Расход (подача) жидкого или газообразного очистного агента оп­ределяется из условия устойчивого транспортирования шлама к по- верхности, что обеспечивается скоростью восходящего потока, достаточной для надежного выноса наиболее крупной частицы шлама,

    где v - скорость восходящего потока, м/с; w - критическая скорость для наиболее крупной частицы шлама, м/с.

Критическая скорость (скорость витания) даже для идеального шара находится в сложной зависимости от параметра Рейнольдса, который в данном случае имеет вид

где d , - диаметр шара, эквивалентного частице по объему, м; v - кине­матическая вязкость очистного агента, м²/с.

Расчеты критической скорости w для частиц шлама любой круп­ности и формы в условиях жидкостной промывки или продувки возду­хом (газом) с достаточной достоверностью можно выполнять по формуле

где Kф - коэффициент формы частицы (принимаемый для округлой формы равным 0,7, продолговатой - 0,6 и пластинчатой - 0,5); Ar- параметр Архимеда,

где g - ускорение свободного падения, м/с²; р, р_п - плотность очистно­го агента и горной породы соответственно, кг/м³.

Формула (6.40) получена на основе критериальной зависимости Re = f ( Ar) Б.Б. Кудряшова, отличающейся высокой точностью в широ­ком диапазоне Re = 0,2-10^s.

Потребный объемный расход очистного агента при прямой цир­куляции определяется по формуле

где V - расход очистного агента, м³/с; D - наибольший внутренний диаметр скважины (обычно на устье), м; d₂ - наружный диаметр бу рильных труб, м; v - скорость восходящего потока, м/с; к - коэффици ент, учитывающий возможный расширения ствола, наличие каверн н пр. (к = 1,1-1,3).

При использовании сжимаемых очистных агентов (воздух, ГЖС, пена) к объемному расходу, вычисленному по формуле (6.42), необхо димо внести поправку в соответствии с выражением

где V - фактически необходимый расход сжимаемого очистного аген­та, м³/с; V - расход, вычисленный при атмосферном давлении, м³/с; рз- давление в призабойной зоне кольцевого канала, Па (ата); р₀ - абсо­лютное атмосферное давление (р₀ = 10⁵ Па = 1 ата).

Гидравлические потери давления в циркуляционной системе скважины при бурении на нефть и газ с промывкой несжимаемой жид­костью могут быть приближенно определены расчетом по общей формуле

где к - коэффициент запаса на случай преодоления дополнительных сопротивлений в осложнившихся условиях бурения (к = 1,3-1,5); Pi - потери давления в бурильной колонне и поверхностной нагнета­тельной линии; pi - потери на преодоление местных сопротивлений в соединениях бурильной колонны; р₃ - потери давления в долоте (в частности, гидромониторном) или на участке съемного керноприемни- ка; р5- перепад давления в турбобуре в случае турбинного бурения.

Потери давления в паскалях на любом участке постоянного сече­ния в скважине и поверхностных трубопроводах определяются расче­том по формуле Дарси-Вейсбаха

где А - безразмерный коэффициент гидравлического сопротивления; v - средняя по сечению канала расходная скорость движения жидко­сти, м/с; р - плотность жидкости, кг/м³; I - длина канала потока, м; D, - эквивалентный диаметр канала (для внутреннего канала буриль­ных труб D₃ = D- d₂), м.

Наиболее важным для достоверности буровых гидравлических расчетов является определение коэффициента сопротивления, завися-

щего от свойств жидкости и режима ее движения, определяемого па-

раметром Рейнольдса

Где μ динамический коэффициент вязкости, Па с. Остальные обозна- чения аналогичны принятым выше.

В условиях циркуляции вязкой ньютоновской жидкости значения λ можно определять:

- при Re < 2600 (ламинарный режим) по формуле Стокса

- при Re > 2600 (переходный и турбулентный режим) по формуле Л.Д.Альтшуля

где кш - гидравлическая шероховатость, принимающая для стальных труб в зависимости от степени их коррозии значения в пределах 2*10⁵ – 1*10 ³м.

Режим движения глинистых и других структурных буровых рас- творов (неньютоновских жидкостей) приближенно оценивается через обобщенный параметр Рейнольдса

При значениях Re < 2600 (приблизительно) имеет место струк турный режим течения и Л можно определять по формуле (6.47) с ис­пользованием обобщенного параметра Re*.

При Re > 5-10⁴ рекомендуется во всех случаях использовать по­стоянное значение Л = 0,02.

В широкой области переходного режима (2000 - 3000 < Re < 5-10⁴) движения буровых растворов со структурными свойствами гидравли ческие расчеты сложны и мало достоверны.

При оценочных расчетах можно пользоваться приближенной формулой Р.И. Шищенко

Мощность на привод насоса (в киловаттах) определяется по формуле

              где V-расход промывочной жидкости, м/с Vр- максимальное рабочее давление, Па; η - КПД ( = 0,8-0,75).

Потери давления при бурении с продувкой воздухом (газом) опре­деляются расчетным путем по отдельным участкам циркуляционной системы скважины с постоянными поперечными сечениями и обяза­тельно в направлении, обратном движению потока, поскольку необхо­димо учитывать сжимаемость газообразного агента, исходя из заранее известного (р„ - атмосферное) или вычисленного значения абсолютно­го давления в конце соответствующего участка. Для условий бурения нефтяных и газовых скважин потребное рабочее давление на компрес­сорах может быть приближенно определено с помощью последова­тельного применения формул:

для горизонтальной выкидной линии

Более детальный и достоверный расчет потерь давления при глу боком бурении с продувкой требует учета не только расходной, но и действительной концентрации шлама в потоке, зависящей от грануло­метрического состава.

Выбор типа и количества компрессоров производится на основа­нии расчетов с запасом на 10 - 15%. Для обеспечения необходимого рабочего давления иногда требуется применение дожимных компрес соров-бустеров. В практике бурения нефтяных и газовых скважин и США применяются компрессоры с рабочим давлением до 105 атм.

Расчеты циркуляции ГЖС существенно сложнее и рассматрива­ются в специальных руководствах.