Буровая гидравлика. 2-е изд.

ВВЕДЕНИЕ. Роль гидравлики в бурении 3 ГЛАВА I. Физико-механические свойства буровых жидкостей 5 1.1 Удельный вес и плотность 5 1.2 Вязкость 5 1.3 Аномальные жидкости 6 1.4 Статическое напряжение сдвига 7 1.5 Структурная вязкость и динамическое напряжение сдвига 7 1.6 Зависимость физико-механических свойств жидкостей от температуры и давления 7 1.7. Реологическая (гидравлическая) характеристика буровых растворов 8 1.7.1 Модель ньютоновской жидкости 10 1.7.2 Бингамовская пластическая модель 10 1.7.3 Определение пластической вязкости и предела текучести 12 1.7.4 Модель степенного закона 14 1.7.5 Другие модели 17 1.7.6 Некоторые реологические показатели буровых растворов на водной основе 18 1.8 Капиллярные реометры 20 1.9 Цилиндрические насадки для измерения реологических свойств 22 ГЛАВА II. Статика жидкости. Задачи и расчеты, связанные с применением законов гидростатики 24 2.1 Гидростатическое давление бурового раствора в скважине 24 2.2 Влияние термобарических условий в скважине на гидростатическое давление 27 2.3 Примеры зависимости между плотностью и объемом, давлением и температурой с учетом коэффициентом сжимаемости 31 2.3.1 Зависимость между плотностью бурового раствора на водной основе и давлением 10 2.3.2 Зависимость между плотностью бурового раствора на водной основе и температурой 10 2.3.3 Зависимость объема бурового раствора на водной основе от температуры и давления 12 2.3.4 Изменение давления от ожидаемого прибавления объема 14 2.3.5 Зависимость между изменением давления под действием температуры 17 2.3.6 Зависимость между плотностью бурового раствора на нефтяной основе и давлением 18 2.3.7 Зависимость между плотностью бурового раствора на нефтяной основе и температурой 17 2.3.8 Зависимость объема бурового раствора на нефтяной основе от температуры и давления 18 2.3.9 Изменение давления от ожидаемого прибавления объема 17 2.3.10 Зависимость между изменением давления под действием температуры 18 2.4 Физико-химические и механические процессы, влияющие на гидростатическое давление 35 2.5 Давление на забой и стенки скважины, заполненной газированной жидкостью 37 2.6 Статическое забойное давление в газовых скважинах 39 2.7 Экспериментальные исследования по определению гидростатического давления в натурных условиях 40 ГЛАВА III. Динамика жидкости 47 3.1 Основные виды движения жидкостей 47 3.2 Гидравлические потери в трубах круглого сечения 49 3.3 Критерии перехода 51 3.4 Гидравлические потери в трубах и трубах кольцевого сечения 52 3.4.1 Ньютоновская жидкость 52 3.4.2 Бингамовская жидкость 54 3.4.3 Вязкопластичная жидкость, подчиняющаяся степенному закону 57 3.5 Потери давления на местные сопротивления 59 3.6 Альтернативные решения по определению гидравлических потерь в циркуляционной системе скважины 60 3.7 Влияние гидравлических потерь в кольцевом пространстве на вес колонны труб 62 3.8 Неустановившееся движение. Безнапорное движение жидкостей с разными плотностями 63 ГЛАВА IV. Истечение жидкостей из насадок 65 4.1 Основные формулы истечения 65 4.2 Истечение из промывочных отверстий долот 66 4.3 Потери давления в других элементах циркуляционной системе 67 4.4 Истечение при переменном уровне 68 4.5 Гидравлика долот 68 ГЛАВА V. Взаимодействие потока жидкости с твердым телом 72 5.1 Экспериментальные исследования Р.И. Шищенко 72 5.2 Вынос бурового шлама на поверхность 73 5.3 Подача насосов для выноса выбуренной породы 79 5.4 Эффективность выноса бурового шлама 80 5.5 Движение частицы по горизонтальной плоскости 81 ГЛАВА VI. Гидродинамика спускоподъемных операций в скважине 82 6.1 Движение колонны труб в скважине, заполненной буровой жидкостью 82 6.2 Расчетные формулы 83 6.3 Динамическая составляющая давления, возникающая под долотом при неравномерном движении колонны труб 86 6.4 Экспериментальные исследования по изучению гидродинамических давлений 87 6.5 Влияние сжимаемости и релаксации напряжений в буровом растворе на величину гидродинамического давления 92 6.6 Экспериментальные исследования забойного давления при движении труб 96 ГЛАВА VII. Гидравлика цементирования обсадных колонн 101 7.1 Осложнения при цементировании и их решение 101 7.2 Определение реологических свойств тампонажных растворов 107 7.3 Определение объемного расхода, глубины опорожнения, устьевого и забойного давления 107 7.4 Определение плотности цементного раствора 117 7.5 Место установки муфты ступенчатого цементирования 120 7.6 Определение высоты подъема цементного раствора 120 7.7 Режим вытеснения в эксцентрично расположенной обсадной колонны на ограниченной длине 122 7.8 Буферные жидкости 127 7.9 Объем продавки и определение давления момента «стоп» 129 ГЛАВА VIII. Гидравлические забойные двигатели 132 8.1 Турбинное бурение 132 8.2 Винтовой забойный двигатель (ВЗД) 136 8.3 Вывод соотношений для оптимизации подачи насосов и размеров насадок долота 140 8.3.1 Максимальная сила удара струи о забой 140 8.3.2 Максимальная гидравлическая мощность на долоте 141 8.3.3 Для циркуляционной системы, в которую включена телеметрическая система (ЗТС) 142 8.3.4 Для циркуляционной системы с винтовым двигателем 142 8.3.5 Для циркуляционной системы с турбобуром 143 ПРИЛОЖЕНИЕ 144 ЛИТЕРАТУРА 150