Задачи. Задачи_МСС.docx_70c68ca459cbd7cdd273035cd64f8387 (1). Практическая работа 1. Расчет гидравлических потерь при движении бурового раствора

• Название: Практическая работа 1. Расчет гидравлических потерь при движении бурового раствора
• Анкор: Задачи
• Дата: 04.02.2022
• Размер: 201.65 Kb.
• Имя файла: Задачи_МСС.docx_70c68ca459cbd7cdd273035cd64f8387 (1).docx
• Тип: Практическая работа; #351710
• страница: 1 из 4

МЕХАНИКА СПЛОШНЫХ СРЕд
Методические указания

по выполнению практической работы по курсу

“Механика сплошных сред”

для студентов направления

131000.62 Нефтегазовое дело
Практическая работа №1.
Расчет гидравлических потерь при движении бурового раствора
В процессах промывки и цементирования скважин при движении бурового раствора по трубам и в затрубном пространстве (см. рисунок 1) возникают местные и путевые гидравлические потери давления. Местные гидравлические потери возникают на клапанах, в местах разворота потока, в сужениях труб и в др. случаях. Путевые гидравлические потери - это потери на трение при течение бурового раствора по длине канала. На основании значений суммарных гидравлических потерь рассчитывается необходимое давление на входе в бурильную колонну и осуществляется подбор насосного оборудования для промывки скважины
Задание

Найти величину суммарных гидравлических потерь при установившейся циркуляции бурового раствора по трубам и в затрубном пространстве скважины. Компоновка бурильной колонны состоит из утяжеленных бурильных труб (УБТ) и бурильных труб (БТ). Варианты заданий приведены в таблице 1.
Рекомендация к решению работы

Последовательно вычисляются параметры в трубах

1. Определяется средняя скорость потока



Рисунок 1 – Схема движения бурового раствора в скважине

2. Вычисляется параметр Сен-Венана для трубы отношние сил пластичности к силам вязкости



3. Вычисляется обобщенный параметр Рейнольдса:



4. В зависимости от режима течения определяется коэффициент сопротивления:



5. Рассчитываются потери давления в трубе:



Вычисляются параметры в затрубном пространстве

6. Определяется средняя скорость потока:



7. Вычисляется параметр Сен-Венана для кольцевого канала:



8. Вычисляется обобщенный параметр Рейнольдса:


Таблица 1 – Варианты заданий к практической работе №1

Исходные данные	Последняя цифра зачетной книжки
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
плотность ρ, кг/м3	1350	1400	1250	1550	1600	1450	1300	1380	1520	1500
динамическое напряжение сдвига τ0, Па	3	2	4	5	6	3	5	6	5	4
пластическая вязкость η, Па·с	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,05	0,02	0,09	0,01	0,03
подача насосов Q, м3/с	0,04	0,06	0,035	0,045	0,055	0,042	0,035	0,038	0,043	0,03
диаметр скважины D, м	0,216	0,218	0,22	0,216	0,214	0,216	0,218	0,222	0,224	0,214
БТ наружный/внутренний диаметр, длина dн1/dв1, L1, м	0,142 0,12 2800	0,144 0,122 2850	0,146 0,124 2900	0,148 0,126 2950	0,142 0,121 2960	0,148 0,123 2930	0,146 0,125 2870	0,144 0,126 2830	0,14 0,12 2890	0,14 0,121 3000
УБТ наружный/внутренний диаметр, длина dн2/dв2, L2, м	0,18 0,1 72	0,182 0,12 74	0,184 0,14 76	0,186 0,16 78	0,178 0,06 68	0,18 0,08 64	0,178 0,1 62	0,178 0,06 60	0,184 0,08 66	0,178 0,08 70

9. В зависимости от режима течения определяется коэффициент сопротивления:


10. Потери давления в затрубном пространстве:



11. Определяются суммарные гидравлические потери:



12. Провести сравнительный анализ движения бурового раствора и воды по потерям давления, если параметры воды: 1000 кг/м³, динамическая вязкость η =10^-3 Па∙с, Sen^*_m  0, , .

13. Построить график потерь давления при движении бурового раствора и воды по участкам (см. рисунок 2).



Рисунок 2 – Потери давления при движении бурового раствора по участкам

14. Найти требуемые мощности на прокачку бурового раствора и воды, после сопоставить их:

, Вт

где  0.4 0.6 - КПД насосов.

15. Оценить на сколько воду легче качать чем буровой раствор:



16. Сформулировать вывод по работе.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое обобщѐнный параметр Рейнольдса?

2. Что определяет параметр Сен-Венана?

3. Какие режимы течения вы знаете? Напишите их критериальные уравнения?

4. Какие существуют виды гидравлических потерь?

5. Какие параметры в большей степени оказывают влияние на значение потерь давления при движении бурового раствора?

6. Почему мощность на прокачку воды меньше чем на прокачку бурового раствора?

Практическая работа №2.
Определение забойного давления при спуске (подъеме) колонны труб
Из практики замечено, что в сложных геолого-технических условиях неверный выбор скорости спуска или подъема колонны труб в скважине может быть причиной серьезных осложнений. От грамотного выбора скорости спуска (подъема) колонны труб зависит изменение величины забойного давления, а значит и соблюдение технологического процесса.
Задание
Произвести расчет забойного давления при равномерном спуске (подъеме) колонны труб в скважине с буровым раствором. Рассмотреть варианты спуска и подъема труб с открытым и закрытым низом. Определить силу сопротивления движению колонны. Варианты заданий приведены в таблице 2.
Рекомендации к решению работы

1. Вычисляется параметр Хедстрема:



2. Определяется критическая (максимальная) скорость спуска (подъема) колоны:



для дальнейших расчетов принимается . V< V_кр

3. Определяются безразмерные радиусы ядер потока:



4. Определяются значения коэффициентов aи b:





Таблица 2 – Варианты заданий к практическим работам №2 и №3

Исходные данные	Последняя цифра зачетной книжки
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
длина колонны L, м	3020	3030	3035	3010	3050	3060	3070	3080	3090	3000
наружный/внутренний диаметр dн/dв, м	0,13 0,1	0,13 0,106	0,17 0,15	0,14 0,115	0,155 0,134	0,153 0,13	0,162 0,148	0,145 0,127	0,165 0,145	0,157 0,136
плотность ρ, кг/м3	1350	1400	1250	1550	1600	1450	1300	1380	1520	1600
динамическое напряжение сдвига τ0, Па	7,4	7,2	7	6,8	6,9	7,1	7,5	7,6	6,5	7,3
пластическая вязкость η, Па·с	0,029	0,025	0,036	0,033	0,032	0,027	0,042	0,031	0,04	0,035
диаметр скважины D, м	0,22	0,218	0,22	0,234	0,223	0,24	0,219	0,235	0,226	0,222
Дополнительные данные для решения практического задания №3
допустимое изменение давления ΔРдоп, МПа	3	4	9	3,1	4	3,6	8	3,8	5	5,5

5. Вычисляется величина изменения забойного давления для спуска (подъѐма) колонны труб:

открытый низ



закрытый низ



6. Сила сопротивления движению колонны определится как:



7. Сравниваются расчетные значения изменения забойного давления и сил сопротивления для открытого низа со значениями, полученными для закрытого низа.

8. Формулируется вывод по задаче.

Практическая работа №3.

Определение допустимой скорости спуска (подъема) колонны труб

В процессе бурения скважины важно обеспечить минимальное изменение забойного давления, так как его значительное изменение может привести к внештатным ситуациям и поломке оборудования. Допускаемое изменение забойного давления для каждой скважины определяется на основании: глубины и диаметра, типа горных пород и возможностей оборудования. Обеспечить минимальное изменение забойного давления возможно при соблюдении определенной скорости спуска (подъема) колонны труб.

Задание

По условию задачи №2 определить допустимую скорость спуска и подъема колонны труб с закрытым низом в скважине при ламинарном и турбулентном режиме вытеснения бурового раствора. Варианты заданий приведены в таблице 2.
Рекомендации к решению работы

1. Определяются параметры и в соответствие с пунктами 1, 3 задачи №2.

2. Критическое значение давления, характеризующее режим вытеснения определится:


3. Определяется число Рейнольдса:



где – V скорость течения бурового раствора, принимается равной скорости спуска (подъѐма) колонны из задачи №2.

4. Определяются коэффициенты гидравлического сопротивления при турбулентном режиме течения для гладкого и шероховатого каналов:
гладкий:

шероховатый:

где ; - высота элементов шероховатости, м.

5. Вытеснение бурового раствора может происходить при ламинарном режиме течения, если , тогда максимальная скорость определиться как:



Если же то вытеснение бурового раствора происходит при турбулентном режиме, при этом:

,

6. Если режим турбулентный, то сравниваются значения скоростей спуска колонны гладких и шероховатых труб.

7. Формулируется вывод по задаче.