Компоновка низа бурильной колонны для бурения на различных глубинах

Способ бурения, типоразмеры турбобура при бурении сплошным забоем	Интервалы бурения, м	Элементы компоновки низа колонны, включая долото, центраторы, ШМУ, УБТ, калибраторы и др. (снизу – вверх)
от	до
ТСШ-240			Долото, маховик 351мм, турбобур, винтовой центратор 385мм, УБТ 178мм 25м, остальное
ТСШ-240			Долото, турбобур, винтовой центратор 285мм, УБТ 178мм 75м, ТБПВ 127*9мм ''Е''
Д2-195			Долото, калибратор 215.9мм, турбобур, УБТ 178мм 8м, калибратор 214мм, УБТ 178мм 75м, ТБПВ 127*9 ''Д'', ТБПВ 127*9 ''Е''
Ротор			Долото, МШУ 195м калибратор 215.9мм, УБТ 178*80м 140м, КЛСВ 214мм, УБТ 146*74мм 8м, ТБПВ 127*10 ''Д'', ТБПВ 127*9 ''Е''

Таблица 2.14

Расчет количества центраторов, калибраторов, КНБК

Бурение под	Название элемента компоновки	Время механическо-го бурения, час	Норма работы элементов компоновки	Количество элементов компоновки
направление d=324мм, в интервале 0-30м	маховик d=351 центратор d=383	1.56		0.1 0.1
кондуктор d=245мм, в интервале 30-240м	центратор d=283	7.9		0.1
эксплуатационную колонну d=146мм, в интервале 240-1450м	калибратор d=215 центратор d=214	237.8		5.9   3.0
эксплуатационную колонну d=146мм, в интервале 1450-2811м	калибратор d=215 центратор d=214	606.1		7.5   3.8

 

Гидравлический расчет промывки скважины

Гидравлический расчет промывки скважины провидится для 4 интервалов бурения: 1. интервал 30-240м;

2. интервал 240-1250м;

3. интервал 1250-1450м;

4. интервал 1450-2811м.

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

Произведем расчет промывки скважины при бурении под эксплуатационную колонну турбинным способом в 3 интервале 1250-1450м:

1) Глубина бурения: в начале интервала L_н=1250м;

в конце интервала L_к=1450м;

2) Глубина залегания кровли продуктивного пласта L_п=1367м;

3) Пластовое давление Р_пл=12МПа;

4) Глубина залегания подошвы слабого пласта L_с=1490м;

5) Давление гидроразрыва Р_г=18.7МПа;

6) Плотность разбуриваемой породы ρ_ш=2500кг/м³;

7) Условная твердость породы ''СТ''

8) Осевая нагрузка на долото G=120кН;

9) Механическая скорость бурения V_м=0.14м/с;

10) Реологические показатели промывочной жидкости: динамическое напряжение сдвига: σ_о=29.4МПа; структурная вязкость: η=0.012Па*с;

11) Марка и количество буровых насосов 1насос, марка У8-6м;

12) Диаметр долота d_д=215.9мм=0.2159м (с гидромониторной промывкой);

13) Элементы бурильной колонны (в конце интервала) УБТ - длина l₁=8м; наружный диаметрd_н1=0.178м; внутренний диаметр d_в1=0.09м;

длина l₂=75м; наружный диаметр d_н2=0.178м; внутренний диаметр d_в2=0.09м;

ТБПВ длина l_б=1367м; наружный диаметр d_н=0.127м; внутренний диаметр d_в=0.109м;

14) Возможная глубина бурения принятой буровой установкой 3000м;

Расчет

1. Определяем диаметр скважины

d_с=1.05* d_д=1.05*0.2159=0.226м

2. Плотность бурового раствора в этом интервале бурения принимаем ρ=1120кг/м³

Проверяем значение плотности для исключения возможности гидроразрыва слабого пласта

(2.71)

3. Рассчитываем коэффициенты потерь давления в элементах бурильной колонны.

В качестве базовых труб принимаем находящиеся в компоновке бурильной колонны ТБПВ.

Коэффициент потерь давления в проходных каналах манифольда А находим в таблице 2 методических указаний ''По гидравлическому расчету циркуляционной системы при бурении скважины'', в соответствии с типом манифольда, зависящий от возможной глубины бурения буровой установкой и выбранными базовыми трубами.

А=0.0798

Коэффициент В потерь давления в базовых бурильных трубах

(2.72)

Значение коэффициента Е потерь давления в кольцевом пространстве

(2.73)

Средневзвешенный наружный диаметр бурильных труб

 

В данном проекте используется гидромониторное долото, поэтому коэффициент С не определяется, так как при дальнейшем расчете находится диаметр насадок по резерву давления у насосов.

4. Определяем расход промывочной жидкости из условия создания необходимой скорости течения в затрубном пространстве и обеспечения очистки забоя.

Расход промывочной жидкости

(2.74)

V_кп=1м/с – скорость течения жидкости в кольцевом пространстве, из таблицы 4 методических указаний.

Скорость течения для обеспечения достаточной очистки забоя

(2.75)

q=0.6м³/с/м² – требуемая подача промывочной жидкости на единицу площади забоя, из таблицы 4 методических указаний.

Для полного использования гидравлической мощности насосов

(2.76)

N=496кВт – гидравлическая мощность бурового насоса, кВт;

N=1шт. – число используемых при бурении насосов;

λ_ТР=0.02 и λ_КП=0.04 – коэффициенты гидравлических сопротивлений соответственно в трубах и кольцевом пространстве;

к_Т=0.052 - коэффициенты гидравлических потерь давления в турбобуре.

5. Находим эквивалентную длину бурильной колонны в конце и начале рассчитываемого интервала, имея в виду, что в компоновку бурильной колонны кроме базовых труб ТБПВ и их замков, входят типо размеры УБТ с замками

(2.77)

Сначала найдем эквивалентную длину замка у ТБПВ с наружным диаметром 127мм (для соединения таких труб применяются замки ЗП-127 длиной l_з=0.44м и минимальном внутреннем диаметром d_вз=0.11м)

(2.78)

Вычисляем эквивалентную длину бурильной колонны в конце интервала L_эк

При бурении в начале интервала длина бурильной колонны, составляет 1250м. Колонна состоит из ТБПВ длиной 1167м, замков ЗП-127 и двух секций УБТ l₁=8м и l₂=75м. Тогда ее эквивалентная длина в начале интервала

6. По наибольшему значению Q=0.0391м³/с выбираем втулки бурового насоса У8-6м из таблицы 12 приложения 1 методических указаний. Принимаем втулки диаметром 180мм. Тогда подача насоса с коэффициентом наполнения n=1.0 составляет Q=0.0404 м³/с, а допустимое давление нагнетания Р_н=12.5МПа

7. По справочным данным выбираем турбобур, исходя из условий:

турбобур имеет диаметр корпуса меньше диаметра долота более, чем на 10мм;

имеет расход жидкости при минимальном режиме работы Q_тн близкий к принятой подачи насосов;

развивает крутящий момент М_т не менее величины М_р необходимой для разрушения породы (М_т>М_р).

Для выбора турбобура предварительно находим момент М_р, потребный для вращения долота диаметром 0.2159м и разрушения породы с условной твердостью ''СТ''.

М_р=m_т(A₂G+B₂)=0.81*(11.1*120+100)=1160Нм (2.79)

m_т=0.81 – коэффициент, учитывающий твердость породы, из таблицы 5 методических указаний;

A₂,=11.1 и B₂=100 – эмпирические коэффициенты, зависящие от диаметра долота, из таблицы 6 методических указаний.

Принимаем винтовой двигатель типа Д2-195, который при работе в оптимальном режиме на промывочной жидкости плотностью ρ_с=1200кг/м³ создает момент М_тн=3100Нм при расходе Q_тн=0.025м³/с и перепаде давления Р_тн=3.9МПа

Находим крутящийся момент у выбранного турбобура при принятом расходе Q=0.0404 м³/с и плотности жидкости ρ=1120 кг/м³

(2.80)

Момент на турбобуре больше момента, потребного для разрушения породы (М_т>М_р). Следовательно, винтовой двигатель Д2-195 может использоваться для бурения данного интервала.

Находим коэффициент потерь давления в турбобуре

(2.81)

 

Найдем перепад давления в турбобуре

Р_т=к_т∙Q²*10²=0.052*1120*0.0404²*10²=9.5МПа (2.82)

что значительно меньше допустимого давления нагнетания Р_н насоса УВ-6м на втулках 180мм.

8. Определим потери давления в циркуляционной системе в конце и начале интервала за исключением потерь в гидромониторном долоте

9. Так как V_д<70м/с и перепад давления Р_д>12МПа, бурение данного интервала будет происходить без гидромониторного эффекта, и только с улучшением очистки забоя от выбуренной породы, что также увеличивает скорость бурения.

 

 

10. Вычисляем коэффициент загрузки насосов в начале и конце интервала

(2.85)

Величина коэффициента загрузки насосов к_к<1.15 и является допустимой.

Производим расчет промывки скважины при бурении под эксплуатационную колонну роторным способом бурения в интервале 1450-2750м:

1) Глубина бурения: в начале интервала L_н=1450м;

в конце интервала L_к=2811м;

2) Глубина залегания кровли продуктивного пласта L_п=2735м;

3) Пластовое давление Р_пл=30МПа;

4) Глубина залегания подошвы слабого пласта L_с=2350м;

5) Давление гидроразрыва Р_г=35МПа;

6) Плотность разбуриваемой породы ρ_ш=2600кг/м³;

7) Условная твердость породы ''СТ''

8) Осевая нагрузка на долото G=147кН;

9) Механическая скорость бурения V_м=2.23м/с;

10) Реологические показатели промывочной жидкости: динамическое напряжение сдвига: τ_о=29.4МПа; cтруктурная вязкость: η=0.012Па*с;

11) Марка и количество буровых насосов 1насос, марка У8-6м;

12) Диаметр долота d_д=215.9мм=0.2159м (с гидромониторной промывкой);

13) Элементы бурильной колонны (в конце интервала) УБТ - длина l₁=130м; наружный диаметрd_н1=0.178м; внутренний диаметр d_в1=0.08м;

 

длина l₂=8м; наружный диаметр d_н2=0.146м; внутренний диаметр d_в2=0.074м;

ТБПВ длина l_б=250м; наружный диаметр d_н=0.127м; внутренний диаметр d_в=0.107м;

ТБПВ длина l_з=2427м; наружный диаметр d_нз=0.127м; внутренний диаметр d_вз=0.109м;

14) Возможная глубина бурения принятой буровой установкой 3000м;

Расчет.

1. Определяем диаметр скважины

d_с=1.05* d_д=1.05*0.2159=0.226м

2. Плотность бурового раствора в этом интервале бурения принимаем ρ=1150кг/м³

Проверяем значение плотности для исключения возможности гидроразрыва слабого пласта

3. Рассчитываем коэффициенты потерь давления в элементах бурильной колонны.

В качестве базовых труб принимаем находящиеся в компоновке бурильной колонны ТБПВ с d_н=0.127м и d_в=0.107м.

Коэффициент потерь давления в проходных каналах манифольда А находим в таблице 2 методических указаний ''По гидравлическому расчету циркуляционной системы при бурении скважины'', в соответствии с типом манифольда, зависящий от возможной глубины бурения буровой установкой и выбранными базовыми трубами.

А=0.0798

Коэффициент В потерь давления в базовых бурильных трубах

Значение коэффициента Е потерь давления в кольцевом пространстве

Средневзвешенный наружный диаметр бурильных трубы

В данном проекте используется гидромониторное долото, поэтому коэффициент С не определяется, так как при дальнейшем расчете находится диаметр насадок по резерву давления у насосов.

4. Определяем расход промывочной жидкости из условия создания необходимой скорости течения в затрубном пространстве и обеспечить очистку забоя.

Скорость течения в затрубном пространстве

V_кп=1м/с – скорость течения жидкости в кольцевом пространстве, из таблицы 4 методических указаний.

Скорость течения для обеспечения достаточной очистки забоя

q=0.6м³/с/м² – требуемая подача промывочной жидкости на единицу площади забоя, из таблицы 4 методических указаний.

5. По наибольшему значению Q=0.0274м³/с выбираем втулки бурового насоса У8-6м из таблицы 12 приложения 1 методических указаний. Принимаем втулки диаметром 160мм. Тогда подача насоса с коэффициентом наполнения k=0.9 составляет Q=0.0278 м³/с, а допустимое давления нагнетания Р_н=16.3МПа

6. Вычисляем коэффициент гидравлического сопротивления при движении жидкости по трубам V_тр и в кольцевом пространстве V_кп

Для вычисления V_тр сначала находим скорость движения жидкости по базовым трубам (ТБПВ)

Для нахождения режима течения жидкости определяем приведенное число Рейнольдса с учетом заданных показателей промывочной жидкости

Поскольку число Re^*_тр <2300, то режим течения структурный и величину V_тр находим

Вычисление V_кп также начинаем с определения скорости течения жидкости в кольцевом пространстве, зная, что наружный средневзвешенный диаметр d_п=0.1429м

Приведенное число Рейнольдса при движении жидкости по кольцевому пространству

Полученное значение Re^*_кп <1600, следовательно режим течения жидкости в затрубном пространстве структурный и V_кп находится

7. Находим эквивалентную длину бурильной колонны в конце и начале рассчитываемого интервала, имея в виду, что в компоновку бурильной колонны кроме базовых труб ТБПВ и их замков, входят два типа размера УБТ и ТБПВ с замками

Сначала найдем эквивалентную длину замка у ТБПВ с наружным диаметром 127мм (для соединения таких труб применяются замки ЗП-127 длиной l_з=0.44м и минимальном внутреннем диаметром d_вз=0.11м)

Аналогично находим эквивалентную длину замка у ТБПВ с наружным диаметром 127мм (для их соединения также применяются замки ЗП-127)

L_эз3=0.38м

Вычисляем эквивалентную длину бурильной колонны в конце интервала L_эк, используя рассчитанные эквивалентные длины замков и размеры элементов бурильной колонны.

При бурении в начале интервала длина бурильной колонны, составляет 1450м. Колонна состоит из ТБПВ длиной 1312м, замков ЗП-127 и двух секций УБТ l₁=130м и l₂=8м. Тогда ее эквивалентная длина в начале интервала

8. Определим потери давления в циркуляционной системе в конце и начале интервала за исключением потерь в гидромониторном долоте

9. Рассчитываем резерв давления на долоте

Р_д=Р_н-Р'_к=16.3-10.97=5.33МПа

10. Вычисляем возможную скорость движения в промывочных отверстиях долота

где: χ=0.95 – коэффициент расхода

Так как V_д>70м/с и перепад давления Р_д<12МПа, бурение данного интервала возможно с использованием гидромониторного эффекта.

10. Приняв V_д=91м/с, вычисляем потери давления в долоте

11. По графику приведенному на рис. 2 методических указаний, определяем утечку Q_у в зависимости от полученного значения Р_д=5.28МПа.

Q_у=0.0014м³/с

Находим площадь промывочного отверстия долота

12. Диаметр насадок, принимаем их количество n=3,находим по значению f_o.

Полученный размер насадок сравниваем с имеющимися стандартными у долота 215.9мм по таблицы 3 методических указаний. Выбираем ближайший диаметр, равный 11мм, и определяем скорость движения жидкости в насадке нового диаметра

Определяем возникающий перепад давления

13. Определяем суммарные потери давления в конце и начале интервала

Р_нач=Р'_нач+Р_д=6.42+5.47=11.89МПа

Р_к=Р'_к+Р_д=10.97+5.47=16.44МПа

10. Вычисляем коэффициент загрузки насосов в начале и конце интервала

Величина коэффициента загрузки насосов к_к<1.15 и является допустимой.

 

 

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: