Расчет работы насосов

Обоснование рационального режима промывки на различных этапах бурения скважины и выбор насоса для обеспечения промывки производится на основе гидравлических расчетов.

При гидравлических расчетах максимальную потребную подачу насоса для выноса шлама следует, как правило, определять при наибольшем диаметре, максимальное рабочее давление – при наибольшей глубине скважины [5, 9, 11, 19].

Давление, развиваемое насосом, должно быть достаточным для преодоления гидравлических сопротивлений при прокачивании промывочной жидкости в заданном количестве.

Общее давление, развиваемое насосом, складывается из суммы потерь давления (р_∑, Па):

р_∑ = k(p₁+p₂+p₃+p₄ +p₅ +p₆),

где р_∑ – суммарные гидравлические потери давления во всех элементах циркуляционной системы;

k – коэффициент, учитывающий запас давления для преодоления дополнительных сопротивлений (k = 1,3÷1,5);

р₁ – потери давления в гладкой части колонны бурильных труб и в утяжеленных трубах;

р₂ – потери давления в кольцевом пространстве скважины;

р₃ – потери давления в соединениях бурильных труб;

р₄ – потери давления в колонковом наборе (р₄ = 0,05÷0,12 МПа );

р₅ – дополнительные потери давления при заклинивании керна (р₅ = 0,5 МПа);

р₆ – потери давления в шланге и вертлюг-сальнике, определяемые опытным путем (p₆ = 0,05÷0,19 МПа).

Потери давления в бурильных трубах (в МПа):

,

где λ₁ – безразмерный коэффициент гидравлического сопротивления; ρ – плотность промывочного агента, кг/м³; Q (V_o ) – расход очистного агента, м³/с; L -длина бурильных труб (глубина скважины), м; d_в – внутренний диаметр бурильных труб, м.

Потери давления (в Па) в кольцевом пространстве:

,

где D – диаметр скважины, м; d_н- наружный диаметр бурильных труб, м.

Потери давления (в МПа) в соединениях бурильной колонны:

,

где ξ – коэффициент местного сопротивления; n_с – число соединений в колонне (L/l_c, где l_с – длина свечи, м).

По результатам произведенного расчета определяется необходимая мощность двигателя для привода насосов:

,

где N_н – мощность двигателя для привода насоса, кВт, V_H – подача бурового насоса при максимальном давлении, м³/с; Р – максимальное рабочее давление, развиваемое насосом, МПа; h_H и h_П – КПД насоса и привода соответственно (h_Hh_П =0,7 – 0,8).

После суммирования всех потерь давления необходимо сопоставить их с допустимым давлением насоса. Проверочными расчетами требуемой подачи, рабочего давления и приводной мощности насосов для конкретных условий бурения подтверждают пригодность насоса, входящего в комплект бурового агрегата, заранее выбранного на основании проектной конструкции скважины [5, 11-13, 20, 21].