Билеты по ГА. Билеты по гидре хз хз хз. 2. Давление жидкости в герметичной скважине при всплытии газового пузыря, поступившего в скважину из пласта

• Название: 2. Давление жидкости в герметичной скважине при всплытии газового пузыря, поступившего в скважину из пласта
• Анкор: Билеты по ГА
• Дата: 12.04.2022
• Размер: 0.8 Mb.
• Имя файла: Билеты по гидре хз хз хз.doc
• Тип: Документы; #466442
• страница: 5 из 10

29. Оптимизация диаметров бурильных труб по гидродинамическим критериям.

Для каждой конкретной скважины существует своя некоторая бурильная колонна, состоящая из “базовой” части из стандартных бурильных труб и компоновки низа бурильной колонны (КНБК) и являющаяся в целом оптимальной, потому что обеспечивает:

- реализацию оптимальных режимов промывки скважины при бурении гидромониторными долотами;

- реализацию оптимальных режимов бурения, в том числе и режимов промывки.

Показано, что уровень оптимальности размеров труб следует оценивать исходя из следующих требований:

- обеспечение минимальных значений гидродинамических давлений при спуске (подъеме);

- минимизация общих (суммарных) гидравлических потерь давления при промывке (потерь в трубах р_в и потерь в заколонном пространстве р_кп);

- минимизация потерь давления в заколонном пространстве р_кп при промывке скважины.

Но все эти параметры противоречивы относительно друг друга поэтому и приходиться прибегать к оптимизации.

30. Всплытие газового пузыря в герметичной скважине

Поступивший из пласта некоторый объем газа под действием архимедовой силы, естественно, стремится переместиться вверх по стволу скважины (всплыть). Такой процесс, когда наблюдается движение газа из пласта в скважину и по скважине – к устью называется газопроявлением, которое может стать причиной открытого газового фонтана. В подобных случаях скважину закрывают превентером, после чего все, что находится в скважине оказывается в состоянии покоя и появляется возможность применить законы гидростатики.

Если пренебречь влиянием температуры на давление газа при его движении снизу вверх, то в соответствии с законом Бойля-Мариотта pV=const, и давление должно оставаться неизменным, то есть р=р_пл. Для верхней части давление определяется по формуле: р=р_пл–ρgl_p, (1.8) а для нижней – р=р_пл+ρgl_p, (1.9) где l_p – расстояние от газа до заданной точки в жидкости.

По мере того, как газовый пузырь, внутри которого давление постоянно и равно р_пл, приближается к устью, давление в скважине растет. Самым опасным является момент, когда газ достигает устья скважины. В этом случае давление во всех точках скважины максимальное. Необходимо внимательно следить за давлением на устье р_у­, своевременно открывать задвижку ("стравливать" давление), уменьшая тем самым устьевое давление, не допуская, чтобы оно оказалось более допустимого.

Логично задаться вопросом: какое количество газа, поступившего из пласта в скважину, опасно для ведения буровых работ?

31 Принцип очистки бурового раствора от газа в дегазаторах.

Для очистки скважины от газа, поступившего в раствор из пласта, используются вакуумные дегазаторы, роль которых сводится к тому, чтобы путем уменьшения давления создать условия для интенсивного всплытия газовых пузырьков из находящейся в покое буровой промывочной жидкости.Уменьшение давления в дегазаторе сопровождается расширением газовых пузырьков с последующим их всплытием.(рис.1), газовый пузырек с диаметром d_о.г, стремящийся всплыть под действием архимедовой силы F_а (рис.1), которой противодействуют силы "поверхностные", связанные с наличием структурной прочности жидкости, оцениваемой статическим напряжением сдвига . В первом приближении пузырек газа можно уподобить шарообразной твердой частице с плотностью, равной нулю. Силы сопротивления среды всплытию F_будут располагаться на поверхности шара и будут ей пропорциональны. Состояние предельного статического равновесия газа в вязкопластичной жидкости описывается уравнением:

(1)гдеρплотность жидкости, К_ф коэффициент формы, величина которого для шарообразных тел можно принять равной 2,5. Следовательно, пузырек газа начнет всплывать при наступлении неравенства:

(2) При_атмосферном давлении p_а из скважины выходит буровой раствор, в котором содержится газ с размерами пузырьков d_а, которые не могут "самостоятельно" всплывать в атмосферных условиях из-за несоблюдение условия (2). Попав в дегазатор, где абсолютное давление

(р_а – р_вк), газ расширится и, если достигнет размера по формуле (2), отделится от жидкости, то есть начнется процесс дегазации.

Расширение газа будет происходить в изотермических условиях, следовательно, по уравнению:

Тогда диаметр пузырьков в дегазаторе можно определится по формуле:

(3)Всплытие газа в дегазаторе начнется тогда, если левая часть будет больше диаметра, найденного по формуле (2). Следовательно, если d_г приравнять к правой части выражения (2), то получится формула для определения начального диаметра пузырьков, которые можно удалить из раствора в дегазаторе:

(4)Если в выходящем из скважины буровом растворе газовые пузырьки будут по диаметру больше, чем рассчитанные по формуле (4), то можно быть уверенным, что при вакууме р_вк раствор будет освобожден от газа. При известных ρ и  и размер пузырьков d_о.г., величина вакуума должна быть: (5)

32.Определение резерва давления для реализации гидромониторной промывки.

Методика проектирования промывки при роторном бурении отличается от таковой для турбинного принципиально только тем, что сохраняется первоначально выбранный расход Q_рц и не осуществляется поиск Q, при котором давление будет близко к допустимому.

Вначале выполняются “точные” (строгие) расчеты потерь и перепадов давления на основе Q_рц (Приложение 3.).

Если сумма потерь давления (без долота) окажется более допустимого давления (по р_доп или р_вт), то осуществляется уточнение расхода и приведение его в согласие с допустимым давлением.

Затем проверяется соблюдение технологических ограничений в отношении давления на слабый пласт р_гри допустимые потери в заколонном пространстве р_к.доп.

Если обнаружится невыполнение этих ограничений, то уточняется величина Q (в сторону уменьшения).

После того, как окончательно выбран расход Q и имеет место явное недоиспользование давления, иначе говоря, имеется резерв давления р_рез= р_н р_п р_обв , (1)

то осуществляют выбор диаметров насадок, использование которых обеспечит реализацию этого резерва в качестве перепада давления на долоте (р_д= р_рез).

Суммарную площадь сечения отверстий насадок определяют по формуле:

33.Доказательство существования ядра структурного движения ВПЖ в трубах

Вязкопластичная жидкость, как известно, обладает структурной прочностью, мерой которой является реологический параметр _o. На рис. 1 показаны три эпюры, соответствующие трём перепадам давления. Эпюра 1 отображает начало движения, когда действующее давление p едва-едва превышает сопротивление движению со стороны жидкости:

(1) Чем меньше скорость ,тем больше размер структурного ядра.

при этом напряжение на стенке _R практически равно прочности жидкости _o. Сдвиговый (градиентный) слой очень мал и располагается на стенке. Во всех иных точках сечения потока _о и потому вязкопластичная жидкость (ВПЖ) движется как твердое тело. Эпюра скоростей для этого случая показана на рис. 4.3 (вариант 1). С увеличением подачи насосов возрастут потери давления, но линейный характер зависимости  = f(y) сохранится (вариант 2 на рис.1.); эпюра скоростей займет положение 2 (pиc. 2.). Состояние равенства действующего напряжения  и прочности _о будет иметь место на радиусе y = r_о (рис. 1). Следовательно, между r_о и R будет градиентный сдвиговой слой, где скорость будет возрастать от нуля на стенке (y = R) до максимального значения u_o на поверхности структурного ядра с радиусом r_o . Рис. 1. Влияние расхода на размеры структурного ядра потока вязкопластичной жидкости в круглой трубе.

Если еще раз увеличить подачу, то в соответствии с уравнением (2) эпюра касательных напряжений между слоями жидкости "автоматически" увеличится, на стенке будет напряжение _R (положение 3 на рис. 1.), а скорость структурного ядра возрастает до u_о (рис. 2), но слой, где  =_о , неизбежно переместится при этом на радиус у =r_o. Иначе говоря, увеличение p , вызванное

Рис. 2. Эпюра скоростей в сечении потока вязкопластичной жидкости при различных расходах и режимах движения.

увеличением подачи, сопровождается немедленным уменьшением радиуса структурного ядра потока и увеличением размеров градиентного слоя. Для сравнения на рис. 2 показана эпюра скоростей при ламинарном движении вязкой (ньютоновской) жидкости (вариант 4). Как известно, эпюра представлена всегда параболой с максимальной скоростью в центре потока. Это может быть только потому, что вязкие жидкости не имеют начальной прочности.

Сказанное относительно изменения r_o имеет большое значение в случае вытеснения одной ВПЖ в трубах другой жидкостью. Чем больше радиус структурного ядра, тем лучше проходит замещение вытесняемой жидкости вытесняющей. Чем ближе эпюра скоростей к варианту 1, тем меньше зона смещения жидкостей при вытеснении. Самым худшим вариантом является параболическая эпюра, к которой стремится и ВПЖ по мере приближения к турбулентному режиму, когда r_о стремится к нулю.

34.Установившееся и неустановившееся течение жидкости.

Различают два основных вида движения: установившееся и неустановившееся.

Неустановившимся движением жидкости называется такое, при котором скорость течения и гидродинамическое давление в каждой данной точке изменяются, иначе говоря, они зависят не только от координат, но и от времени. Примером такого движения является движение жидкости по трубе, присоединенной к емкости, из которой выливается предварительно налитая в неё жидкость. По мере опорожнения емкости скорость жидкости в любой точке трубы будет постоянно уменьшаться.

Другим примером является так называемое "отрывное" течение жидкостей в скважине при закачке цементного раствора в обсадные трубы. Вследствие того, что плотность цементного раствора больше плотности бурового, в процессе закачки наступает момент, когда избыточное гидростатическое давление оказывается больше суммарных гидравлических потерь в системе, и цементный раствор в трубах начинает с некоторым ускорением "убегать" от закачиваемого с постоянной подачей раствора на устье скважины.

Установившимся движением называется такое движение, при котором в данной точке пространства скорость, давление, плотность с течением времени остаются неизменными. Если в первом примере уровень жидкости в емкости поддерживать на одной и той же отметке, то в трубе движение жидкости будет установившимся.

Различают ламинарное (по отношению к вязкопластичным жидкостям часто вместо "ламинарное" говорят "структурное") и турбулентное движение. При ламинарном движении имеет место слоистое, упорядоченное, параллельно-поступательное движения, когда один слой перемещается относительно другого, не перемешиваясь с ним. Такое движение наблюдается при малых скоростях движения,и в случае течения так называемых вязких жидкостей, типичной представительницей которых является вода, хорошо описываемого моделью Ньютона: Если теперь постепенно увеличивать скорость движения жидкости воды, то наступает такой момент, когда характер движения резко, почти скачкообразно, изменится. Слоистое упорядоченное движение перейдет в турбулентное, отличающееся неупорядоченным, интенсивно перемешивающимся, хаотичным движением.