УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра бурения нефтяных и газовых скважин

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ В БУРЕНИИ

Учебно-методическое пособие к практическим занятиям по дисциплине «Технология бурения нефтяных и газовых скважин»

для студентов специальности 130504, 130500

Уфа 2010

Даются основные теоретические положения и расчетные зависимости для решения задач гидростатики бурения, гидродинамики циркуляционной системы, оптимизации гидравлики бурения, а также задач, возникающих при ликвидации газонефтепроявлений. В конце каждого раздела приводится перечень задач.

В приложении приведены варианты заданий, предназначенные для студентов очной, заочной и вечерней формы обучения и слушателей ФПК по специальности бурение.

Составитель Акбулатов Т.П.

Рецензент Санников Р.Х., доц., канд.техн.наук

Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2010

Условные обозначения и размерности

Р - давление, Па;

Р_з - давление на забое скважины, Па;

H, L - глубина рассматриваемого сечения, по вертикали и по стволу, м; ρ_ж, ρ_п - плотность бурового раствора и разбуриваемых пород, кг/м³

g - ускорение силы тяжести, м/с²;

ρ - плотность газа относительно воздуха;

T - абсолютная температура, К;

Z - коэффициент сверхсжимаемости газа,

R = 8,31 дж/моль К - универсальная газовая постоянная;

Р₀ = 10⁵ Па - нормальное давление

ρ₀, ρ_см⁰ - плотность газа, аэрированной жидкости при нормальных условиях

(P₀ = 10⁵ Па; Т₀ = 293 К);

D - гидравлический диаметр, м;

D_ci, D_Ti, d_Ti - соответственно диаметр скважины, наружный и внутренний диа­метры труб на i -м участке;

D_σ - диаметр ствола скважины, м;

D_i - гидравлический диаметр участка ствола скважины, м;

d_э - эквивалентный диаметр частиц шлама;

λ_г - коэффициент бокового распора;

П - пористость горных пород;

U_ос - скорость осаждения частиц шлама относительно жидкости, м/с;

F_кп - площадь кольцевого пространства скважины, м³;

- расходное объемное газосодержание аэрированной жидкости,

α₀ – Q₀Q₂ - степень аэрации;

φ = F₁F - относительное газосодержание;

Q - объемный расход, м³/с;

Q₀ - расход газа (газовой фазы), отнесенный к нормальным условиям, м/с;

ρ₁, Q₁, ρ₂, Q₂ - плотность и расход газообразной и жидкой фаз аэрированной

жидкости соответственно;

ρ_см - плотность газожидкостной смеси, кг/м³;

Р_г, Р_пл, Р_гр - соответственно давление горное, пластовое и гидроразрыва пород, Па;

_пл, _гр - градиент давления пластового и гидроразрыва, Н/м³;

К_пл, К_гр - эквивалент давления пластового и гидроразрыва;

U - средняя объемная скорость бурового раствора, м/с;

 - объемное содержание шлама в жидкости;

F - площадь сечения канала, м³,

F_l - площадь сечения канала, занятая газообразной фазой;

F_kni - площадь кольцевого пространства на i-м участке скважин;

F_з - площадь забоя,

λ - коэффициент гидравлического сопротивления в уравнении Дарси-Вейсбаха;

λ_с - коэффициент гидравлического сопротивления газожидкостной смеси;

ξ - коэффициент местного сопротивления;

ΔР_с - перепад давления в турбобуре при расходе Q_с жидкости плотностью ρ_c

(справочные данные), Па;

е - относительный эксцентриситет кольцевого пространства;

Р_кр, Q_кр, U_kp - перепад давления, расход и объемная скорость при критическом

режиме (переходе от ламинарного к турбулентному);

f, μ_н - площадь сечения и коэффициент расхода промывочных отверстий долота, м²;

α - коэффициент потерь давления в местных сопротивлениях и поверхностной обвязке циркуляционной системы, Па*с²/м³кг;

d_K - эквивалентный диаметр кабеля при электробурений, м;

V_M - механическая скорость проходки, м/с;

U_T - скорость перемещения труб в скважине, м/с;

Р_д - давление жидкости на входе в долото, Па;

Р_m - давление жидкости на входе в турбобур, Па;

Р_с - давление на стояке, Па;

С - скорость звука;

μ_г - коэффициент Пуассона пород;

ρ_в - плотность воды;

S - толщина стенки труб;

β_ж - коэффициент сжимаемости жидкости;

Е - модуль Юнга материала труб;

G - нагрузка на долото, Н;

μ - динамическая вязкость жидкости, Па*с;

τ_a - динамическое напряжение сдвига, Па;

η - структурная (пластическая) вязкость ВПЖ, Па*с

θ - статическое напряжение сдвига (СНС) раствора, Па,

θ₁, θ₁₀,θ_н - СНС через минуту, 10 минут и максимальное значение СНС, Па;

М_уд - удельный момент на долоте, Н*м/Н

Безразмерные параметры

- параметр Архимеда;

Re = UDρ_ж /μ - параметр Рейнольдса ньютоновской жидкости;

Re = UDρ_ж /η - параметр Рейнольдса ВПЖ;

- обобщенный параметр Рейнольдса ВПЖ-

Не = τ₀*D²* ρ_ж /η² - параметр Хедстрема.