Гидродинамические процессы на забое скважины и совершенствование систем промывки буровых долот

• Автор: Варламов, Евгений Петрович
• Шифр специальности: 05.15.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1996
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 284 с. : ил.

Оглавление.

Основные обозначения

Введение.

1. Особенности гидродинамических процессов в

призабойной зоне в процессе промывки скважины при бурении гидромониторными долотами.

1.1. Влияние динамического давления, поперечных потоков промывочной жидкости и других факторов

на очистку забоя скважин.

1.2. Анализ влияния профиля гидромониторных насадок буровых долот на коэффициент расхода.
1.3. Технические средства для изучения гидродинамических процессов в призабойной зоне скважины.

Постановка задач.

2. Гидродинамическое совершенство насадок и

подводящих каналов гидромониторных буровых долот.
2.1. Экспериментальный стенд и методика для
исследования гидродинамического совершенства гидромониторных насадок.
2.1.1. Устройство и принцип работы
гидравлического стенда СГ1.
2.1.2. Устройство и принцип работы
испытательной камеры высокого давления
2.1.3. Методика исследований на стенде СГ1
в комплекте с испытательной камерой
2.2. Влияние подводящего канала к насадкам на формирование струй.
2.3. Критерии оценки прюфиля гидромониторных насадок.
2.4. Гидоодинамическое совершенство конических насадок.
2.5. Гидродинамические процессы при истечении промывочной жидкости из удлиненных насадок.
Вывода.
3. Гидродинамические процессы в призабойной зоне
скважины.
3.1. Экспериментальная установка и методика исследований гидродинамических прюцессов в призабойной зоне при истечении прюмывочной жидкости из насадок буровых долот.
3.2. Исследование влияния приближения 0 гидромониторных насадок к забою на эффективность работы системы промывки буровых
3.3. Исследование гидродинамических прюцессов в 1 призабойной зоне скважины при создании долот с асимметричной схемой промывки.
3.3.1. Исследование распределения
поперечных потоков на забой скважины и полей скоростей в призабойной и надшарошечной зоне.
3.3.2. Распределение поперечных потоков на
забое скважины и полей скоростей в призабойной и надшарошечной зоне при исследовании серийного и
экспериментального долота с асимметричной схемой промывки.
Выводы.
4. Факторы, влияющие на качество очистки забоя
скважины.
4.1. Влияние противодавления на величину 8 коэффициента расхода гидромониторных насадок
при истечении промывочной жидкости в цилиндрический тупик.
4.2. Влияние рельефа забоя на величину поперечных
потоков.
4.3. Выравнивание рельефа забоя как путь 2 совершенствования очистки забоя скважины и повыпения работоспособности буровых долот за
счет оптимизации эффекта фрезерования.
Выводы.
5. Экспериментальные исследования эксплуатационных
параметров гидромониторных узлов буровых долот.
5.1. Исследование герметичности гидромониторных
5.1.1. Экспериментальная установка КВД3 и
методика исследования герметичности гидромониторных узлов.
5.1.2. Результаты исследования
герметичности гидромониторных узлов.
5.2. Исследование износа гидромониторных насадок.
5.2.1. Экспериментальная установка для исследования гидромониторных насадок на износ.
5.2.2. Методика и результаты исследований влияния абразивных сред на износ насадок.
5.2.3. Методика и результаты исследований насадок на износ, изготовленных из различных материалов.
5.2.4. Методика и результаты исследований влияния скорости истечения бурового раствора из насадок на их износ.
5.2.5. Методика и результаты исследований влияния профиля насадок на их износ.
Выводы.
6. Промысловые испытания серийных и
экспериментальных гидромониторных долот с усовершенствованной системой промывки, организация их производства и промышленного внедрения.
Основные выводы и рекомендации.
Литература


Исследованием гидравлических потерь в насадках гидромониторных долот установлено, что насадки с эллиптическим, коноидальным и коническим входом можно отнести к одной группе гидродинамического совершенства. При значениях v мс и 0 коэффициенты расхода Д0,0, , а коэффициент сопротивления 1,г 1, и физикомеханические свойства глинистых растворов практически не оказывают влияния на численные значения этих коэффициентов ,4. Ш.А. Шабазов и В. Поэтому при затопленном истечении для получения заданного расхода потребуется больший напор, чем при незатопленном. При прочих равных условиях и постоянном напоре коэффициент расхода при затопленном истечении будет меньше, причем величина расхождений, по их утверждению, незначительная. Поэтому значение коэффициента расхода и коэффициента сопротивления для затопленных насадок эти исследователи рекомендуют принимать такими же, как и для незатопленных, исходя при этом из того, что решение уравнения Д. Бернулли приводит к одинаковым выражениям для коэффициента расхода как затопленных, так и незатопленных насадок 3 . Для более чткого решения этого вопроса, по видимому, нужны дополнительные исследования. Изготовление насадок с эллиптическими или параболическими кромками не всегда возможно. В этих случаях прибегают к скрутлению входных кромок оптимальным радиусом 0,5в, т. Значение коэффициента расхода для насадок с плавным закруглением входных кромок изменяется в пределах 0,, . Известна высокая степень совершенства конических насадок с цилиндрическим выходным отверстием. Многими авторами установлено, что оптимальный угол конусности, при котором коэффициент расхода жидкости достигает максимального значения, составляет г ,,7. Н длина насадки, коэффициент расхода увеличивается . На основании опытов В. Л.Апринцев, Ю. Эти опыты проводились при числе Рейнольдса, равном 0. Авторы подчркивают, что с увеличением ос величина коэффициента расхода вначале растет, а затем начинает уменьшаться. Установлено также, что коэффициент расхода, кроме утла конусности, зависит от длины конической части 7. Коэффициент расхода достигает своего максимального значения Ц0, при 1К1,5 и длине цилиндрического входного отверстия насадки не менее 0,5в. Т.М. Башта указывает на то, что коэффициент расхода насадок с закруглнными кромками достигает ,Ю, и что с увеличением перепада давления и уменьшением сечения насадки коэффициент расхода повышается . Коэффициент расхода повышается также и с увеличением радиуса закругления. Е. М. Курнев отмечает, что в условиях забоя скважины коэффициент расхода сопла эжектора ,г1, 3 . Автор объясняет это наличием в скважине большого гидростатического давления. Такое утверждение не имеет достаточного обоснования и требует дополнительной проверки. Рассмотренный материал подтверждает, что вопросы, связанные с коэффициентом расхода при истечении жидкости в жидкость из насадок различного профиля при значительных давлениях и противодавлениях, изучены не достаточно. Технические средства для изучения гидродинамических процессов в призабойной зоне скважины. Основным методом изучения явлений, происходящих на забое скважины в процессе бурения, является эксперимент, так как чрезвычайная сложность процессов обуславливает невозможность достаточно адекватного математического описания . Для решения вопросов очистки забоя создано множество различных лабораторных и стендовых установок, отличающихся конструкцией и энергетическими возможностями. Ряд таких установок выполнен с обращнным забоем 5 . К установкам такого типа относится установка фирмы Хьюз тул, на которой проводились исследования влияния горного, гидростатического и пластового давления, а также установка фирмы Шелл 8, с помощью которой проводились исследования влияния условий промывки на механическую скорость бурения. Несмотря на ряд преимуществ таких установок, условия удаления выбуренных частиц искажены. Это обстоятельство вносит существенные ошибки в получаемые результаты. Наибольший интерес представляют установки, выполненные по нормальной схеме, к которым относятся установки фирм Эссо, Шелл, стенды, созданные во ВНИИБТ, УГНТУ, ГАНГ, во французском институте нефти и ряд других. На установке Эссо проводились исследования Д.