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: 6 из 10

35. Методика определения гидродинамических давлений при равномерном движении труб.

14.2.1. Постановка задачи. Вывод уравнения скорости спутного потока.

Попытки строго теоретического решения задачи выглядят не очень убедительными, прежде всего, по причине неустойчивости во времени эпюры скоростей, о чем говорилось выше. С другой стороны, не вызывает у практиков вдохновения громоздкость решений, требующих применения вспомогательных таблиц и т.п. и потому трудно реализуемые даже на ЭВМ.

В практике расчетов гидродинамического давления p_гд или допустимых скоростей u_доп спуска (подъема) колонн предпочтение (и вполне заслуженное) отдается методике, предложенной впервые Ормсби [3] и базирующейся на использовании принципа суперпозиции и понятия эквивалентной скорости. Принимается, что суммарный эффект влияния Q_ск и Q_вт “эквивалентен” потерям давления при промывке скважины с эквивалентной скоростью v_экв , определяемой по формуле: v_экв = u_т K_ск + u_т d_н²/(D² – d_н²). (14.3), Перейдем к эквивалентному расходу: Q_экв = v_экв  (D² - d_н²)/ 4; (14.4), Q_экв = u_т K_ск  (D² - d_н²)/ 4 + u_тd_н²/4. (14.5), Первое слагаемое в уравнении - это отражение влияния Q_скна p_гд, а второе – численно равно Q_вт. Чтобы найти p_гд для заданной скорости движения u_т в случае движения одноразмерной колонны, достаточно расход Q_экв считать расходом промывки Q через заданную колонну в той же скважине и, пользуясь известными методиками и формулами для промывки, найти потери давления в затрубном пространстве. Эти потери и будут численно равны искомому гидродинамическому давлению при спуске колонны (с положительным знаком) или при ее подъеме (с обратным знаком). В методике, основанной на понятии эквивалентной скорости, основным моментом является вопрос определения коэффициента K_ск. По физическому смыслу K_ск - это отношение расхода Q_ск к некоторому условному расходу Q_пол=u_т f_кп, исходя из предположения, что весь объем жидкости в заколонном пространстве с сечением f_к движется вместе с колонной с одной и той же скоростью u_т:

K_ск = Q_ск / Q_пол. (14.6)

Как видим, Q_экв равен сумме Q_ск и Q_вт , хотя эти расходы противоположны по направлению. Такой подход не может считаться теоретически строгим, но он с лихвой возмещается простотой и вполне удовлетворительной сходимостью с опытом. Кроме того, геометрические размеры скважины отличаются большой неопределенностью, что делает бессмысленным применение “сверхстрогих” методик расчета.

Для привычных сочетаний диаметров скважины и бурильных труб при бурении основного ствола в литературе [2, 3] рекомендуется принимать K_ск = 0,45...0,50, причем большие значения соответствуют малым зазорам между трубами и скважиной.

Учитывая, что в практике бурения соотношение диаметров труб d_ни скважины D колеблется в широких пределах, в особенности при бурении под промежуточные колонны, попытаемся получить выражения для K_ск=f(d_н,D), что позволит существенно повысить точность расчетов гидродинамических давлений и допустимых скоростей движения колонн труб.

Бурильные колонны, как правило, разноразмерны по наружному диаметру труб d_н.




Рис. 14.4. Спуск в скважину двухразмерной колонны.
На рис. 14.4 показан случай спуска “закрытой” колонны с диаметрами секций труб d₁и d₂. Из формулы (14.5) следует, что для каждой секции будут свои значения Q_ск и Q_вт. Следовательно, в отличие от промывки скважины, когда для любой секции Q=const, расчет р_гд ведется при различных значениях Q_ск, Q_вт и Q_экв . Из сказанного также следует, что получение зависимости K_ск=f(d, D) является актуальной задачей.




Рис. 14.5. Спуск колонны в скважину без вытеснения жидкости.
Вначале установим зависимость напряжений в жидкости  от радиуса r (рис. 14.5). Для поддержания равномерного движения колонны к ней нужно приложить некоторое усилие G (частичная разгрузка веса). Оно должно быть равно силе сопротивления на поверхности колонны труб длиной l. Если на стенке труб касательные напряжения обозначить через _r, то G = 2rl_r .Из условия динамического равновесия следует (рис. 14.5), что G = 2yl.Тогда 2rl_r = 2yl,  = r_r /y . (14.7) Как видим, зависимость (y) имеет гиперболический характер. (Кстати, напомним, что подобная зависимость для трубы линейна). При y = R  = _r. Тогда _R =_rr /R . (14.8)

Для любой жидкости очевидна реологическая функция: du/dy = -(); du=-() dy. (14.9)

Из соотношения (14.7) после дифференцирования: dy = - _rr(d/²).

Подставив в (14.9), получим: .После интегрирования в пределах от u до 0 и от  до _R имеем: . (14.10) Это уравнение для спутного потока справедливо для любых жидкостей с известной реологической функцией (). Оно не учитывает влияния вытесняемого потока на эпюру скоростей. 14.2.2. Расчет коэффициента К_ск для случая, когда в скважине вязкая жидкость.

Найдем конкретное выражение для скорости жидкости в кольцевом пространстве для вязкой жидкости с реологическим уравнением

()= /, (14.11) которую подставим в (14.10): . (14.12 Интегрирование дает результат: . (14.13)

Из (14.8) следует, что _R/ = y/R и _R/_r = r/R . Учитывая, что на стенке трубы u = u_т , а на стенке скважины u = 0, получаем зависимость u(y): . (14.14) Чтобы найти Q_ск , нужно просуммировать расходы dQ_ск элементарных струек толщиной dy на радиусе y при скорости струй (рис. 14.6) u: dQ_ск = 2y ^.dy^.u. После интегрирования этого выражения в пределах от r до R и подстановки результата в (14.6) получаем:




Рис. 14.6. Эпюра скоростей спутного потока.
Аппроксимация этой зависимости степенной функцией дает результат: K_ск=0,5^0,38 , (14.15) где = r/R=d_н/D. Формула (14.15) получена в предположении, что течение вязкой жидкости ламинарное. Однако она вполне применима и при турбулентном режиме течения.

36. Расчет потери давления в манифольде (в обвязке), на турбобуре.Определение гидравлической характеристики манифольда на буровой

Указанные потери (перепады) давления определяются по формуле P_трб=АQ².(1) Стендовые испытания турбобуров показывают, что зависимость р отQ квадратичная практически на всем диапазоне изменения Q. Величина А зависит от типа турбинок в секции, числа секций турбобура, диаметра турбобура. Вычислить А легко, если воспользоваться имеющейся во многих справочниках таблицей, в которой приводятся результаты гидравлического испытания конкретного турбобура в виде измеренных перепадов давлений при различных расходах Q . Для этого достаточно выбрить какую-нибудь пару значений р_трб и Q_табл и найти А_трб из формулы (1): (2)Величина ρобычно специально оговаривается в таблице. Дело в том, что турбобуры испытываются в стендовых условиях либо при промывке водой, либо глинистым раствором известной плотности.