Руководство для обучения инженеров по буровым растворам - часть 74

 

453 

Практическое  значение  энергии  в  возможности  перехода  или  преобразования 

энергии. Потери энергии происходят всегда во время преобразования или перехода. 

Основное ур-ние гидравлической энергии 

 ННР 

= 

1714

)

)(

(

Q

P

                                                                                                         

(38) 
где 

ННР – гидравлическо-механическая энергия, 

Р - давление, 
Q -  расход, гал/мин, 
1714 -  преобразование рsi  гал/мин в НИР. 
Буровые  насосы  -  источник  гидравлической  энергии  буровых  жидкостей.  Обычно 

энергию называют гидравлической мощностью. 

На буровых насосах гидравлическая энергия рассчитывается из ур-ния  38: 

ННР

1

= 

1714

)

)(

(

Q

P

t

                                          

(39) 
где ННР

1

- общая гидравлическая энергия (мощность), 

P



- истинное или теоретическое давление насоса, рsi. 

Р

t

 - то же давление, что и общие потери давления или потери давления в системе. 

ННР  - общая гидравлическая энергия, требуемая для противодействия всей энергии 

трения  (потери),  начиная  со  шланга  от  рабочей  трубы  (поверхностная  линия)  и  рабочей 
трубы, вниз по бурильной колонне, через насадки долота до затрубного пространства при 
данном расходе (Q). 

Гидравлическая  энергия    долота  -  энергия,  необходимая  для  противодействия 

энергии трения (потери) на долоте или выражается в виде энергии, расходуемая на долоте. 

 ННР

b

=

1714

)

)(

(

Q

P

b

                                                                                                        

(40) 
где ННР

b

 - гидравлическая мощность долота. 

% общей гидравлической энергии, расходуемой на долото (% ННР

b

), отношение ур-

ния 40 и ур-ния 39. 

% 

ННР

b

 

= 

 

)

100

(













t

b

HHP

HHP

                                                                                         

(41) 
или 

 

%ННР

b

 

= 

)

100

(













t

b

P

P

                                                                                                

(42) 
где 

% ННР

b

 =  % мощности, расходуемой на долото. 

Средняя  скорость  прохождения  бурового  раствора  через  насадки  долота  выводится 

из ур-ния 1. 

V

1

 = 

n

A

Q)

)(

32086

,

0

(

                                                                                                (43) 

где 

      А

n

 - общая площадь насадок, дюймы

2

, 

V

1

 -  средняя скорость струи в насадках долота, ф./сек. 

Размер насадок определяется 1/32 (внутренний диаметр), например, 9/32'' или 12/32'', 

но в практике обычно обозначается как 9'', 12''. 

 

454 

Ударное  усилие  буровой  жидкости  при  скорости  (V

1

J

)  выводится  из  2-го  закона 

движения Ньютона, т.е. усилие равно массе, умноженной на ускорение. Допускается, что 
все количество энергии переносится на забой. 

I

J

 = (m) 





2

1

2

1

J

J

J

J

V

V

t

m

t

V

V



































 

где 

      V

1

J

 - скорость флюида, выходящего из насадок долота (ф./сек), 

V

2

J

- то же на забое, ф./сек,  

m - масса, слэг, 
∆t - истекшее время. 

Если V

2

J

 приближается к О на забое и 

V

J

= V

1

J

 , то 

I

J

 

= 

























60

2

,

32

)

)(

(

J

V

Q

MW

= 

(0,000518)(MW)(Q)(V

J

)                                                

(44) 
где 

      I

J

-  ударное усилие на насадки, фунты, 

MW-  вес раствора, фунт/гад,  
Q - расход, гал/мин, 
V

J

- средняя скорость истечения, ф./сек. 

Пример 4. 

Дано: 
общая глубина  - 10500 ф. 
размер ствола 

- 8,5''   

бурильная труба – 4,50'' н.д. х 3,826'' в.д. х 10000 ф. 
УБТ - 6,75'' н.д. х 2,250'' в.н. х 500 ф. 
вес раствора - 9,5 фунт/гал, 
выход насоса  - 300 гал/мин. 
размер насадок - 9-9-10 
тип наземного оборудования – 3(приложение В) 

Задача. 

Определить следующее: 
а) теоретическое или расчётное давление насоса; 
б) гидравлическую мощность на долоте и насосе; 
в) % ННР, расходуемую на долото, 
г) ударную силу струи; 
д) если одна 9''   насадка закупорена, какое будет давление насоса;  
е) если одна 9 ''   насадка не действует, какое будет давление насоса.  

Решение

 а). 

Из приложения А – таблица  наземного оборудования - С = 0,22. 

2

1

P

= (0,22)(9,5) 

86

,

1

100

300













= 16,13 psi 

Из ур-ния 34: 

43

,

24

)

25

.

2

(

500

)

826

,

3

(

000

,

10

86

,

4

86

,

4

86

.

4





















d

L

 

4

2

P

= (0,000061)(9,5)(300) 

86

,

1

(24,43)= 573,35 psi 

 

Из таблицы площади насадок (приложение В) 

Аn= 0,2010 дюйма

2

.    Из ур-ния 35: 

 

455 

5

4

P

 = 

)

2010

,

0

)(

10858

(

)

300

)(

5

,

9

(

2

2

= 1949,06 psi 

Из  ур-ния 36: 







































86

.

1

2

2

)

)(

(

p

h

p

h

D

D

D

D

L

24

,

2

)

75

,

6

5

,

8

)(

75

,

6

5

,

8

(

500

)

5

,

4

5

,

8

)(

5

,

4

5

,

8

(

000

,

10

86

,

1

2

2

86

,

1

2

2













 

6

5

P

= (1,1)(10

4



)(9,5)(300)

86

,

1

[2,24] = 94,8 psi 

Из  ур-ния 37: 
Давление бурового насоса = Р

1

 = 16,13 + 573,35 + 1949,06 +94,8 = 2633,34 psi 

Решение (в).  

Из ур-ния 40: 

ННР

b

=

1714

)

300

)(

06

,

1949

(

 = 341,13 ННР                                                                                                       

Решение (с).

  

Из ур-ния 41: 

%ННР

В

=

91

,

460

13

,

341

    % ННР

b

=

)

100

(

91

,

460

13

,

341

= 74% 

Из ур-ния 39: 

ННР

t

=

1714

)

300

)(

34

,

2633

(

 = 460,91 ННР    

% ННР

b

=

)

100

(

34

,

2633

06

,

1949

= 74% 

Решение (д).

  

 Из ур-ния 43: 

  V

J

 =     

51

,

478

2010

,

0

)

300

)(

3206

,

0

(



ft/sec                                                                    

Из ур-ния 44: 

I

J

 (0,000518)(9,5)(300)(478,51) = 706,4 фунт. 

Решение е). 

Если заблокирована насадка 9/32'', то размер насадки 10-9. Из приложения А 

Аn =0,0767+0,0621 = 0,1388 дюйм

2

 

Из ур-ния 35: 

5

4

P

 = P

2

2

)

1388

,

0

)(

10858

(

)

300

)(

5

,

9

(



b

  = 4087,31 рsi 

Из ур-ния 37 новое давление бурового насоса будет: 

P

1

= 16,13 + 573,35 + 4087,31 + 94,8 = 4,771.59 рsi 

Решение (f): 

Минимальный рабочий диаметр без насадок 

Размер полотна 

Диаметр отверстия диам. 

8,500 

0,995 

12,250 

1,120 

17,500 

1,312 

26,000 

1,000 

 

Кроме  струи 9/32'' новая площадь насадок (приложение А). 

Аn =0,0767+0,0621+ (













4



(0,995) 

2

= 0,9164 дюйм

2

 

Из ур-ния 35: 

 

456 

5

4

P

 

2

2

)

9164

,

0

)(

10858

(

)

300

)(

5

,

9

(



  = 93,77  рsi 

Из ур-ния 37 новое давление насоса: 

P

1

 = 16,13 + 573,35 + 93,77 + 94,8 = 778,05 рsi 

 

Зависимость течения и давления 

Теоретический метод. 

Одна из главных задач в реологии - это зависимость давления и расхода. 
В  разделе  «Потери  давления  в  системе»  ур-ния  потерь  давления  в  шланге  рабочей 

трубы и самой трубе (

2

1

P

) в бурильной колонне (

4

2

P

), 

в  затрубном  пространстве 

(

6

5

P

),  выражены  в  функции  Q

5

,

1

  .  Только  потери  давления  в  насадках  долота  (

5

4

P

  ) 

или Р

В

 зависит от Q

2

. 

Три  ур-ния,  содержашие  Q

8

,

1

,  имеют  нечто  общее.  Только  Q

18

  -  переменная, 

остальные константы. Поэтому ур-ние 37 упрощается: 

P

1

 = 

κ(Q)



+ 

P

b

                                                             

(45) 
где: 

κ -константа пропорциональности расход-давление  –  ур-ние 47 
P

b

- потери давления на насадках долота, (рsi)  

Р

1

 - давление бурового насоса, (рsi) 

Q - расход, гал/мин 

  

η - теоретический индекс давления  потока = 1,86. 
Первый  член  ур-ния  45  также  называется  общими  потерями  давления  за 

исключением долота (Р

ех

) 

Р

ех

 

= 

κ(Q)



                             

(46) 
где: Р

ех

- общие потери давления кроме долота, (рsi). 

Объединяя  все константы ур-ний 33,34,36 полное ур-ние для К: 

κ 

= 

























































86

,

1

2

2

86

,

4

)

)(

(

)

56

,

0

(

)

(

73

,

1

9090

p

h

p

h

D

D

D

D

L

d

L

C

MW

                     

(47) 
где:           с - константа наземного оборудования 

d -  внутренний диаметр трубы или УБТ, дюймы 
D

h

 - диаметр ствола, дюйм 

D

p

- нар. диaм.бурильной трубы или УБТ, дюймы 

κ - теоретическая константа пропорциональности расхода-давления  
L - длина трубы или УВТ, ф. 
MW -  вес раствора, фунты/гaл. 

 

Истинный метод 

Ур-ние 45 упрощается для P

b

: 

P

b

 

 

= 

Р

1

 

 

- 

κ(Q)



                                                                                                       

(48)