|
|||||||
Посмотрите также другие разделы нашего сайта!!! Литература |
Всё про нефть и газ / Литература(каталог книг) |
||||||
Гукасов Н.А., Брюховецкий О.С., Чихоткин В.Ф. "Гидродинамика в разведочном бурении". |
|||||||
Глава № 10 |
|||||||
ВНИМАНИЕ В текстах книг представленных на сайте в интернет формате очень много ошибок, не читаются рисунки, графики разбиты, это связанно с некачественной перекодировкой конвекторов из PDF формата и HTML. Если Вам необходимы качественный текст с рисунками и графиками - то скачиваите книги с нашего сайта в формате PDF. ссылка для скачивания книги или главы в формате PDF находится внизу страницы. |
|||||||
В данной библиотеке представлены книги исключительно для личного ознакомления. Запрещено любое копирование не для личного использования, а также с целью использования в коммерческих целях. В случае претензий со стороны авторов книг/издательств обязуемся убрать указанные книги из перечня ознакомительной библиотеки. Копирование, сохранение на жестком диске или иной способ сохранения произведений осуществляются пользователями на свой риск. |
|||||||
анекдоты программы истории |
ГИДРАВЛИЧЕCКАЯ ПРОГРАММА ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИНЫ СО СЪЕМНЫМ КЕРНОПРИЕМНИКОМ И ДВОЙНОЙ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННОЙ 10.1. ГИДРАВЛИЧЕCКАЯ ПРОГРАММА ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИНЫ СО СЪЕМНЫМ КЕРНОПРИЕМНИКОМ Расчеты по формуле (9.248) показали, что при подъеме кер-ноприемника изменение давления на забое может достигать высоких значений. В результате расчетов по выражению (8.57) было установлено, что при движении промывочной жидкости в пространстве между керноприемником и внутренней полостью бурильных труб могут возникнуть значительные потери давления. Из практики бурения известно, что интенсивность разрушения горных пород, а значит, и механическая скорость проходки vMex тем выше, чем ниже превышение забойного давления над гидростатическим. Таким образом, реологические свойства, т.е. величины ц и х0, а также расход жидкости будем определять из следующих условий: 1) изменение гидродинамического давления на забое имеет строго определенное значение при подъеме керноприемника с заданной скоростью uт; 2) потери давления в пространстве между керноприемником и внутренней полостью бурильных труб составляют Аp (например, Аp = 2-Ю5 Па); 3) отношение забойного давления к гидростатическому известно и составляет pза6/уl (например, pза6/уl = 1,05). Согласно (9.248) можно записать: 252 10 41 А 1 + гЯ1п
Ар 1кт0 3 г1(1-га) В соответствии с (8.57) Арк.п 21 Т ф(га)Г1 гр(га)- ЧЧ ¦ФК) (10.1) (10.2) Пользуясь выражением (8.57), составим формулу для определения превышения забойного давления над гидростатическим: Рзаб =1 + 2T Yl Уф(гак)К Г w„ W„ 1 -ф(Гак)- (10.3) где 1к и I — длина соответственно керноприемника и колонны бурильных труб; га = Го/г1 гак = rH/R; rH и R - наружный радиус колонны бурильных труб и радиус скважины соответственно. Оценим, какими могут быть га и га к. Известно, что для керноприемника КССК-95 радиус внешней поверхности г0 = = 0,030 м. Тогда при внутреннем радиусе колонны бурильных труб Г1 = 0,0335 м имеем га = 0,895522. Принимаем, что толщина стенки колонны бурильных труб составляет 5 мм. Тогда гн = 0,0385 м. При радиусе скважины R = 0,0475 м ra K = = 0,810526. Для облегчения расчетов по выражениям (10.2) и (10.3) целесообразно рассчитать значения ср(га), г|>(га) и ф(га), которые отличаются от г|)(гак), ср(гак) и ф(гак) только значениями га. В табл. 10.1 приведены значения ср(га), г|>(га) и ф(га) в диапазоне га = 0,700-0,950. Таблица 10.1 Га 0,699 0,701 0,703 0,705 0,707 0,709 0,711 0,713 0,715 0,717 0,719 0,721 0,723 ф(га) 1,2498 1,2198 1,1903 1,1611 1,1327 1,1046 1,0770 1,0499 1,0233 0,9972 0,9715 0,9463 0,9216 ф(га) 0,3890 0,3817 0,3745 0,3674 0,3604 0,3535 0,3457 0,3399 0,3332 0,3266 0,3201 0,3137 0,3073 0,700 0,702 0,704 0,706 0,708 0,710 0,712 0,714 0,716 0,718 0,720 0,722 0,724 гр(га) -1,1225 -1,1088 -1,0953 -1,0818 -1,0684 -1,0550 -1,0417 -1,0285 -1,0153 -1,0022 -0,9892 -0,9762 -0,9633 ф(Га) 0,3858 0,3781 0,3710 0,3689 0,3569 0,3501 0,3433 0,3365 0,3299 0,3233 0,3169 0,3105 0,3042
2 2 Г а 253 Продолжение табл. 10.1 Га 0,725 0,727 0,729 0,731 0,733 0,735 0,737 0,739 0,741 0,743 0,745 0,747 0,749 0,751 0,753 0,755 0,757 0,759 0,761 0,763 0,765 0,767 0,769 0,771 0,773 0,775 0,777 0,779 0,781 0,783 0,785 0,787 0,789 0,791 0,793 0,795 0,797 0,799 0,801 0,803 0,805 0,807 0,809 0,811 0,813 0,815 0,817 0,819 0,821 0,823 0,825 0,827 0,820 0,831 0,833 0,835 Га 0,726 0,728 0,730 0,732 0,734 0,736 0,738 0,740 0,742 0,744 0,746 0,748 0,750 0,752 0,754 0,756 0,758 0,760 0,762 0,764 0,766 0,768 0,770 0,772 0,774 0,776 0,778 0,780 0,782 0,784 0,786 0,788 0,790 0,792 0,794 0,796 0,798 0,800 0,802 0,804 0,806 0,808 0,810 0,812 0,814 0,816 0,818 0,820 0,822 0,824 0,826 0,828 0,830 0,832 0,834 0,836 254 Продолжение табл. 10.1 Га 0,837 0,839 0,841 0,843 0,845 0,847 0,849 0,851 0,853 0,855 0,857 0,859 0,861 0,863 0,865 0,867 0,869 0,871 0,873 0,875 0,877 0,879 0,881 0,883 0,885 0,887 0,889 0,891 0,893 0,895 0,897 0,899 0,901 0,903 0,905 0,907 0,909 0,911 0,913 0,915 0,917 0,919 0,921 0,923 0,925 0,927 0,929 0,931 0,933 0,935 0,937 0,939 0,941 0,943 0,945 0,947 0,949 Га 0,838 0,840 0,842 0,844 0,846 0,848 0,850 0,852 0,854 0,856 0,858 0,860 0,862 0,864 0,866 0,868 0,870 0,872 0,874 0,876 0,878 0,880 0,882 0,884 0,886 0,888 0,890 0,892 0,894 0,896 0,838 0,900 0,902 0,904 0,906 0,908 0,910 0,912 0,914 0,916 0,918 0,920 0,922 0,924 0,926 0,928 0,930 0,932 0,934 0,936 0,938 0,940 0,942 0,944 0,946 0,948 0,950 255 По выражениям (10.2) и (10.3) молено записать: I т2г2 1кх 0'1 8ФГаЬАРк.п фГаМРкл 21кт0 ф(га)г1Арк.п I \ ,1 \1. (10.4) x2R2 8ф( га к )ЛY | J^3^ - 1 MW 2т + |'ь^_1]^Ы^г|,(гак) +ф(гак (10.5) Из равенства значений q, вычисленных по выражениям (10.4) и (10.5), получим Ат2 Значит, -Bj +^Bf -4AjCj 2A! где А,— 10.6) 1гГф г ^Рза6 Л MrJAPK.n Bi = e1 8ср(гак)у ^--1 R3^(raK) rj4>(ra) ЧМ^Рзаб Л ГДр(Га)АРк.п 32 ( yl J 32Ik Таким образом, определив х0 по формуле (10.6), можно согласно (10.1) найти г|, что позволяет по (10.4) и (10.5) вычислить расход жидкости. Найдем г), х0 и q при следующих исходных данных: R = = 0,0475 м; г1 = 0,0335 м, г0 = 0,0300 м, гн = 0,0385 м, 1к = = 13,71 м, I = 2500 м. Значит, в данном случае га = 0,895522, гак = 0,810526. Тогда согласно табл. 10.1 г|>(га) = -0,1530, ф(га) = 0,0229, ф (га) = 0,0184, ф(гак) = 0,2249, ср(гак) = 0,1041, ^(гак) = -0,4791. 256 2 q + v Проведем расчеты по формуле при различных значениях pзаб/ l . Таким образом, 0,0050776- 10-5 0,0023936 A1 pзаб/Уl -1 -0,5698988-10- Аpк.п. C1 = 0,0017 - 10-5(pзаб /yl - 1)- 0,5282 • 10-5. В табл. 10.2 приведены значения х0, найденные по формуле (10.6) при различных pза6/уl и Аpкп. Из табл. 10.2 видно, что при 1-105 Па < Аp < 4-105 Па наблюдается незначительное изменение х0. Поэтому в дальнейшем для простоты будем ориенти1оваться на средние значения х0, т.е. на х0 при Аp = = 2,5Т05 Па. Для принятых исходных данных по формуле (10.1) молено записать: 0,001643628- 10-5 ( ) г\ =----------------------- Аp - 10445,67549 • х0 . uт (10.7) В табл. 10.3 приведены значения г|, рассчитанные по формуле (10.7) при различных uт, Аp и pраз/уl. Таблица 10.2 pзаб/Уl т0, Па, при различных значениях Аpкп, 105 Па 1,030 1,035 1,040 1,045 1,050 1,055 1,060 1,065 1,070 1 4,443 4,770 5,366 5,962 6,559 7,158 7,758 8,360 8,965 1,5 4,157 4,747 5,336 5,924 6,513 7,101 7,691 8,281 8,872 3,0 4,140 4,725 5,307 5,887 6,467 7,046 7,625 8,203 8,782 3,5 4,138 4,722 5,303 5,882 6,460 7,040 7,615 8,192 8,769 4,0 4,136 4,719 5,300 5,878 6,455 7,032 7,608 8,058 8,760 Таблица 10.3 ppa/Yl 1,030 1,035 1,040 1,045 т), 10 3 Па-с, при различных значениях uт, м/с 0,5 5,151 4,940 4,750 4,550 0,6 | 0,8 Аp = 2-105 Па 4,292 4,125 3,958 3,792 3,219 3,094 2,969 2,844 1,0 2,576 2,475 2,375 2,275 1,2 2,147 2,062 1,979 1,896 1,4 1,840 1,768 1,696 1,625 B
257 Продолжение табл. 10.3 ppa/Yl 0,5 1,050 1,055 1,060 1,065 1,070 1,030 1,035 1,040 1,045 1,050 1,055 1,060 1,065 1,070 1,030 1,035 1,040 1,045 1,050 1,055 1,060 1,065 1,070 1,030 1,035 1,040 1,045 1,050 1,055 1,060 1,065 1,070 1,030 1,035 1,040 1,045 1,050 1,055 1,060 1,065 1,070 1,030 1,035 1,040 258 П!одолжение табл. 10.3 р /yl 1,045 1,050 1,055 1,060 1,065 1,070 т), 10 3 Па-с, п!и !азличных значениях ит, м/с 05 I 06 I 08 I 1) I 12 I 1Г 37,422 37,224 37,024 36,816 36,616 36,414 31,185 31,020 30,853 30,680 30,513 30,345 23,389 23,265 23,140 23,010 22,885 22,759 18,711 18,612 18,512 18,408 18,308 18,207 15,592 15,510 15,426 15,340 15,257 15,172 13,365 13,294 13,223 13,149 13,077 13,005 Расход жидкости !ассчитаем, подставив исходные данные фо!мулу (10.5): q = 0,226-10"6То nfb^-1 29,6685/'Рзаб 1) 28,42836^3,6 ) 1 Ч { Yl J 1+0,2249 . (10.8) В табл. 10.4 п!иведены !езультаты !асчетов по фо!муле (10.8); значения х0 взяты из табл. 10.2 п!и Аркп = 2,5 • 105 Па, а значения г| — из табл. 10.3 п!и !азличных Ар. Таблица 10.4 Рзаб yl 1,030 1,035 1,040 1,045 1,050 1,055 1,060 1,065 1,070 1,030 1,035 1,040 1,045 1,050 1,055 1,060 1,065 1,070 0,5 q, 10 Зм3/с, п!и !азличных значениях ит, м/с 1,6381 1,8332 2,0521 2,2867 2,5435 2,8275 3,1459 3,4988 3,8928 0,7196 0,7857 0,8608 0,9353 1,0129 1,0943 1,1852 1,2692 1,3630 0,6 0,8 1,9660 2,1954 2,4628 2,7439 3,0520 3,3932 3,7747 4,1986 4,5942 Ар = 2-105Па 2,6214 2,9227 3,2832 3,6585 4,0701 4,5247 5,0335 5,5990 6,2779 Ар = 4-105Па 0,8635 0,9428 1,0329 1,1224 1,2154 1,3132 1,4222 1,5232 1,6356 1,1657 1,2571 1,3774 1,4966 1,6205 1,7508 1,8963 2,0307 2,1810 1,0 3,2757 3,6591 4,1043 4,5735 5,0881 5,6537 6,2919 6,9958 7,7857 1,439 1,5714 1,7216 1,8707 2,0257 2,1885 2,3704 2,5385 2,7261 1,2 2,6639 3,0625 3,6400 4,3235 5,2155 6,3479 8,8133 9,6600 12,0117 1,7270 1,8859 2,0661 2,2445 2,4311 2,6263 2,8448 3,0163 3,2713 1,4 3,1084 3,5717 4,2323 5,0445 6,0814 7,4051 9,1110 11,2712 14,0152 2,0149 2,2002 2,4104 2,6188 2,8361 3,0645 3,3034 3,5511 3,8174 2 259 П!одолжение табл. 10.4 Рзаб Yl 0,5 1,030 1,035 1,040 1,045 1,050 1,055 1,060 1,065 1,070 1,030 1,035 1,040 1,045 1,050 1,055 1,060 1,065 1,070 1,030 1,035 1,040 1,045 1,050 1,055 1,060 1,065 1,070 1,030 1,035 1,040 1,045 1,050 1,055 1,060 1,065 1,070 Покажем, как используются табл. 10.2-10.4. Пусть по технологическим сооб!ажениям рза6/у1 = 1,05, поте!и давле-ния в кольцевом п!ост!анстве между ке!ноп!иемником и колонной т!уб составляют 4-105 Па, ско!ость подъема ке!но-п!иемника ит = 1 м/с, а изменение гид!одинамического дав- 260 ления на забое Аp = 2-105 Па. Тогда согласно табл. 10.2 динамическое нап!яжение сдвига х0 = 6,45 Па, ст!укту!ная вязкость в соответствии с табл. 10.3 ц = 2,175-10"3 Па-с, а !асход жидкости q = 5,088-10-3 м3/с. Если п!и п!очих !авных условиях сох! аняется изменение гид!одинамического давления на забое Аp = 4-105 Па, то, как и п!ежде, х0 = = 6,45 Па, # = 0,005463- 10"3Па-с, !асход жидкости q = = 2,1885-10-3м3/с. Так как с!едняя ско!ость жидкости в п!ост!анстве между внешней пове!хностью колонны бу!ильных т!уб и стенками скважины v=------q------, то для успешного выноса выбу!енной по!оды должно соблюдаться условие, п!и кото!ом v больше ско!ости свободного осаждения vs Полагаем, что обтекание частицы диамет!ом dT п!оисходит п!и ст!укту!ном !ежиме. П!и ут = 2,64-104 Н/м3, у = = 1,2- 104Н/м3, х0 = 6,45 Па согласно фо!муле (2.20) d0 = 0,00599 м. Тогда п!и диамет!е частицы dT = 0,010 м dT 667 ---- = 1, 1. d0 Так как dT — s 3,0, d0 обтекание п!оисходит п!и ст!укту!ном !ежиме. Согласно фо!муле (2.17) ско!ость свободного осаждения 0,00146854 v =--------------. Г) Значит, п!и г) = 2,175 • 10"3 Па-с и г\ = 5,463 • 10"3 Па-с имеем vs1 = 0,675 м/с и vs2 = 0,2688 м/с. Расход жидкости п!и г) = 2,175-10"3 Па-с составляет q1 = 5,088 • 10"3 м3/с, а п!и г) = 5,463-10"3 Па-с q2 = 2,1885 • 10"3 м3/с. Тогда соответствующие значения с!едней ско!ости v 1 = 2,092 м/с, v2 = = 0,900 м/с. Так как v 1 > vs1 и v2 > vs2, то в !ассмат!иваемых случаях выбу!енные частицы будут выноситься. 261 10.2. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ПРОГРАМ МА ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИ НЫ ДВО Й Н ОЙ БУРИЛЬ Н ОЙ К ОЛ ОНН ОЙ 10.2.1. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ПРОГРАММА В СЛУЧАЕ, КОГДА РАЗБУРЕННАЯ П ОРОДА ПОСТУПАЕТ ВО ВНУТРЕН НЮЮ П ОЛ ОСТЬ ЦЕНТРАЛЬН ОЙ К ОЛ ОН НЫ В ВИДЕ "ШЛАМА " Так как существует условие (3.23) (минимум потерь давления в зависимости от расхода жидкости), то логично полагать, что и давление нагнетания рн также имеет минимум относительно расхода жидкости. Пусть механическая скорость проходки составляет vHeT = = 400 м/ч, радиус скважины R = 0,042 м, радиусы внутренней полости центральной и внешней колонны соответственно Г! = 0,021 м, г3 = 0,0305 м, наружный радиус центральной колонны г2 = 0,024 м, пористость разбуриваемой породы m = 0,2, вязкость жидкости и динамическое напряжение сдвига соответственно цж = 0,015 Па-с, х0 = 3 Па, удельный вес породы и промывочной жидкости уп = 2,6 • 104 Н/м3, у = 1,2- 104Н/м3, длина колонны трубы (глубина скважины) I = 200 м. Тогда расход выбуренной породы 400 -08 qT = jtR2vnex(l- m) = л-0,0422----------- = 0,000492 м3/с. 3600 Значит, согласно (6.5) вязкость смеси при принятых исходных данных определяется как 2 Лсм =0,015 1 +____^____+ 10,05f °'0004926 ) + 0,0004926 + цж { 0,0004926 + цж) + 0,00273expf °'0081772 ) ^ 0,0004926 + цж) (10.9) Имеем также га = 0,787. Согласно табл. 10.1 гр(га) = -0,5945, ф(га1 = 0,3463, ср(га1 = 0,1448. Тогда по выражению (8.61) -----13^28-----+ 271714,518б[(0,5945+43аж) + г цж + 0,0004926 L ^ж 262
+ J 0,5945 + 43цж -0,3463 + 100 13,09372 х 106(яж + 0,000492б)т1см + 400,9429 [13,09372-106(яж + 0,000492б)т1см+400,9429]2 85951,02. (10.10) В табл. 10.5 п!иведены значения рн, вычисленные по фо!мулам (10.9) и (10.10) п!и !азличных q,,,. Из табл. 10.5 видно, что рн имеет минимум относительно Цж, т.е. выполняется условие Значит, согласно (8.61) и условию (10.11) (10.11) MlzZl^l + 1^M (q,K + qT)2 ч>(п>Ь4 W*, 8Ц,кЦ,г 1-
Чг„ 8лжд» + — ^bt(q +q ) + T) х дцж х^ ' I Г х 1 + I 1 *1см(яж + qT 1 2,8066^ то см(Яж +Чг) + 2,8066^ r1 4,211
(10.12) Таблица 10.5 цж, м7с 0,0010 0,0020 0,0022 0,0024 0,0030 0,0034 q„ м3/с 0,0040 0,0050 0,0060 0,0090 0,0100 0,0110 105Па 20,42 21,48 22,72 26,94 28,43 29,93 263 +
2 2 p
Значение дцсм/дцж определяется по формуле (6.9), a ticm -согласно (6.5). Принимая во внимание геометрию поперечных сечений каналов, молено прийти к выводу, что решение данной задачи целесообразно проводить при сочетаниях режимов течения, приведенных ниже. Центральная Кольцевое труба пространство С С Т С Т Т Здесь С и Т - соответственно структурный и турбулентный режимы течения. При турбулентном режиме течения давление у нижнего торца центральной колонны *-. Y жЯ Ж ~*~ Y тЯ Т I , 0,0089724^° f ужЯж+УтЯ, Рбаш" Яж+ят g°,7V75 1(Яж+Ят (10.13) Значение р6аш можно определить из выражения (8.59), составленного для структурного режима течения жидкости в кольцевом пространстве: Рбшп = Рн+Уж! - 2lTo ф(га)г3 W* 8лдд W* - 8лдя ¦Ф(г.) (10.14) Из значений р6аш, найденных по формулам (10.13) и (10.14), получим pH = q Y т - Y ж 0,0089724ТЙ5 / у ЖЯ ж + у ТЯ ^ Ят+Я g 0,75^4,75 Яж+Ят 1(Чж+Я 1,75 21т о фГа Г3 X wJ- -огз3 wJ- wi -Ф(г (10.15) Согласно условию (10.11) и выражению (10.15) ЯтУт-Уж °.°°8974 УжЯж+УтЧт Ят+Я 0,75 4,75 4,75 У '1 Мсм Яж+Ят 0,25 Эт!с ^Яя 264
Г 1 2 Г 1 2 0,7511™ YT-Уж Ит (тжЯж + УтЯт)(яж + qT + 1,75г|см I + 16т1 х ф(га)гз Г X J1 W* ^оГз3 ,г Wa ^оГз3 0. (10.16) Расчеты по уравнению (10.16) ведутся с помощью формул (6.9) и (6.5). Теперь составим выражение для определения давления нагнетания при турбулентном режиме течения в центральной колонне труб и в пространстве между внешней и внутренней бурильной колонны. Давление у нижнего торца колонны из рассмотрения течения смеси в трубе определяется по выражению (10.13). Составив уравнение динамического равновесия жидкости, движущейся в кольцевом пространстве, с помощью формул Дарси - Вейсбаха и Блазиуса получим Рн+Уж1- 0,0089724т1°'25уж751Яж5 125 о,75 (10.17) Из равенства значений р6аш, найденных по формулам (10.13) и (10.17), можно составить следующее выражение для определения давления нагнетания: Рн ^ Рн(Ут-Уж)1 | 0,00897241 П0'25 I 4 0,75/ v ттгУжЯж+УтЯт q»+qT + 0,25 1,75 1,75 11____'ж Чж 1,75 (10.18) По условию (10.11) и формуле (10.18) получим дфт-Уж) | 0,0089724 Г 0,1 9 УжЯж+УтЯт •"Чт] дцс „0,75 4,75 Мсм ' 1 aq 265 ж 2
Ж 0,750,75 ngM25 0,75уж(дж+дт) + Уждж+Утдт 1,75ла25уж75дж ,.4,75 / \0,25 , , 1,75 (уждж + утдт) г32-г22 (10.19) Найдем, какое из этих т!ех сочетаний !ежимов течения в т!убе и кольцевом п!ост!анстве наиболее часто вст!ечается в п! актике бу!ения двойной колонной. П!оведем сначала !асчеты п!и г3 = 0,0305 м, г1 = = 0,0174 м, г2 = 0,0240 м. Все !асчеты п!оведем п!и у = 1,2 • 104 Н/м3. Очевидно, что для !ешения задачи необходимо оп!еделить па!амет! Рейнольдса в т!убе и кольцевом п!ост!анстве, т.е. ReT и ReKn, а также к!итические значения па!амет!а Рейнольдса ReK!T и ReK!Kn. Таким об!азом, ReKn= 2уЯж =14288,8^; (10.20) я(г3 + г2)т1д л ReT=M=!L = 44755,2^L. (10.21) яг^д Ti В п!актике бу!ения двойной бу!ильной колонной п!едставляет инте!ес случай га = г2/г3 > 0,7. Тогда по фо!муле (8.29) к! итическое значение па!амет!а Рейнольдса в кольцевом п!ост!анстве оп!еделяется так: ReK!.K.n = -6740,7 + 29,05 4t0(r3 " r2) Y дл2 + 10958,324 ra Так как га = r2/r3 = 0,78688, то 0,4406 ReK!Kn = 1882,19 + 14,50477^ . (10.22) Согласно фо!муле (1.38) к!итическое значение па!амет!а Рейнольдса , 0,33498 0 33498 ReK!T = 145,842l^f) = 166,3619Ы ' . (10.23) В табл. 10.6 п!иведены !езультаты !асчетов по фо!мулам (10.20) и (10.21) п!и !азличных q,,, и ц. 266 1 Таблица 10.6 qE, 10–3#I3/O 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1, 0 1,1 1, 2 1, 3 1, 4 Re 10 571,5 714,4 857,2 1000,1 1143,0 1285,9 1428,7 1571,6 1714,5 1857,4 2000,2 В табл. 10.7 приведены значения ReKpKn и ReKpT, найденные по формулам (10.22) и (10.23) при различных т0 и ц. Аналогичные расчеты по определению режима течения проведем при г3 = 0,0480 м, г1 = 0,0284 м, г2 = 0,0375 м. Значит, согласно (10.20), (10,21), а также (10.22) и (10.23) ReKn = 9108,07 q ReT = 27420,15 (гЛ 0,4406 ReKp.K.n = 1820,4906 + 22,1332 ^ U2J ReKpT = 230,994 ы 0,33498 Таблица 10.7 т0, Па 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Re 10 2721,5 3021,2 3244,0 3428,1 3587,8 3730,4 3860,3 3980,2 4092,0 4197,0 при различных г\, 10-3Па-с 20 2337,8 2500,6 2621,6 2721,5 2808,2 2885,6 2956,2 3021,2 3081,9 3138,9 при различных г|, 10"3Па-с 20 2287,2 2884,9 3304,6 2721,4 2808,2 2885,6 2956,2 3021,2 3081,9 3138,9 Т1 E Т| 267 В табл. 10.8 и 10.9 п!иведены значения ReKn, ReT, а также Кек!кш ReK!T п!и !азличных q^ ц и х0. Из с!авнения данных, п!иведенных в табл. 10.6-10.9, видно, что ве!оятным сочетанием !ежимов течения являются: 1) ст!укт! !ный !ежим движения глинистого !аство!а в кольцевом пост!анстве и во внут!енней полости цент!альной колонны; 2) ст!укту! ное течение в кольцевом п!ост!анстве и движение п!и ту!булентном !ежиме течения во внут!енней полости цент!альной колонны. В числе вы!ажений, составляющих гид!авлическую п!ог!амму, необходимо использовать у!авнения (6.10) или (6.11), полученные из условия минимума поте!ь давления в цент!альной колонне. Очевидно, что закачиваемая жидкость должна обеспечивать успешный вынос выбу!енной по!оды. Таблица 10.8 10-3м3/с 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 10 364,3 455,4 546,5 637,6 728,6 819,7 910,8 1001,9 1093,0 1184,0 1275,0 п!и !азличных г\, Ю-3 Па-с 20 182,1 227,7 273,2 318,6 364,3 409,8 455,4 500,9 546,5 592,0 637,5 Ю-3 Па-с 20 548,4 685,5 822,6 959,7 1096,8 1233,9 1371,0 1508,1 1645,2 1782,3 1919,4 Таблица 10.9 т0, Па 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Re 10 3101,2 3558,6 3898,6 4179,4 4423,1 4640,8 4839,0 5021,9 5192,5 5352^7 п!и !азличных г\, Ю-3 Па-с 20 2515,8 2764,1 2948,7 3101,2 3233,5 3351,7 3459,3 3558,6 3651,2 3738,2 п!и !азличных г|, Ю-3 Па-с 20 3175,7 4005,7 4588,5 5052,7 5444,8 5787,7 6094,4 6373,2 6629,7 6867,9 к.п 268 Отличительной особенностью бурения скважины двойной бурильной колонной являются значительные расходные концентрации выбуренной породы в центральной колонне. Действительно, если расход выбуренной породы q = JtRV .(l - m), то расходная концентрация а о 10.24) а Следовательно, при R = 0,042 м и m = 0,2 0,0044334vMex В табл. 10.10 приведены значения а0 при различных q^, и VMex- Из табл. 10.10 видно, что а0 может достигать больших значений, и поэтому следует учитывать фактор стесненного движения выбуренных частиц в промывочной жидкости. При объемной (истинной) концентрации выбуренной породы в промывочной жидкости ах абсолютная скорость дви- равна q f(l-ax) абсолютная скорость жения жидкости “шлама” Чт—. f(l-ax) Следовательно, относительную скорость осаждения частицы можно найти как vr q f(l-ax) f(l-ax) (10.25) где f — площадь поперечного сечения центральной колонны. Из определения расходной концентрации q _ аоЧж т ~ 1-<Х (10.26) Таблица 10.10 10-3м3/с 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 100 0,17030 0,13340 0,10965 0,09307 0,08085 а0 при различных vM 200 0,29103 0,23540 0,19763 0,17030 0,14961 400 0,45085 0,38109 0,33003 0,29103 0,26028 м/с 600 0,55187 0,48015 0,42492 0,38109 0,34546 800 0,62156 0,55187 0,49627 0,45085 0,41305 ^ " мех 1 ж
269 Значит, по (10.25) и (10.26) vr = 5ж ах °°------ (10.27) f ax(l-a0)(l-ax) Разделив левую и правую части выражения (10.27) на скорость свободного осаждения vs, получим P = qi—/ ax"»°—у Ю.28) где Р = —; qi = —. vs fvs Экспериментальными исследованиями Д.М. Минца и С.А. Шуберта [20] по изучению восходящих потоков суспензий, составленных из воды и твердых частиц, движущихся через вертикальные трубы, было получено следующее выражение: Rec 'Z4zax i. \з (10.29) где Re = s tY ; rig z = 4,5 + 0,019 Y'Yt Y'"dT. (10.30) \ дл2 6 Здесь с0 - коэффициент сопротивления. Значение с определяется в зависимости от режима обтекания частицы; формулы, приведенные ниже, выведены согласно экспериментальным исследованиям проф. Р.И. Ши-щенко [26, 27]. При структурном режиме обтекания 3,0609q(vT - yVi2 С0 =-------- 1 ' , (10.31) ( f^~ \А Y Tk|do I то где d0 - диаметр нетонущей частицы, определенный по выражению (2.20). Коэффициент сопротивления при обтекании в случае турбулентного режима и режима турбулентной автомодельности в зависимости от формы частицы находится по формулам 270 (2.22)-(2.25), а режим обтекания устанавливается согласно неравенствам (2.26)-(2.28). Из равенства значений 0, найденных по формулам (10.28) и (10.29), молено записать: 24zax + ( 24шЛ+(1_ ]3------Цж(ах-а0) „ q ReC ^\ ReC У v Л; a(l-a)(l-a Отсюда , «x(l-ax)(l-a0) 24zax /24zax\2 /, _ \3 ReC + Ж ReC (10.32) По формуле (10.32) найдем зависимость ax = f(q*, a0) при ут = 2,64 • 104 Н/м3, у = 1,2 • 104 Н/м3, dT = 0,01 м, х0 = 2 Па, г\ = 0,010 Па-с. Для определения режима обтекания вычислим по формуле (2.20) диаметр нетонущей частицы 0,82559 ¦ 4,544-2 = 0,002281м. ^ 14400 ) Значит, dT „ „„„„ ---- = О, JO /О. d0 Так как 3,0>^>7,0, d0 то режим обтекания структурный и согласно формуле (2.17) скорость свободного осаждения vs = 0,6625 м/с. Следовательно, параметр Рейнольдса Re = Mil = 0,6625-0,01-1,2-10 = 810|39. rig 0,01-9,81 Согласно (10.19) коэффициент обтекания С = 1,419684. По (10.29) z = 10,27019. Тогда по (10.20) „, «х !-«х !-«0 (J = ------^----------—---------- -0,2142417a + JO, 0458995a2 + (l-a„f (10.33) В табл. 10.11 приведены значения q*K при различных а0 и ах. 271 Таблица 10.11 q*K при ах 0,105 0,110 0,115 0,120 0,125 0,130 0,135 0,140 с\ж при ах 0,204 0,206 0,210 0,215 0,220 0,225 0,230 0,240 q*K при ах 0,305 0,310 0,315 0,320 0,325 0,330 0,340 0,350 цж при ах а0 = 0,4 0,405 0,410 0,415 0,420 0,425 0,430 0,435 0,440 11,00 5,42 3,57 2,64 2,08 1,71 1,44 1,24 Из табл. 10.11 видно, что при данном а0 существует определенное q* = q*p, выше которого отмечается слабое уменьшение ах, т.е. q* > q*p можно принять, что происходит вынос твердой частицы. Ниже приведены значения q* при различных а0. а, Чкр
0,10 1,50 0,20 2,0 0,30 2,5 0,40 3,0 В результате обработки была получена следующая зависимость: q* 1 + ОСС . 10.34) Имея в виду выражение для а0, перепишем формулу (10.34) так: fv ^^ ^мех\1 mj + q^ 1 = 0. (10.35) Значит, fv 1 fvs-*R2vMex(1-m) fv, 24"R2vMex(1-m) fv, (10.36) Известно, что скорость свободного осаждения vs определяется по формуле (2.21), а коэффициент сопротивления в зависимости от режима обтекания — согласно одному из соотношений (2.22)-(2.24). qKD 5itR v 1-m кр q ж 272 При структурном обтекании по соотношениям (2.17) и (10.31) vs = 0,66dT^ 3d, 4,544 (10.37) Согласно (1.38) или (10.23) максимально возможный расход жидкости, при котором еще сохраняется структурный режим, определяется так: 364, 4957 167 о, 335 „ о, 665 о, зз o,665 r1 xo g л • Y (10.38) Таким образом, для составления гидравлической программы располагаем тремя уравнениями — (6.10), (10.36) и (10.37) с тремя неизвестными — q,,,, r| и х0. Указанная система решается так: по уравнению (6.11), полученному из условия минимума потерь давления в центральной колонне, определяем зависимость Чж f(il^o)- (10.39) Аналогичную серию кривых рассчитываем согласно (11.38) и по сответствующим точкам пересечения зависимостью (10.38) и (10.39) находим Л = ф(^о)- 10.40) Приравняв правые части выражений (10.38) и (10.36), получим f ffvs ™R2vMex(1-m) fv fv, ¦™R2vMex(1-m) fv, fv, 728,9914 ,1,667^0,335^0,665^0,33 n (10.41) При R = 0,042 м, m = 0,2, vMex = 400 м/ч, v1 = 0,0174, yT = = 2,64 • 104 H/m3, у = 1,2 • 104 H/m3 и различных х0 в результате совместного решения уравнений (6.10) и (10.38) были получены значения г| и х0, приведенные в табл. 10.12. При dT = 0,010 м и dT = 0,005 м, а также прочих равных исходных данных по уравнению (10.41) определены значения ц при заданных х0 (табл. 10.13). 273 2 "1 --- у Таблица 10.12 т0, Па 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,5 Таблица 10.13 dT = 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 Таблица 10.14 dT, м 0,010 0,005 По данным табл. 10.12 и 10.13 были построены кривые зависимости г) = f(x0) и по точке пересечения найдены г\ и х0 при dT = 0,01 и 0,005 м, что позволило по формуле (10.38) вычислить соответствующий расход жидкости. Результаты расчетов приведены в табл. 10.14. 10.2.2. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ПРОГРАММА В СЛУЧАЕ, КОГДА ГИДРАВЛИЧЕCКАЯ П ОР ОДА ПОСТУПАЕТ В ЦЕНТРАЛЬНУ Ю КО Л ОННУ В ВИДЕ КЕРНА Расход жидкости, необходимый для выноса керна, определяется по формуле (8.179), и при этом Ар* и p0 рассчиты-ваются согласно (8.176) и (8.180). Известно, что турбулентный режим течения характеризуется наличием пульсации скоро-274 сти и давления, амплитуда которых может быть значительной. Имея в виду это обстоятельство, сохранность керна от обломов будет более высокой, если поддерживать структурный режим течения в трубе. Тогда максимально возможный расход, при котором еще сохраняется структурный режим, определяется по формуле (10.38). Из условия минимума давления у нижнего торца бурового снаряда или минимума потерь давления в центральной колонне бурильных труб располагаем уравнением (6.10), вязкость смеси твердой фазы и жидкости находится по формуле (6.5). Следовательно, задача по определению г), х0, Q, а следовательно, и ит решается так. Задаемся vMex, m, R, r0, r1r а значит, и ra(ra = ro/rj. По формуле (8.180) находим p*,. Принимаем какое-либо х0, а следовательно, и х*0 и по выражению (8.176) определяем соответствующее значение Ар*. Далее, рассматривая совместно выражения (8.179) и (10.38), методом последовательных приближений находим ц. Аналогичные расчеты выполняем при различных х0 и определяем зависимость г| = = f(x0). Кривую зависимости г| = ф(х0) рассчитываем также по выражениям (6.5), (6.10) и (10.38). По точке пересечения кривых г| = f(x0) и г| = ф(х0) устанавливаем единственные г) и х0, что позволяет по формуле (10.38) найти расход жидкости, а по (8.177) — скорость движения керна. |
|
|||||
В данной библиотеке представлены книги исключительно для личного ознакомления. Запрещено любое копирование не для личного использования, а также с целью использования в коммерческих целях. В случае претензий со стороны авторов книг/издательств обязуемся убрать указанные книги из перечня ознакомительной библиотеки. Копирование, сохранение на жестком диске или иной способ сохранения произведений осуществляются пользователями на свой риск. |
|||||||
Гукасов Н.А., Брюховецкий О.С., Чихоткин В.Ф. "Гидродинамика в разведочном бурении". |
|||||||
Глава № 10 |
|||||||
Скачать эту главу в формате PDF |
|||||||
Всё про нефть и газ / Литература(каталог книг) |
|||||||
по всем вопросам и предложениям Вы можете обращаться на neft-i-gaz@bk.ru Администрация сайта |
|||||||