Разница давлений между двумя точками трубопровода, по которому прокачивается жидкость (вода, буровой раствор и т. д.), соответствует перепаду давления между этими точками. Таким образом, перепад давления в трубопроводе представляет собой сопротивление прокачиваемости (текучести) промывочной жидкости.
Гидродинамическое давление — это сопротивление, возникающее при движении жидкости. Оно зависит от её плотности, вязкости, скорости, диаметров труб, глубины погружения и др.
В нашем случае рассмотрение этого давления будет проходить в контексте потерь в системе циркуляции. Буровой раствор выталкивается буровым насосом. Затем он обычно проходит через линию от насоса и поднимается по стояку, поступает в грязевой шланг, проходит через вертлюг и СВП (ведущую трубу), движется вниз по бурильной трубе, проходит через долото и через затрубное пространство возвращается на поверхность. К тому моменту, когда буровой раствор выходит на желоб, первоначальное давление на него уже израсходовано. Раствор может стекает по желобу на вибросита только под действием силы тяжести, не испытывая давления.
За счет этого трения раствора об оборудование и трения внутри раствора происходит потеря давления. Обычно к моменту достижения бурового долота раствор теряет не менее 25% давления, которое было у него на выходе из насоса в начале пути через систему циркуляции. К тому времени, как раствор покидает насадки долота, он теряет от 50 до 70% своего первоначального давления. Таким образом, к этому моменту остаётся только от 5 до 25% давления, с которым раствор начал движение по системе циркуляции. Именно эти оставшиеся 5–25% позволяют ему подниматься по затрубному пространству.
В процессе перемещения раствора через трубы и оборудование создаются минимальные трения на каждом участке, для удобства, разделим скважину на 4 основных участка, где значительно меняются потери давления:
- Поверхностная обвязка.
- Бурильная колонна до долота;
- Долото;
- Кольцевое пространство (затруб).
Для измерения гидродинамического давления в скважине используются различные типы датчиков, такие как манометры и барометры. Но для более тонкого и точного расчета потерь давления в процессе циркуляции применяются специализированное программное обеспечение (MLHydraulics, DiPC Engineer и др.). Рассчитав каждый интервал, появляется возможность определить не только общие потери давления, но и контролировать такие ситуации, как осложнения в виде промыва оборудования или начало поглощения, но и следить за забойным давлением. Однако для определения общих потерь давления в скважине существует более простой способ: необходимо зафиксировать показания манометра на насосе.
Общие сопротивления, создаваемые насосом при циркуляции в скважине, которые будут отображаться на манометре насоса.
Общие сопротивления (потери давления) зависят от:
- подачи насоса;
- плотности и реологии жидкости;
- наличия и количества твердой фракции в скважине (шлам, цементный камень, металлическая стружка).
- интервала циркуляции;
- качества и состояния открытого ствола (при наличии);
- внешнего и внутреннего диаметра труб;
- внутреннего диаметра ствола скважины и др.
Из вышесказанного можно сделать вывод, что в процессе циркуляции показания на манометре насоса представляют собой совокупность различных факторов. Наша задача заключается в том, чтобы уметь определять приблизительные потери давления при изменении параметров, которые мы можем контролировать, таких как скорость работы насосов и плотность циркуляционного раствора.
Как правило, при увеличении скорости закачки насоса увеличиваются и потери давления. Потери давления также увеличиваются с ростом плотности и вязкости бурового раствора, а также с увеличением глубины и изменением внутренних диаметров, по которым раствор перемещается.
где Р – гидродинамическое давление;
ρ – плотность жидкости;
Q – объемная скорость жидкости;
L – длина трубопровода;
D – внутренний диаметр трубопровода.
Полученные расчетные значения являются приближенными и не должны рассматриваться как точные значения на манометре насоса. В практической деятельности необходимо ориентироваться только на фактические показания приборов.