Исследование движения потока буровой жидкости в вертикальной плоскости в процессе бурения скважины

Статья в Elpub

Территория «НЕФТЕГАЗ». 2019; : 26-34

Исследование движения потока буровой жидкости в вертикальной плоскости в процессе бурения скважины

Мягков К. А., Сериков Д. Ю., Васильев А. А.

Аннотация

В статье представлены основные результаты исследования гидравлических процессов, протекающих в эжекторах и струйных насосах. В рамках исследования, в частности, рассмотрены трудности применения теории жидкостного агрегатора, обусловленные особенностями размещения эжектора в наддолотном пространстве в калибрующем центраторе. Определены параметрические характеристики эжектора, выведено основное уравнение процесса смешения. Установлено, что падение статического давления в смесительной трубе равно инерционному перепаду плюс потери давления от трения. Представлена формула для расчета полезного давления (повышения полного давления) эжектора. Выведены формулы для определения относительного напора эжектора, а также коэффициента полезного действия эжектора. Полученные формулы позволяют построить характеристики любого струйного насоса. Представлен пример применения выведенных формул в случае, когда оси активного и пассивного потоков совпадают. Осуществлено математическое моделирование процесса массопереноса буровой жидкости. Результаты моделирования сопоставлены с опытными данными. Получены величины абсолютного давления на поверхности забоя скважины, представленные для наглядности в табличном формате. Определен диапазон высот для наиболее эффективной работы калибрующего эжекционного агрегата, составивший 306–450 мм.

Список литературы

1. Вышегородцева Г.И., Васильев А.А., Сериков Д.Ю. Пути повышения эффективности очистки забоя при бурении шарошечными долотами // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2015. № 6. С. 12–17.

2. Сериков Д.Ю. Шарошечные долота для реактивно-турбинного бурения. М.: Нефть и газ, 2016. 240 с.

3. Богомолов Р.М., Сериков Д.Ю., Гринев А.М., Дедов Н.И. Бурение дополнительных боковых стволов долотами PDC // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2018. № 2. С. 17–20.

4. Сазонов Ю.А., Сазонова Р.В. Расчеты струйных насосов: учеб. пособие. М.: Государственная академия нефти и газа имени И.М. Губкина, 1997. 52 с.

5. Богомолов Р.М., Сериков Д.Ю. Виброгаситель-калибратор // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2018. № 3. С. 39–43.

6. Васильев А.А., Вышегородцева Г.И., Сериков Д.Ю. Исследование влияния схемы промывки шарошечного бурового долота на очистку забоя скважины // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2015. № 5. С. 25–28.

7. Васильев А.В., Сериков Д.Ю. Совершенствование схем промывки шарошечных буровых долот. М.: Нефть и газ, 2015. 160 с.

8. Сериков Д.Ю., Васильев А.А. Анализ конструктивных особенностей систем промывки шарошечных буровых долот и их влияния на качество очистки забоя скважины // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2015. № 3. С. 27–32.

9. Васильев А.А., Сериков Д.Ю., Близнюков В.Ю. Совершенствование буровых долот различных типов // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2019. № 6. С. 28–31.

10. Мягков К.А., Танненберг Н.В., Гаффанов Р.Ф., Сериков Д.Ю. Оценка напряженно-деформируемого состояния участка трубопровода с установленным на нем стабилизатором давления в условиях возникновения и распространения гидравлического удара // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2018. № 1. С. 46–52.

11. Сериков Д.Ю., Сморкалов Д.В. Совершенствование центрального промывочного узла трехшарошечного бурового долота // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2014. № 12. С. 20–25.

12. Сериков Д.Ю., Серикова У.С. Повышение эффективности очистки шарошечных буровых долот // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2018. № 4. С. 18–22.

13. Каменев П.Н. Гидроэлеваторы в строительстве. М.: Стройиздат, 1970. 414 с.

14. Темнов В.К. Основы теории жидкостных эжекторов. Челябинск: Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола, 1971. 87 с.

15. Подвидз Л.Г., Кирилловский Ю.Л. Расчет струйных насосов и установок // Труды ВНИИгидромаш. 1968. Т. 38. С. 44–96.

16. Цегельский В.Г. Струйные аппараты. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. 573 с.

17. Лямаев Б.Ф. Гидроструйные насосы и установки. Л.: Машиностроение, 1988. 277 с.

18. Сазонов Ю.А. Расчет и конструирование струйных аппаратов. Учебное пособие. М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2016. 64 с.

19. Темнов B.K., Спиридонов E.K. Расчет и проектирование жидкостных эжекторов: учеб. пособие. Челябинск: Челябинский политехнический институт, 1984. 44 c.

20. Зангер Н.Л. Экспериментальное исследование различных водоструйных насосов с малым отношением площадей поперечных сечений сопла и камеры смешения // ТОИР. 1970. Вып. 1. С. 12–25.

21. Фридман Б.Э. Гидроэлеваторы. М.: МАШГИЗ, 1960. 323 с.

22. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. М.: Энергоатомиздат, 1989. 352 с.

23. Справочник по гидравлическим расчетам / Под ред. П.Г. Киселева. М.: Энергия, 1974. 312 с.

24. Кулак А.П., Шестозуб А.Б. Уточнение уравнения характеристики струйных аппаратов // Прикладная гидромеханика. 2007. Т. 9 (81). № 4. С. 73–76.

25. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. 4-е изд., стереотипное, перепечатка со 2-го изд. 1982 г. М.: Издательский дом Альянс, 2010. 423 с.

26. Лойцянский Л.Г. Механика жидкостей и газов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Наука, 1970. 904 с.

27. Спиридонов С.В., Сериков Д.Ю. Математическое моделирование процесса износа вооружения бурильного инструмента // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2014. № 10. С. 37–41.

28. Сериков Д.Ю., Васильев А.В., Мягков К.А. Новая конструкция наддолотного прямолопастного калибратора-эжектора. Территория «НЕФТЕГАЗ». 2019. № 7–8. С. 14–19.

29. Новиков А.С., Сериков Д.Ю., Гаффанов Р.Ф. Бурение нефтяных и газовых скважин. М.: Нефть и газ, 2017. 307 с.

30. Сериков Д.Ю. Повышение эффективности шарошечного бурового инструмента с косозубым вооружением: дис. … докт. техн. наук. М., 2018. 433 с.

Territorija “NEFTEGAS” [Oil and Gas Territory]. 2019; : 26-34

The Study of the Flow of Drilling Fluid in a Vertical Plane During Drilling

Myagkov K. A., Serikov D. Yu., Vasiliev A. A.

Abstract

The article presents the main results of studies of hydraulic processes in ejectors and jet pumps. In the framework of the studies, in particular, the difficulties of applying theories of a fluid aggregate due to the peculiarities of the placement of an ejector in a near-bit space in a calibration central apparatus are considered. The parametric characteristics of the ejector are determined, the basic equation of the mixing process is derived. It was found that the pressure drop of the static pressure in the mixing pipe is equal to the inertial differential plus pressure loss from friction. The formula for calculating the useful pressure (increase in total pressure) of the ejector presents. Formulas are derived for determining the relative action of the ejector. The resulting formulas allow to build the characteristics of any jet pump. An example of the application of the derived formulas in the case when the axes of the active and passive flows coincide is presented. Mathematical modeling of the mass transfer of the drilling fluid carried out. The simulation results are compared with the experimental data. The absolute pressure values on the bottomhole face are obtained, presented for clarity in a tabular format. The range of heights for the most efficient operation of the calibrating ejection unit was determined, amounting to 306–450 mm.

References

1. Vyshegorodtseva G.I., Vasil'ev A.A., Serikov D.Yu. Puti povysheniya effektivnosti ochistki zaboya pri burenii sharoshechnymi dolotami // Stroitel'stvo neftyanykh i gazovykh skvazhin na sushe i na more. 2015. № 6. S. 12–17.

2. Serikov D.Yu. Sharoshechnye dolota dlya reaktivno-turbinnogo bureniya. M.: Neft' i gaz, 2016. 240 s.

3. Bogomolov R.M., Serikov D.Yu., Grinev A.M., Dedov N.I. Burenie dopolnitel'nykh bokovykh stvolov dolotami PDC // Oborudovanie i tekhnologii dlya neftegazovogo kompleksa. 2018. № 2. S. 17–20.

4. Sazonov Yu.A., Sazonova R.V. Raschety struinykh nasosov: ucheb. posobie. M.: Gosudarstvennaya akademiya nefti i gaza imeni I.M. Gubkina, 1997. 52 s.

5. Bogomolov R.M., Serikov D.Yu. Vibrogasitel'-kalibrator // Oborudovanie i tekhnologii dlya neftegazovogo kompleksa. 2018. № 3. S. 39–43.

6. Vasil'ev A.A., Vyshegorodtseva G.I., Serikov D.Yu. Issledovanie vliyaniya skhemy promyvki sharoshechnogo burovogo dolota na ochistku zaboya skvazhiny // Stroitel'stvo neftyanykh i gazovykh skvazhin na sushe i na more. 2015. № 5. S. 25–28.

7. Vasil'ev A.V., Serikov D.Yu. Sovershenstvovanie skhem promyvki sharoshechnykh burovykh dolot. M.: Neft' i gaz, 2015. 160 s.

8. Serikov D.Yu., Vasil'ev A.A. Analiz konstruktivnykh osobennostei sistem promyvki sharoshechnykh burovykh dolot i ikh vliyaniya na kachestvo ochistki zaboya skvazhiny // Oborudovanie i tekhnologii dlya neftegazovogo kompleksa. 2015. № 3. S. 27–32.

9. Vasil'ev A.A., Serikov D.Yu., Bliznyukov V.Yu. Sovershenstvovanie burovykh dolot razlichnykh tipov // Stroitel'stvo neftyanykh i gazovykh skvazhin na sushe i na more. 2019. № 6. S. 28–31.

10. Myagkov K.A., Tannenberg N.V., Gaffanov R.F., Serikov D.Yu. Otsenka napryazhenno-deformiruemogo sostoyaniya uchastka truboprovoda s ustanovlennym na nem stabilizatorom davleniya v usloviyakh vozniknoveniya i rasprostraneniya gidravlicheskogo udara // Oborudovanie i tekhnologii dlya neftegazovogo kompleksa. 2018. № 1. S. 46–52.

11. Serikov D.Yu., Smorkalov D.V. Sovershenstvovanie tsentral'nogo promyvochnogo uzla trekhsharoshechnogo burovogo dolota // Territoriya «NEFTEGAZ». 2014. № 12. S. 20–25.

12. Serikov D.Yu., Serikova U.S. Povyshenie effektivnosti ochistki sharoshechnykh burovykh dolot // Territoriya «NEFTEGAZ». 2018. № 4. S. 18–22.

13. Kamenev P.N. Gidroelevatory v stroitel'stve. M.: Stroiizdat, 1970. 414 s.

14. Temnov V.K. Osnovy teorii zhidkostnykh ezhektorov. Chelyabinsk: Chelyabinskii politekhnicheskii institut im. Leninskogo komsomola, 1971. 87 s.

15. Podvidz L.G., Kirillovskii Yu.L. Raschet struinykh nasosov i ustanovok // Trudy VNIIgidromash. 1968. T. 38. S. 44–96.

16. Tsegel'skii V.G. Struinye apparaty. M.: Izdatel'stvo MGTU im. N.E. Baumana, 2017. 573 s.

17. Lyamaev B.F. Gidrostruinye nasosy i ustanovki. L.: Mashinostroenie, 1988. 277 s.

18. Sazonov Yu.A. Raschet i konstruirovanie struinykh apparatov. Uchebnoe posobie. M.: RGU nefti i gaza imeni I.M. Gubkina, 2016. 64 s.

19. Temnov B.K., Spiridonov E.K. Raschet i proektirovanie zhidkostnykh ezhektorov: ucheb. posobie. Chelyabinsk: Chelyabinskii politekhnicheskii institut, 1984. 44 c.

20. Zanger N.L. Eksperimental'noe issledovanie razlichnykh vodostruinykh nasosov s malym otnosheniem ploshchadei poperechnykh sechenii sopla i kamery smesheniya // TOIR. 1970. Vyp. 1. S. 12–25.

21. Fridman B.E. Gidroelevatory. M.: MAShGIZ, 1960. 323 s.

22. Sokolov E.Ya., Zinger N.M. Struinye apparaty. M.: Energoatomizdat, 1989. 352 s.

23. Spravochnik po gidravlicheskim raschetam / Pod red. P.G. Kiseleva. M.: Energiya, 1974. 312 s.

24. Kulak A.P., Shestozub A.B. Utochnenie uravneniya kharakteristiki struinykh apparatov // Prikladnaya gidromekhanika. 2007. T. 9 (81). № 4. S. 73–76.

25. Gidravlika, gidromashiny i gidroprivody: Uchebnik dlya mashinostroitel'nykh vuzov / T.M. Bashta, S.S. Rudnev, B.B. Nekrasov i dr. 4-e izd., stereotipnoe, perepechatka so 2-go izd. 1982 g. M.: Izdatel'skii dom Al'yans, 2010. 423 s.

26. Loitsyanskii L.G. Mekhanika zhidkostei i gazov. 3-e izd., pererab. i dop. M.: Nauka, 1970. 904 s.

27. Spiridonov S.V., Serikov D.Yu. Matematicheskoe modelirovanie protsessa iznosa vooruzheniya buril'nogo instrumenta // Stroitel'stvo neftyanykh i gazovykh skvazhin na sushe i na more. 2014. № 10. S. 37–41.

28. Serikov D.Yu., Vasil'ev A.V., Myagkov K.A. Novaya konstruktsiya naddolotnogo pryamolopastnogo kalibratora-ezhektora. Territoriya «NEFTEGAZ». 2019. № 7–8. S. 14–19.

29. Novikov A.S., Serikov D.Yu., Gaffanov R.F. Burenie neftyanykh i gazovykh skvazhin. M.: Neft' i gaz, 2017. 307 s.

30. Serikov D.Yu. Povyshenie effektivnosti sharoshechnogo burovogo instrumenta s kosozubym vooruzheniem: dis. … dokt. tekhn. nauk. M., 2018. 433 s.