vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Часть II. Раздел 14. Гидродинамические давления, возникающие при движении колонны труб в скважине

14. Гидродинамические давления, возникающие при движении колонны труб в скважине.

14.1. Природа возникновения гидродинамических давлений при движении колонны.

Колонна труб, например, при спуске ее в скважину, движется вначале ускоренно, а затем практически равномерно. Затем наступает этап торможения до полной остановки движения. На первом и последнем этапах источником гидродинамических давлений, кроме градиента скорости в жидкости (внутреннего трения), является движение с положительным или отрицательным ускорением. Инерционная составляющая гидродинамических давлений может быть значительной, однако, как показывают натурные эксперименты, наибольшие по

Рис. 14.2. Движение трубы через камеру, заполненную жидкостью.

абсолютному значению	давления	соответствуют	моменту	u
равномерного движения с максимально достигнутой скоростью.				т
Исходя из этого, в дальнейшем будем рассматривать только этот				Qск
вариант движения колонны в скважине.
Предположим (рис. 14.1), что скважина представляет собой
открытое с двух сторон длинное отверстие, когда жидкость,
увлекаемая движущейся трубой, перемещается из верхней части в
нижнюю (или наоборот).	Такая схема	имитирует случай спуска
(подъема) колонны труб в скважину со скоростью uт при наличии
катастрофического поглощения. Поскольку на стенке скважины				Рис. 14.1. Модель движения колонны без
скорость равна нулю, в кольцевом зазоре сформируется градиентный				вытеснения жидкости из скважины.
слой. Трубы, увлекая за собой жидкость, образуют спутный поток со

средним расходом Qск. При этом возникает сопротивление движению труб со стороны жидкости, воспринимаемое как уменьшение веса колонны труб.

Представим теперь (рис. 14.2), что та же колонна движется через круглую камеру, заполненную жидкостью. Нижняя преграда имитирует в данном случае забой скважины. В

отличие от предыдущего случая здесь поток Qск, не имея возможности “уходить” вместе с колонной, вызывает интенсивный массообмен и образование вихреобразных циркуляционных потоков. Толщина градиентного слоя уменьшится, сами градиенты возрастут, а сопротивление движению труб увеличится.

На рис. 14.3 отображен случай спуска одноразмерной закрытой колонны в открытую, но с герметичными стенками скважину. Здесь, в отличие от предыдущих случаев, появляется новый поток Qвт , обусловленный вытеснением жидкости из скважины трубами.

Если колонна труб диаметром dн движется вниз со скоростью uт, то расход Qвт равен:

Qвт = dн2uт/4 .

(14.1)

Средняя скорость движения вытесняемого потока в заколонном пространстве определяется выражением:

vкп = Qвт / fкп = uт dн2/(D2 – dн2).

(14.2)

88