- •Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М.
- •Витание твердых частиц в потоках жидкости, газа и газожидкостной смеси
- •Перепад давления в местных сопротивлениях циркуляционной системы
- •Расчет потерь давления в элементах циркуляционной системы
- •Определение потерь давления в долоте.
- •Распределение давлений в нисходящем потоке газа в трубах
- •Расчет подачи и давления компрессоров при бурении с продувкой
- •1.4. УСТАНОВИВШЕЕСЯ ТЕЧЕНИЕ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СМЕСИ В СКВАЖИНЕ
- •Уравнения течения газожидкостных смесей
- •Перепад давлений в насадках долот при течении газожидкостной смеси
- •Перепад давления в турбобурах
- •1.6. РАСПОЗНАВАНИЕ ГАЗОВОГО ВЫБРОСА И ВЫБОР РЕЖИМОВ ЕГО ЛИКВИДАЦИИ
- •Расчет режима ликвидации газового выброса
- •2 ПОГЛОЩЕНИЙ ЖИДКОСТЕЙ
- •В СКВАЖИНАХ
- •2.2. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ПОГЛОЩАЮЩИХ ГОРИЗОНТОВ
- •2.3. ИЗУЧЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ДАВЛЕНИЙ В НЕОБСАЖЕННЫХ СТВОЛАХ
- •2.5. КОЛЬМАТАЦИЯ ПРОНИЦАЕМЫХ ПОРОД
- •2.7. НАПОЛНИТЕЛИ ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ЗОН ПОГЛОЩЕНИЯ
- •3 ТВЕРДЕЮЩИМИ РАСТВОРАМИ
- •3.1. ТАМПОНАЖНЫЕ РАСТВОРЫ И СМЕСИ ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ЗОН ПОГЛОЩЕНИЯ
- •3.1.1. ТАМПОНАЖНЫЕ ЦЕМЕНТЫ И РАСТВОРЫ
- •3.2. ТАМПОНАЖНЫЕ СМЕСИ ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ ПОГЛОЩЕНИЙ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН
- •3.2.1. ТАМПОНАЖНЫЕ СМЕСИ НА ОСНОВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ
- •3.2.3. ТАМПОНАЖНЫЕ ПАСТЫ
- •3.4.1. ПАКЕРЫ ИЗВЛЕКАЕМЫЕ
- •Глава ГАЗОНЕФТЕВОДОПРОЯВЛЕНИЯ
- •4.1. ПОСТУПЛЕНИЕ ГАЗА В СКВАЖИНУ ПРИ БУРЕНИИ
- •4.1.1. ПРИЗНАКИ ПРОЯВЛЕНИЙ
- •AVmin = eS,
- •4.1.4. О ПРИРОДЕ ГАЗИРОВАНИЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ
- •Поступление газа (и других флюидов) в скважину вследствие диффузии
- •Фильтрация газа в скважину
- •Поступление флюида в скважину за счет капиллярного противотока
- •Контракционный эффект бурового (глинистого) раствора
- •4.2. ГАЗОПРОЯВЛЕНИЯ ПРИ КРЕПЛЕНИИ СКВАЖИН
- •4.2.5. ПРОНИЦАЕМОСТЬ ЦЕМЕНТНОГО РАСТВОРА
- •4.2.7. ПРОНИЦАЕМОСТЬ КАМНЯ ИЗ ТАМПОНАЖНОГО ЦЕМЕНТА
- •4.2.10. КОНТРАКЦИОННЫЙ ЭФФЕКТ
- •4.3. ТАМПОНАЖНЫЕ СОСТАВЫ ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ НЕФТЕГАЗОПРОЯВЛЕНИЙ
- •5 СТЕНОК СКВАЖИНЫ
- •6.1. РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ И ХАРАКТЕРИСТИКА ММП
- •6.4. ТИП И КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ БУРОВОГО ПРОМЫВОЧНОГО АГЕНТА
- •6.5. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ БУРЯЩЕЙСЯ СКВАЖИНЫ
- •7 И ПОСАДКИ КОЛОННЫ ТРУБ,
- •ЖЕЛОБООБРАЗОВАНИЕ
- •7.1. ПРИРОДА ПРИХВАТОВ КОЛОНН ТРУБ
- •7.3. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВОЗНИКНОВЕНИЕ ПРИХВАТОВ КОЛОННЫ ТРУБ
- •7.4. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ПРИХВАТОВ
- •7.4.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ
- •7.4.4. ПРИХВАТЫ ТРУБ В ЖЕЛОБНЫХ ВЫРАБОТКАХ
- •7.4.5. ПРИХВАТЫ ВСЛЕДСТВИЕ САЛЬНИКООБРАЗОВАНИЯ
- •7.4.10. УСТЮЙСТВА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТВОЛА СКВАЖИНЫ
- •7.4.11. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ПРИХВАТОВ АЛМАЗНЫХ ДОЛОТ
- •7.5. ЛИКВИДАЦИЯ ПРИХВАТОВ
- •7.5.2. РАСХАЖИВАНИЕ ПРИХВАЧЕННОЙ КОЛОННЫ
- •7.5.3. УСТАНОВКА ЖИДКОСТНЫХ ВАНН
- •7.5.6. ПРИМЕНЕНИЕ УДАРНЫХ УСТРОЙСТВ
- •7.5.7. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА
- •7.5.9. ГИДРОВИБРИРОВАНИЕ КОЛОННЫ ТРУБ
- •8.2. ФАКТОРЫ, СПОСОБСТВУЮЩИЕ ВОЗНИКНОВЕНИЮ АВАРИЙ
- •8.3. АВАРИИ
- •8.4. РАЗРУШЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ
- •8.5. ОТКРЫТЫЕ АВАРИЙНЫЕ ФОНТАНЫ
- •9 В БУРЯЩИХСЯ СКВАЖИНАХ
- •9.1. ОТСОЕДИНЕНИЕ НЕПРИХВАЧЕННОЙ ЧАСТИ КОЛОННЫ ТРУБ
- •9.2. ЗАХВАТЫВАЮЩИЕ ИНСТРУМЕНТЫ
- •9.3. ОТБИВАНИЕ ЯССАМИ ПРИХВАЧЕННЫХ ТРУБ И ИНСТРУМЕНТОВ
- •9.4. ОПЕРАЦИЯ ОБУРИВАНИЯ
- •9.5. ИЗВЛЕЧЕНИЕ МЕЛКИХ ПРЕДМЕТОВ
- •9.7. ИЗВЛЕЧЕНИЕ ИЗ СКВАЖИН ПРИХВАЧЕННЫХ ПАКЕРОВ
от физических свойств газа и жидкости, объемного содер жания газа и скоростей течения обеих фаз. При подъеме смеси в скважине по мере снижения давления на разных ин тервалах глубины могут существовать различные структуры потока (см. рис. 1.11). В основном в практике бурения встре чаются две первые структуры потока? при которых поток может двигаться при ламинарном или турбулентном режиме. Последний наиболее распространен, поскольку наличие от носительного перемещения (проскальзывания) фаз из-за их различной плотности (например, в воздуховодяных потоках) способствует перемешиванию, т.е. турбулизации, течения.
Относительная скорость между газом и жидкостью снижа ется в смесях, обладающих неньютоновскими свойствами.
В воздуховодяных потоках скорость проскальзывания можно уменьшить до нуля, добавляя структурообразователи: глину, поверхностно-активные вещества и т.п. При этом те чение воздуховодяной смеси успокаивается и может устано виться ламинарный режим, который быстрее достигается, если придать воздуховодяной смеси неньютоновские свойст ва. В частности, в потоке пены перемещение пузырьков газа ограничивается слоями (пленками) жидкости повышенной прочности.
Уравнения течения газожидкостных смесей
При установившемся ламинарном или турбу лентном течении и отсутствии фазовых переходов система уравнений при условии, что первая фаза — газ, а вторая — несжимаемая жидкость, примет вид:
уравнения движения
^ = 9 [фР| + (1 - Ф) Р2] ± ■“ • [ w i 2 + (1 “ Ф) P2v22]
<PPlV l —1 + (1 “ Ф)Р2^2 dy2] |
(1.111) |
||
d V i |
/ 4 |
J |
|
dz |
dz |
|
(знак плюс берется для восходящего потока и минус — для нисходящего, при этом ось z совпадает с направлением силы тяжести);
уравнения сплошности
F<pp,Vi = (?,р! = |
т , |
= |
const; |
(1.112) |
F(1 - <p)p2v2 = 0 |
2fh |
= |
т 2 = const; |
(1.113) |
термодинамических уравнений состояния |
|
р = zKfpj; |
(1-П4) |
р2= const, |
(1-Н5) |
где z , Т — усредненные значения коэффициента сверхсжи маемости и температуры по глубине скважины;
уравнения концентраций
Ф = 9(Pi. Р2. Vv v2>Р. ^с) = P\/F, |
(1.116) |
где F, F{ — площади поперечного сечения канала и его части, занятой газом;
уравнения для коэффициента гидравлических сопротивле
ний смеси |
|
|
К = М рр р2. ^1» v2, р, Ф). |
(Ы17) |
|
Вводя безразмерные |
переменные р и |, преобразуют |
|
уравнение движения (1.111) к виду |
||
^ = 1 - ф(1 - р ) ± ^ * 2 i |
I— i r K 2 х |
|
2 |
фр |
I - ф zRT |
|
|
(1.118) |
где К2 = <?2 /(grdF2); Л |
= |
Q0P0/O 2P2 = аР</Рг ~ массовый к о |
эффициент аэрации; О0>Ро ~ объемный расход и плотность газа при нормальных условиях (Т0, р0); а = О0/О 2 — расход ный коэффициент аэрации.
Ламинарное восходящее течение газожидкостных смесей в трубах и кольцевых каналах
Рассмотрим ламинарное течение газожидко стной вязкопластической смеси (например, пены) с равными скоростями фаз. Чтобы получить формулы для расчета дав лений в трубах и кольцевых каналах, решают систему урав нений (1.111) — (1.117).
Прежде всего определим функции (1.116) и (1.117). Так как фазы движутся с одинаковой скоростью, то
|
Q\ |
_ |
Л |
(1.119) |
|
<р = Э= Oi + <h |
Л + Р ’ |
||||
|
|||||
Поскольку смесь в целом вязкопластическая, коэффици- |
|||||
ент Хс можно приближенно описать формулой |
|
||||
Хс = 64/Re*, |
|
|
(1.120) |
||
где |
|
|
|
|
|
Rp* — |
vdTр |
|
|
(1.121) |
|
|
|
|
|||
Иfi+ —6^vJУ |
|
|
|||
v = v, = v2; |
dr |
— диаметр трубы или гидравлический диа |
метр кольцевого пространства; т0 — динамическое напряже
ние сдвига; р — пластическая вязкость смеси; р |
— плотность |
смеси. |
|
Плотность смеси |
|
р = pPl + (1 - Р)р2. |
(1.122) |
Как видно из (1.121) и (1.122), число Re* может сильно из меняться по глубине скважины из-за сжимаемости газовой фазы.
Принимают температуру и коэффициент сверхсжимаемос ти по глубине скважины I постоянными и равными соответ ственно средним значениям Т, z; динамическое напряжение
сдвига То и пластическая вязкость т| также постоянны |
по глу |
бине и равны их средним значениям. |
|
Преобразуют (1.121) к виду |
|
Re* = y2dr-p . |
(1.123) |
6 |
|
Подставляя (1.123) в (1.118), получают |
|
jp = 1 _ n(i-p) + nh + il + in, |
(U24) |
где л = 32ц0 2 /(d?Fp2g); m = 16V (3drp2g).
Разделив переменные и проинтегрировав уравнение (1.124)
в пределах от |
= 0 до 1 и от р = р, (давление на устье) до |
р , получают решение в виде |
|
fc _ Р - Pi + М - В |
jn_D + В2 - ЛДп - 2АС х |
А |
2А2 |
Е |
A 2JA |
где |
|
|
|
|
|
|
А = |
1 + т | + л |
+ т ; В |
= т|(2л |
+ |
т); |
|
С = |
лт|2; D = Ар2 + Вр = С; Е = Ар,2 + Вр, + С; |
|||||
Д = |
4АС — В2 |
= |
4(1 + |
Ti + л |
+ |
zn)nt|2 — (2л + т )2!]2 = |
= т|2[4л (1 + т|) |
— |
ш 2]. |
|
|
(1.126) |
Таким образом, знак А совпадает со знаком выражения в
квадратных скобках. |
|
|
Формула (1.125) справедлива для 4л (1 + т|) — т2 > 0 |
или |
|
для |
|
|
^ < 9 Я е 2(1 + л), |
(1.127) |
|
где Re2 = 0 2p2dr/(F\i) |
— число Рейнольдса жидкой фазы. |
|
При TQ = 0 всегда справедливо соотношение (1.127), и, |
сле |
довательно, формула (1.125) дает распределение давлений при ламинарном течении вязкой газожидкостной смеси при <р =
=р. Соотношение (1.127) характерно для практики бурения,
иформула (1.125) позволяет рассчитывать давление по глуби не скважины. Ее численный анализ показал, что при значе ниях т| < 0,2, т < 0,2, п < 0,003 и | > 0,01, встречающихся на практике, последним членом правой части из-за его малости можно пренебречь.
В общем случае сжимаемая газожидкостная вязкопласти ческая смесь может течь при ламинарном режиме на нижнем
ипри турбулентном на верхнем участках кольцевого канала. Поэтому важно установить, при одном или обоих режимах течет смесь в скважине и на какой глубине происходит сме
на режима. Так как значения То* |
I1 заданы для смеси в целом |
|
и движение происходит при одинаковой |
скорости фаз vx = |
|
= v2 = v, то для определения |
режима |
течения можно вос |
пользоваться формулой |
|
|
Re < ReKp - 2100 + 7,ЗНе058. |
|
(1.128) |
Число Re вычисляют по формуле
(1.129)
Скорость v и плотность р найдены с помощью уравнения сплошности при ф = 0 и уравнений состояния:
Подставляя (1.129) в (1.128), найдем значение р*, при кото ром происходит смена режима. Таким образом, для расчета давлений можно пользоваться формулой (1.125) при значени ях р > р*. где р ’ — давление, когда Re = ReKp. При р < р* будет реализован турбулентный режим течения.
Расчет давления в трубах и кольцевом пространстве для турбулентного течения
восходящих вертикальных потоков газожидкостных смесей
Е.В. Шеберстовым и Е.Г. Леоновым показано, что при решении уравнения (1.118) для восходящего потока в трубах или затрубье коэффициент Хс можно принять посто янным и равным 0,05, а функцию истинного газосодержания аппроксимировать для турбулентного течения:
(1.130)
при —— < 1,93, |
(1.131) |
где Р = О, /(О, + 0 2) = Л /(Л + р) — расходное газосодержание. Тогда, пренебрегая инерционным членом в уравнении (1.118), используя (1.130), (1.131) и интегрируя в пределах от р '
до р, получают
z = |
(1.132) |
р2дА,
(1.133)
где
Л, = 1+ 0,81л+^1С2^ ^ Ь
Bt = 0,19 + — K2fl+ |
n— 1; |
||||
' |
|
|
2 |
{ |
л +aeij |
A2 = |
n |
+ |
t| |
+ n2m; B2 = 2mn; n = l +—— ; m =hs.K2^ n + 1. |
|
Формула (1.132) справедлива для значений -^ -> 1 ,9 3 или |
|||||
|
|
Z? |
|
|
1-Р |
„ |
|
|
|
||
Каро— |
|
|
|
||
< ____ Z0*0 — |
(1.135) |
||||
р ь |
193- К |
|
= Р’ . |
а формула (1.133) для р > р \ Для ускорения вычислительного процесса решение урав
нений (1.132) и (1.133) сведено к соотношению |
|
N = М + \дМ, |
(1.136) |
где М — некоторая линейная функция от искомого |
давления |
р, а N может быть вычислено по известным исходным дан |
|
ным. |
|
При N > 5, N < —2 — можно выписать приближенные |
|
решения уравнения (1.136): |
|
М = N — lgN для N > 5; |
|
М = 10" для N < - 2 . |
(1.137) |
Если —2 < N < 5, то решение М можно найти графически на рис. 1.12 из кривых, соответствующих коэффициенту
Рис. 1.12. Графики для определения чисел Л£
а - |
для условий: 1 - |
0 < N < 5; 2 - |
N < 5; 3 - а > 1; Мм < 0; -1,5 < |
N < |
0; |
б - |
для случаев: а |
= 0; а < 1; |
> 0 (верхнее семейство кривых); |
а £ |
1; |
Моо < 0 (нижнее семейство кривых) |
|
|