

Dс

б)

 

 

а) – ниппельное соединение бурильных труб;

б) – муфтовое соединение бурильных труб;

d_сэ, D_сэ – внутренний и наружный диаметры соединительных элементов;

d_бт, D_бт – внутренний и наружный диаметры бурильных труб;

D_с – диаметр скважины;

1 – круглый (в поперечном сечении) поток жидкости;

2 – кольцевой (в поперечном сечении) поток жидкости;

3 – области (зоны) вихрей.

 

 

IV. Длина вертикальной проекции колонковой трубы

 

V. Геометрические характеристики участков движения промывочной жидкости

 

a. Геометрические характеристики поперечных сечений участков

V.1. Диаметр скважины и керна

 

 

 

V.2. Площадь проекции забоя скважины на плоскость, перпендикулярную её оси

 

 

V.3. Площадь и эквивалентный диаметр поперечного сечения потока промывочной жидкости

 

Для круглого сечения геометрическим диаметром d:

В гладкой части магистрали, i = 6, 7

Внутри соединительного элемента колонны БТ, i = 6

 

 

 

Для кольцевого сечения, имеющего геометрические диаметры D и d:

В гладкой части магистрали, i = 1 – 3, 5

 

 

Снаружи соединительного элемента колонны БТ, i = 1, 2

 

b. Линейные геометрические характеристики участков

Длины участков движения:

= … м

= … м

= …м

= … м

= … м

Вертикальные проекции участков движения:

= … м

= … м

= … м

= … м

 

VI. Эквивалентный диаметр частиц шлама

VII. Начальное напряжение сдвига ПЖ

Если ПЖ – техническая вода (ТВ), то τ₀ = 0, r = 1000 кг/м³.
Если ПЖ – глинистый раствор (ГР), то в соответствии с производственными данными можно принять:

при r < 1200 кг/м³

τ₀ = 1,4 Па,

 

 

при r = 1200 – 1800 кг/м³

при r = 1800 – 2300 кг/м³

 

 

VIII. Абсолютная вязкость промывочной жидкости

Если ПЖ – ТВ, то

, Па ∙ с –

– эмпирическая формула Ж. Л. М. Пуазёйля.

 

Если ПЖ – ГР, то в соответствии с производственными данными можно принять:

при r < 1200 кг/м³

μ₀ = 0,00221 Па ∙ с,

при r = 1200 – 1800 кг/м³

μ₀ = (ρ – 1150) ∙ 44,2 ∙ 10^-6, Па ∙ с,

при r = 1800 – 2300 кг/м³

μ₀ = (ρ – 1450) ∙ 69,7 ∙ 10^-6, Па ∙ с.

 

IX. Числа Архимеда и Хедстрёма для относительного движения частиц шлама и ПЖ

Число Архимеда характеризует взаимосвязь веса тела в жидкости (газе), вязкости и плотности жидкости (газа).

Число Хедстрёма характеризует взаимосвязь касательной силы трения на поверхности тела, возникающей от действия начального напряжения сдвига, вязкости и плотности жидкости (газа).

 

 

X. Коэффициент лобового сопротивления при витании частиц

 

Для НЖ:

С^* = ((36 / (3 ∙ Ar)^0,5 + 0,67) /(1 – 6 ∙ He / Ar))²,

 

где (6 ∙ He / Ar) < 1.

 

Для БЖ вначале нужно установить знак сравнения между величинами Ar и (6 ∙ He). Если Ar > (6 ∙ He), частицы шлама будут тонуть в БЖ, С^* определяется как и для НЖ. Если Ar ≤ (6 ∙ He), частицы шлама тонуть в БЖ не будут, .

 

XI. Скорость витания частиц шлама в ПЖ

– формула П. Р. Риттингера.

При V_В = 0.

XII. Среднее значение зенитного угла скважины на участках движения i=1-3

i=1:

i=2-3:

XIII. Средняя скорость движения потока промывочной жидкости на участке i=1, определяемая исходя из скорости витания

 

V_i = V_В ∙ (1+k_i)/cos θ_i, м/с,

 

где .

 

При V_В = 0 V_i = 0 (в этом случае значение V_i ниже будет уточняться исходя из других условий, а не из величины V_В).

 

 

XIV. Объемный расход промывочной жидкости

Для охлаждения БК и очистки забоя скважины от шлама

Q₁ = q ∙ D_БК = … м³/с = … л/мин,

где q – опытное значение удельного расхода (7 – 9) ∙ 10^-3 м²/с.

 

Для выноса шлама на поверхность

Q₂ = V₁ ∙ f₁ = … м³/с = … л/мин.

 

Для охлаждения БК, очистки забоя и выноса шлама на поверхность

 

 

 

В соответствии со значениями Н_с и D_БК производится предположительный выбор бурового насоса.

В соответствии с его технической характеристикой принимаются значения Q =... л/мин =…м³/с; Р_Н =... МПа; N_ДВ =... кВт.

Q ≥ Q₃,л/мин,

где Q – ближайшее к Q₃ значение расхода (производительности), установленное по технической характеристике бурового насоса.

Окончательный выбор бурового насоса производится (ниже) после проверки насоса по необходимому давлению и развиваемой мощности.