Дослідження пульсуючого потоку промивальної рідини у бурильній колоні

Анотація

Об'єктом дослідження є пульсуючий потік промивальної рідини у бурильній колоні. Одним з найбільш проблемних місць є втрати тиску за рахунок сил тертя, розподілених по довжині потоку та зосереджених у її вузлах (різьбових з’єднаннях і викривленнях труб).

В ході дослідження використовувалися методи перетворення, що дозволяють бурильну колону представити у вигляді прямолінійних труб – елементів з розподіленими параметрами, з’єднаними різними неоднорідностями. Це дає можливість визначення характеристик пульсуючого потоку промивального розчину звести до визначення зосереджених параметрів включень, граничних умов на початку та в кінці бурильних труб, як однорідних участків бурильної колони. У свою чергу втрати тиску в бурильній колоні при роторному бурінні було розділено на два види втрат. Це втрати по всій довжині колони (потоку) та місцеві втрати тиску, які отримуються тільки в окремих місцях потоку рідини (наприклад, замкові з’єднання та ін.), завдяки тому, що в них потік терпить місцеву деформацію.

Отримано, що з технологічної точки зору найбільш сприятливим є такий діаметр свердловини, при якому опір потоку у трубах дорівнює опору у затрубному просторі. Це пов’язано з тим, що в процесі перебігу промивальної рідини швидкість турбулентного потоку понижується тільки біля стінок труби. Тому під дією відцентрових сил на згинах труби, як неоднорідностях, при виникненні місцевих втрат натиску за рахунок відриву транзитного потоку, відбувається звуження діаметру труби унаслідок накопичення твердих частинок в водоворотних зонах та швидкостей потоку. За плавного повороту труби вказаний відрив може бути відсутнім. У цьому випадку місцеві втрати натиску, у значній мірі, обумовлені виникненням на повороті «парового вихора» (гвинтовим рухом, що викликаний дією сил інерції). Тому необхідною умовою обертового буріння є безперервна циркуляція промивального розчину, повне або часткове припинення якої робить неможливим подальше буріння. При цьому процес буріння сповільнюється, або призводить до аварії. Це пов’язане з накопиченням твердої фази у місцях виникнення водоворотних областей.

Результати досліджень стануть у нагоді науковцям та фахівцям нафтогазової галузі під час фізичного моделювання процесів промивки свердловин в процесі їх буріння та проєктування технологічних процесів промивки.