Прямая циркуляция с открытым устьем

При циркуляции раствора нужно учитывать варианты, когда в кольцевом и затрубном пространстве может находиться:

- однофазная жидкость;

- многофазная жидкость.

Во втором случае, жидкость не будет находиться в равновесном состоянии, если плотность в кольцевом и трубном пространствах различна.

В статическом состоянии давление на стояке бурильного инструмента и на устье в кольцевом пространстве будет нулевым. Давление на забое равно гидростатическому, оказываемым столбом жидкости.

При роторном способе бурения перепады давления в наземном оборудовании незначительны. Давление на стояке Рг.с. будет вычисляться по формуле:

где: Рвн – внутреннее давление в бурильном инструменте; Рк.п. – давление в кольцевом пространстве.

Важно знать потери в кольцевом пространстве, так как это дает возможность рассчитывать динамическое давление во время циркуляции жидкости на различных глубинах.

Подобно другим давлениям, значение потерь давления в кольцевом пространстве зависит от характеристик жидкости и скорости потока и значительно меняется при изменении размеров кольцевого пространства. Так при меньшем диаметре скважины потери давления в кольцевом пространстве выше.

Давление Рзаб, оказываемое на забой и выражаемое при посредстве затрубного пространства вычисляется по формуле:

где: Рн сд – представляет гидростатическое давление, оказываемое столбом бурового раствора в затрубном пространстве между забоем и устьем; Рсд – перепад давления в кольцевом пространстве для перемещения бурового раствора от забоя до устья с производительностью Q.

Давление Рзаб, оказываемое на забой и выраженное при посредстве трубного пространства, выражается:

где: Рст - гидродинамическое давление (давление на стояке); Рн аб - гидростатическое давление, оказываемое столбом бурового раствора в бурильном инструменте между устьем и забоем; Раб - перепад давления в трубном пространстве для перемещения бурового раствора от устья до забоя, имеет отрицательное значение, так как не передается на забой.

В случае, когда существует гидростатический дисбаланс между ответвлением затрубным и трубным пространствами, в пространство с более легкой жидкостью происходит перелив из пространства с более тяжелой (принцип U-образной трубы).

Давление Рзаб, действующее на забой и выражаемое посредством затрубного пространства, рассчитывается по формуле:

а посредством трубного пространства:

Динамическое давление на забое будет равно:

Из чего следует:

Манометр на стояке зафиксирует увеличение давления на стояке, равное разности гидростатических давлений столба бурового раствора между кольцевым пространством и буровым инструментом.