Розрахунок тиску гідророзриву пласта
де Рв.р. – вертикальний гірничий тиск; Рпл – пластовий тиск; sр – тиск розшарування порід. Вертикальний гірничий тиск Рв. - Визначають за формулою:
де Н – глибина залягання пласта; rп = 2500 кг/м 3 – середня щільність гірських порід, що лежать вище.
Рв.р. = 2500 * 9,81 * 2250 = 55,181 МПа
Якщо тиск розшарування порід sр = 1,5 МПа, то тиск розриву пласта буде:
Рразр = 55,181 - 17 + 1,5 = 39,681 МПа.
Тиск розриву на вибої можна визначити приблизно за емпіричною формулою:
де К = 1,5 - 2. Приймаємо середнє значення К = 1,75. Тоді
Рразр = 104 * 2250 * 1,75 = 39,375 МПа.
2. Розрахунок робочого гирлового тиску гідророзриву.
Допустимий гирловий тиск ГРП визначається за формулою:
Рд.у = - rgH + Ртр,
де Dн 2 , DВ 2 - Зовнішній і внутрішній діаметри обсадних труб, м Dн = 0,173 м DВ = 0,144 м; sтек = 650 МПа - межа плинності сталі марки L; К = 1,5 - запас міцності , Ртр = втрати напору на тертя в трубах визначаються за формулою Дарсі-Вейсбаха:
Ртр = l
де l - коефіцієнт гідравлічного опору труб, визначається співвідношення l = 0,3164/Re 0,5 для турбулентного або l = 64/Re для ламінарного режимів руху рідини в трубі. Тут Re (число Рейнольдса) – параметр, що визначає режим течії; при Re2300 турбулентним.
де mсм - в'язкість піщано-рідинної суміші:
mсм = 90 * е 3,18 * 0,091 = 120 мПа * с;
n - швидкість руху рідини трубами, м/с визначається з виразу
де Q - темп закачування рідини гідророзриву, м 3 /сут (0,015 м 3 /сут), F - площа внутрішнього перерізу НКТ: F = pDB 2 / 4 = 3.14 * 0.144 2 / 4 = 0.0162, м 2 . Швидкість руху рідини:
n = 0,015/0,0162 = 0,926 м/с.
С = 250/(250+2500) = 0,091
rсм = (2500-895) * 0,091 + 895 = 1041 кг/м 3
Re = 0,926 * 0,144 * 1041 / (120 * 10 -3) = 1156,76 тоді l = 64 / Re = 0,055
Втрати тиску на тертя у трубах
Ртр = 0,055 * (1041 * 0,926 2 * 2250) / (2 * 9,81 * 0,144) = 0,039 МПа.
Отже допустимий гирловий тиск становить:
Рд.у. = (0,173 2 -0,144 2 )/(0,173 2 +0,144 2 )*(650/1,75)+17-1041*9,81*2250*10 -6 =
Допустимий тиск на гирлі свердловини в залежності від міцності різьблення верхньої частини колони труб на зусилля, що страгують, визначається за формулою
Рд.у =
де Рстр - стрімке навантаження для обсадних труб із сталі групи міцності L, дорівнює 1,59 МН, G - зусилля затягування при обв'язці обсадної колони (береться за даними бурового журналу), що дорівнює 0,5 МН; до - запас міцності, який приймаємо рівним 1,5. Тоді допустимий гирловий тиск:
Рд.у. = 34,4 МПа.
З двох отриманих значень Рд.у. приймаємо менше (34,4 МПа).
Можливий вибійний тиск при допустимому тиску на гирлі 34,4 МПа складе:
Рз = Рд. + rGН - Pтр = 34,4 * 10 6 + 1041 * 9,81 * 2250 - 0,039 * 10 6 = 57,34 МПа
Враховуючи, що потрібний тиск розриву на вибої Рразр = 39,375 МПа менше Рз = 57,34 МПа, визначимо робочий тиск на гирлі свердловини
Ру = Рразр - rgН + Ртр = 39,375 * 106 - 1041 * 9,81 * 2250 + 0,039 * 106 = 16,9 МПа.
Отже, тиск на гирлі свердловини нижче допустимого, тому можна проводити закачування рідини гідророзриву НКТ.
3. Визначення необхідної кількості робочої рідини.
Кількість рідини розриву не піддається точному розрахунку. Воно залежить від в'язкості рідини розриву та фільтрації, проникності порід привибійної зони.свердловини, темпу закачування рідини та тиску розриву. За дослідними даними обсяг рідини розриву змінюється від 5 до 10 м3. Приймемо для свердловини Vр = 7,5 м 3 нафти.
Кількість рідини-пісконосія залежить від властивостей цієї рідини, кількості закачуваного в пласт піску та його концентрації. Насправді заготовляють 20 – 50 м 3 рідини (Vпж) і 8 – 10 т піску (Gпес).
Концентрація піску C залежить від в'язкості рідини пісконосія та темпу її закачування. Для нафти в'язкістю 90 мПа * з приймаємо З = 250 кг/м 3 . При цій умові об'єм рідини пісконосія:
Vпж = Gпес/С = 8000/250 = 32 м3.
Об'єм рідини-пісконосія повинен бути дещо меншим за ємність колони труб, так як при закачуванні цієї рідини в об'ємі, що перевищує ємність колони, насоси в кінці процесу закачування будуть працювати при високому тиску, необхідному для продавлювання піску в тріщини. А закачування рідини з абразивними частинками при високому тиску призводить до дуже швидкого зносу циліндрів і клапанів насосів.
Місткість 168 - мм обсадної колони довжиною 1800 м становить 34 м 3 а прийнята кількість рідини-пісконосія - 29 м 3
Оптимальна концентрація піску може бути визначена на підставі швидкості падіння зерен піску у прийнятій робочій рідині за формулою
де З - концентрація піску, кг/м 3; n - швидкість падіння зерен піску діаметром 0,8 мм м/год залежно від в'язкості рідини знаходиться графічно. Для в'язкості рідини-пісконосія 90 МПа*с n = 15 м/год, отже
З = 4000/15 = 267 кг/м3.
Вміст піску в об'ємі 29 м 3 становитиме:
G = 267 * 29 = 7743 кг.
Обсяг продавочної рідини, щоб уникнути залишення на вибої піску, слід приймати в 1,2 – 1,3 більше, ніж обсяг колони, по якій закачується.пісок. Необхідний обсяг продавочної рідини:
Vпр = = 3,14*0,144^2*2250*1.3/4 =47.6 м 3