Местные гидравлические сопротивления создают элементы циркуля­ционной системы с переменной формой и размерами каналов, в которых изменяются скорости потока, образуются крупные вихри и возвратные те­чения. Такими элементами являются: ведущая труба, вертлюг, буровой ру­кав, стояк, замковые соединения, муфты, переводники, долота, центраторы, расширители и т.д.

Как показывают опыты, перепад давления Ар в этих элементах можно определять независимо от его относительной длины по формуле

∆ð = αρQ2,                                                                                               (9.25)

где а — коэффициент гидравлических сопротивлений, который для каждо­го элемента в первом приближении можно принять постоянным. Наиболь­шее значение коэффициент а имеет в забойных гидравлических двигате­лях, гидромониторных долотах и замковых соединениях типа ЗН. Лишь для немногих простейших моделей местных сопротивлений, например, внезап-

ного расширения трубы, коэффициент а можно определить теоретически. Обычно его находят экспериментальным путем.

Коэффициент а наземной обвязки циркуляционной системы находит­ся по формуле

а = αñ + αø + αâ
+ αê,                                                                                (9.26)

где ас, Ош, ав, Or — коэффициенты сопротивлений элементов обвязки, оп­ределяемые по данным ВНИИБТ (табл. 9.2).

Ввиду переменной геометрии каналов турбобуры можно считать од­ним из местных сопротивлений и перепад давления в них также вычислять по формуле (9.25) при

a = ^f-,                                                                                                    (9.27)

где Артн — перепад давления в турбобуре при номинальном режиме его работы на жидкости с известной подачей Q^ и плотностью (по паспортным данным конкретного турбобура) рс.

Для геометрически подобных сопротивлений, в частности отверстий долот, каналов замковых соединений и муфт одинаковых типов, при расче­тах формулу (9.25) удобнее представить в традиционном виде:

Др p ρv2,                                                                                                    (9.28)

где £, = 2aF2 — коэффициент сопротивления; F, v — характерная площадь сечения канала и средняя скорость в нем соответственно.

В каналах замковых соединений в качестве характерной величины принимают диаметр поперечного сечения канала dB:

F = ndl/A,

(9.29)

где dB — диаметр поперечного сечения канала.

Опытные данные показывают, что среднее значение £, для каналов замков типа ЗН можно принять равным 7,66, а для замков типа ЗШ £, = = 1,52.

Диаметр каналов замков типа ЗУ и приваренных замков мало отлича-

Таблица  9.2

ется от внутреннего диаметра бурильных труб, поэтому потери давления в них незначительны и в расчетах обычно не учитываются.

Для определения перепада давления от местных сопротивлений (муфт, замков и т.п.) в кольцевом пространстве также применяется формула (9.28), в которой в качестве характерного берется эквивалентный диаметр попе­речного сечения кольцевого канала между трубами и стенкой скважины (dñ — dí):

F = %(d2c-dl)/A,                                                                                           (9.30)

где dc — диаметр скважины; dH — наружный диаметр труб. При этом коэффициент £, вычисляют по формуле

 ry                    ry

í−                                                                                             (9.31)

где dM — максимальный наружный диаметр муфты или замкового соеди­нения.

Для расчета суммарных потерь давления от всех замков или муфт дан­ного типоразмера в колонне нужно вычисленный перепад давления умно­жить на число замков или муфт.

Для расчета перепада давлений в долоте также пользуются формулой (9.28), в которой в качестве характерной площади берется суммарная пло­щадь поперечного сечения насадок или промывочных отверстий долота; £, = 1/ц2 (ц — опытный коэффициент расхода, зависящий от формы отвер­стия, физических свойств жидкости и давления, при котором происходит истечение).

На основании многочисленных экспериментов установлено, что коэф­фициент расхода примерно равен 0,62 для отверстия в тонкой стенке; 0,82 для цилиндрической насадки; 0,945 для конической сходящейся насадки (с углом конусности 13°); 0,98 для коноидальной насадки. Ниже приведены коэффициенты расхода для характерных форм насадок буровых долот (по данным Б.С. Филатова).

Цилиндрические сверления с остроугольными кромками…………………………. 0,64 — 0,66

Сверления ñ êîíè÷åñêèì âõîäîì……………………………………………………………. 0,8 — 0,9

Ó-îáðàçíàÿ ùåëü…………………………………………………………………………………… 0,7 — 0,75

Насадки с округлым входом и конусностью (гидромониторные)……………… 0,9 — 0,95

С помощью показателя, подобного коэффициенту ц, можно охаракте­ризовать полное гидравлическое сопротивление всего долота любого типо­размера. Для этого при экспериментальном определении коэффициента ц следует измерять потери давления не в одних лишь насадках, а во всем до­лоте, т.е. в канале, составленном из насадок и внутренней полости долота.

Обратите внимание: