Файл: Проведение технологических процессов борьбы с песчаными пробками на Уренгойском месторождении.docx

Исходные данные:

- глубина скважины Н=1310 м;

- диаметр эксплуатационной колонны D=168 мм;

- диаметр промывочных труб d=73 мм;

- максимальный размер песчинок (зерен), составляющих пробку, δ=1 мм (песчаная пробка находится в эксплуатационной колонне выше фильтра).

Необходимый расход промывочной жидкости через КГТ диаметром 44×3,5 мм должен составлять 3–4 л/с, давление при нагнетании – от 80 до 150 атмосфер. Данным условиям удовлетворяет работа агрегата ЦА-320, эксплуатационная характеристика которого приведена в таблице 2, на 3-й скорости при диаметре поршня 100 мм (расход до 5,2 л/с, давление до 1,8 МПа).

Техническая характеристика агрегата ЦА-320 (полезная мощность двигателя 108,0 кВт) представлена в (таблице 4)
Таблица 4 – Подача агрегата ЦА-320:

Частота вращения коленчатого вала дизельмотора, об/мин	Передача КПП	Давление, МПа, при диаметре втулки, мм			Подача, л/с, при диаметре втулки, мм
		100	115	127	100	115	127
Максимальная подача
1700	2	30,5	22,5	18,5	3,0	4,1	5,1
	3	15,9	11,7	9,5	5,8	7,9	9,8
	4	10,26	7,6	6,1	9,0	12,2	15,1
	5	6,9	5,0	4,0	13,5	18,3	23,0
Максимальное давление
1600	2	32	23	18,5	2,9	4,0	4,9
	3	18	13,4	10,7	5,2	7,0	8,7
	4	11,7	8,7	7,0	7,9	10,7	13,3
	5	7,8	5,8	4,7	11,9	16,1	20,0

---

Рассчитать показатели скорости восходящего и нисходящего потока процесса промывки скважины можем из следующих формул:
u_н= π*Q/4* d²_тр.в , (1)
u_в= π*Q/4*(D²_в - d²_тр.н), (2)
d_тр.н – наружный диаметр гибкой трубы;

d_тр.в – внутрений диаметр гибкой трубы;

D_в – внутренний диаметр труб, в которые спущены гибкие трубы;

Q – подача технологической жидкости, в м³/с.

Скорость нисходящего потока:
v_г = 1,274*0,0052/0,037² = 4,83 м/с
Скорость восходящего потока:
v_н = 1,274*0,0052/(0,100²-0,044²) = 0,82 м/с
Определяем потери напора на гидравлические сопротивления при движении жидкости в промывочных трубах:

h₁ = λ * H/d_в* v²_н/2 * g, (3)

λ – коэффициент трения при движении воды в трубах;

υ_н – скорость нисходящего потока жидкости, м/с.

Определим режим течения жидкости в КГТ:

Re = 10*p_m*v_н* d_тр.в/g*(η + ????_0* d_тр.в/6*v_н), (4)

η – структурная вязкость жидкости (η = 1×10^-2 Н·с/м²);

????₀ – динамическое напряжение сдвига (????₀ = 8,16 Н/м²).

Re = 10*1000*4,83*0,037/9,81*(1*10^-2+8,16*0,037/6*4,83) = 8922

Следовательно, режим течения турбулентный. При критерии Рейнольдса Re ≤ 2300 режим течения будет ламинарным, а при Re > 2300 – турбулентным.

При турбулентном режиме λ определяется по формуле:

λ = 0,08/ ⁷√Re = 0,08/⁷√8922 = 0,022 (5)

при ламинарном режиме:
λ = 64/Re (6)

Подставив численные значения, получим потерю напора при работе агре- гата на 3 скорости:

h₁ = 0,022 *1199/0,037 * 4,83²/2 * 9,81 = 848 м.вод.ст.

Вычисления делаем только для 3 скорости, т.к. конструктивные особенности насоса ЦА-320 не позволяют продолжительное время работать на 1 скорости, насос выйдет из строя, что недопустимо при промывке. Производительность насоса на II скорости недостаточна для создания восходящего потока, способного поднять промытый песок и наконец, работа агрегата длительное

---

время на 4 скорости приводит к перегреву двигателя. Определяем потери напора на гидравлические сопротивления при движении смеси жидкости с песком в затрубном пространстве скважины по формуле:

h₂= ????*????*H/D_в-d_н *v²_в/2*g, (7)

φ – коэффициент, учитывающий повышение гидравлических потерь напора в результате содержания песка в жидкости (пределах от 1,1 до 1,2);

υ_в – скорость восходящего потока в кольцевом пространстве, м/с.

Определим режим течения жидкости в кольцевом пространстве скважины:

Re = 10*p_п *v_b*(D_в- d_н)/g*(η+ ????₀(D_в- d_н)/6*v_в, (8)

где v_b - скорость течения жидкости по кольцевому пространству.

Re = 10*2600*0,82*(0,1-0,044)/9,81*(1*10^-2+8,16*(0,1-0,044)/6*0,82) = 1233

то есть режим течения ламинарный:

λ = 80/Re = 80/474 = 0,064

Потери напора в кольцевом пространстве при работе агрегата на 3 скорости:

h₂ = 1,02 *0,064 * 1199/0,1-0,044 * 0,82²/2 * 9,81= 56,3 м.вод.ст.

Потери напора на уравновешивание столбов жидкости разной плотности в промывочных трубах и в кольцевом пространстве определяются по формуле:

h₃ = (1-m)*F*Lп/ƒ[p_п/p_ж*(1-u_у*u_в)-1], (9)
m – пористость песчаной пробки (принимаем равной 0,3);

F – площадь проходного сечения НКТ;

L_п – высота пробки, промытой за один прием (принимаем 12 м);

f – площадь сечения кольцевого пространства между НКТ и КГТ;

ρ_п – плотность зерен песка (ρп=2600 кг/м³);

ρ_ж – плотность промывочной жидкости (ρж= 1000 кг/м³);

υ_у – установившаяся скорость оседания песчинок в воде:
υ_у = k* √????_ч* ρ_п- ρ_ж/ ρ_ж, (10)
где k– коэффициент, зависящий от формы частицы, форма шара k= 0,159.

υ_у = 0,159*√1*2600-1000/1000 = 0,201 м/c

Потери напора на уравновешивание столбов жидкости при работе

---

агрегата на 3-й скорости:

h₃ = (1-0,3)*78*12/63*(2600/1000*(1-0,201/82)-1) = 16,1 м.вод.ст.

Потери давления на гидравлические сопротивления в шланге и вертлюге при движении воды определяются по опытным данным приведенным в (табл. 5)

Потери напора, возникающие в шланге h₄ и вертлюге h₅, составляют в сумме при работе агрегата: на скорости 3 - (h₄ +h₅)₃ = 12 м. вод. ст.

Таблица 5 - Гидравлические потери напора в шланге и вертлюге

Расход воды, л/с	Потери напора, м.вод.ст.	Расход воды, л/с	Потери напора, м. вод.ст.
3	4	7	22
4	8	8	29
5	12	9	36
6	17	10	50

Находим потери напора на гидравлические сопротивления в 73-мм нагнетательной линии (d_в = 0,062 м) от насоса агрегата до вертлюга. Принимаем длину нагнетательной линии L_н = 40 м.

h₆ = ????₁*L_н/ d_в* v²_в/2*g, (11)

λ₁ = 0,035

Потери давления в нагнетательной линии при работе агрегата на 3-й скорости:

h₆ = 0,035*40/0,062*1,72²/2*9,81= 3,4 м. вод. ст.

Определяем давления на напоре насоса по сумме потерь, по формуле:

????_h = ????_ж * ???? * ⁽ℎ₁ + ℎ₂ + ℎ₃ + ℎ₄ + ℎ₅ + ℎ₆⁾ * 10⁻⁶, (12)

Давление на напоре насоса при работе агрегата на 3-й скорости:

????_h = 1000 * 9,81 * ⁽848 + 56,3 + 16,1 + 12 + 3,4⁾ *

---

10⁻⁶ = 9,18 мПа

Определяем давление на забое скважины при работе установки:

????_з = ????_ж * ???? * ⁽H + ℎ₂ + ℎ₃⁾ * 10⁻⁶, (13)

Давление на забое:

????_з = 1000 * 9,81 * ⁽1199 + 56,3 + 16,1⁾ * 10⁻⁶ = 12,3 мПа

Определяем мощность, необходимую для промывки скважины от песчаной пробки:

N = P_н*Q/10³* η_a, (14)

где η_а – общий механический КПД агрегата (принимаем η_а = 0,65);

Q – подача агрегата.

Мощность при работе:

N = 9,18*10⁶ *5,2 *10⁻³/10³*0,65 = 73,4 кВт

Определим коэффициент использования максимальной мощности насосной установки, насосная установка ЦА-320 имеет номинальную полезную мощность Nmax = 108 кВт.
K = N/N_max*100, (15)
Коэффициент использования максимальной мощности при работе:
K = 73,4/108*100 = 67,9%
Определим скорость подъема размытого песка:
????_п = ????_в − ????_кp, (16)
Скорость подъема песка:
υ_п = 0,82 – 0,201 = 0,619 м/с
Определяем продолжительность подъема размытой пробки после промывки скважины до появления чистой воды, переводя в минуты:
t = H/ υ_п, (17)
Продолжительность подъема пробки:
t = 1199/0,619 = 1936 с или 33 мин
Размывающая сила струи жидкости. Силу удара струи промывочной жидкости можно определить по следующей формуле:
P = 2*10²*Q²/f_ц*F, (18)

где Q - подача агрегата, л/с;

f_ц - площадь поперечного сечения нагнетаемой струи жидкости, см²,

F - площадь проходного сечения эксплуатационной колонны, см².

В нашей задаче эти величины равны:

f =10,7 см² (для 44-мм колонны);

F = 78 cм² (для 114-мм колонны).

Следовательно, по формуле (18) имеем силу струи Р при работе агрегата на 3 скорости:

P = 2*10²*5,2²/10,7*78 = 6,4 кПа

Обратная промывка.

Потери напора на гидравлические сопротивления при движении жидкости в кольцевом пространстве между 114-мм и 44-мм трубами определяются по формуле:

h₁ = λ * H/D-d_н* v

---