vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Часть I. Раздел 2. Особенности гидростатики вязкопластичных жидкостей (ВПЖ)

Рис. 2.5. К расчету гидростатического давления в

наклонной скважине

Внешне это обнаруживается появлением излива жидкости из труб после отворота "свечи". Это малоприятное явление имеет мало общего с переливом жидкости из труб в процессе спуска очередной "свечи", что иногда наблюдается и что будет детально исследовано во III части данной книги. Здесь же речь идет только о том, как внутренние силы сопротивления, характеризуемые величиной θ, допускают состояние статического равновесия при h>0 в сообщающихся сосудах, какими являются трубное и заколонное пространства в скважине.

На рис. 2.4 показано количественно, на конкретном примере, как влияют на h диаметр скважины и статическое напряжение сдвига. Видно, что их влияние весьма существенно.

2.4. Давление на стенки наклонно направленной скважины.

Наклонно направленная скважина, которая заполнена жидкостью, находящейся в покое в поле земного тяготения, показана на рис. 2.5.

Когда массовые внешние силы представлены только силами тяжести, к жидкости, независимо от ее вида (вязкая или ВПЖ), можно применить основное уравнение гидростатики, в котором, как хорошо известно, нет координат x и y. Для точек (уровней) zо и z (в точке М) это уравнение запишется в виде:

z			p	z	p
			o
	0		g		g

или

р=ро+ρg(zо-z)=pо+ρghв,

где hв – погружение точки (уровня) М по вертикали.

Вывод: давление столба жидкости на стенки наклонно направленной скважины зависит только от плотности жидкости и глубины скважины по вертикали. Пространственное положение ствола, следовательно, значения не имеет.

Совсем иное дело, когда решается задача о "пусковых" давлениях на насосах и задача о "сифонах" или опорожнении труб при спуске.

к вакуумному насосу

Fa

F

Рис. 2.6. Равновесие газового пузырька в ВПЖ.

Совершенно очевидно, что величины θ и τо не зависят от координат, следовательно, силы сопротивления в жидкости также не зависят от того, вертикальная скважина или наклонная. Нетрудно доказать, что величины ро и рост для наклонно направленной скважины определяются по формулам, аналогичным формулам (2.3) - (2.5), если под li и Lк понимать действительные длины секций и колонны в наклонно направленной скважине. Точно так же при расчете высоты подъема жидкости или опорожнения труб при спуске следует воспользоваться формулой (2.8), подставляя вместо Lк фактическую длину колонны Lкн (рис.

2.5).

Вывод: при расчетах пусковых давлений или остаточных давлений на насосах, определении глубины снижения уровня вязко-пластичной жидкости при спуске колонны или высоты подъема жидкости в трубах (подъем с "сифоном")

33

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Часть I. Раздел 2. Особенности гидростатики вязкопластичных жидкостей (ВПЖ)

расчеты

следует

вести,

0,1

пользуясь

фактическими

СНС =1

длинами

труб

по

стволу

0,09

скважины.

СНС =2

0,08

СНС =4

2.5. Дегазация

МПа

бурового раствора.

0,07

СНС =6

Известно, что для очистки

вакуум,

0,06

СНС =8

скважины

от

газа,

СНС =10

поступившего

в

раствор

из

пласта,

используются

0,05

вакуумные

дегазаторы,

роль

потребный

0,04

которых

сводится

к

тому,

чтобы

путем

уменьшения

0,03

давления

создать

условия для

интенсивного

всплытия

0,02

газовых

пузырьков

из

находящейся в покое буровой

0,01

промывочной жидкости.

Уменьшение

давления

в

0

дегазаторе

сопровождается

0

0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014

расширением

газовых

диаметргазового пузырька в растворе, мм

пузырьков с последующим их

всплытием.

Рис. 2.7. Зависимость потребного вакуума от

Предположим,

что

в

дегазатор

поступил

газовый

диаметра газового пузырька.

пузырек

с диаметром dо.г,

стремящийся

всплыть

под

действием

архимедовой

силы

Fа

(рис.

2.6),

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:

d 3	g d 2	К
о.г
			ф ,	(2.9)
6	о.г

где ρ плотность жидкости, Кф коэффициент формы, величина которого для шарообразных тел можно принять равной 2,5.

Следовательно, пузырек газа начнет всплывать при наступлении неравенства:

	dо .г	6 Kф
			.	(2.10)
		g

Спрактической точки зрения интересно ответить на два вопроса:

-какого начального диаметра dа газовые пузырьки могут всплывать в дегазаторе, в котором поддерживается

заданный вакуум pвк и находится жидкость с известными ρ и ;

- какова должна быть величина вакуума, если известны ρ и и размер пузырьков dо.г.

Ответ на первый вопрос. Предположим, что при атмосферном давлении pа из скважины выходит буровой раствор, в котором содержится газ с размерами пузырьков dа, которые не могут "самостоятельно" всплывать в атмосферных условиях из-за несоблюдение условия (2.10). Попав в дегазатор, где абсолютное давление (ра – рвк), газ расширится и, если достигнет размера по формуле (2.10), отделится от жидкости, то есть начнется процесс дегазации.

Расширение газа будет происходить в изотермических условиях, следовательно, по уравнению: pа dа3 dг3 pа pв к .

Тогда диаметр пузырьков в дегазаторе можно определится по формуле:

34

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Часть I. Раздел 2. Особенности гидростатики вязкопластичных жидкостей (ВПЖ)

d	г	d	а	3	р
						а

р	а
р		вк

.

(2.11)

Всплытие газа в дегазаторе начнется тогда, если левая часть будет больше диаметра, найденного по формуле (2.10). Следовательно, если dг приравнять к правой части выражения (2.10), то получится формула для определения начального диаметра пузырьков, которые можно удалить из раствора в дегазаторе:

d			6 K	ф		р	а	р		в к
					3
	а		g					р
									а

. (2.12)

Если в выходящем из скважины буровом растворе газовые пузырьки будут по диаметру больше, чем рассчитанные по формуле (2.12), то можно быть уверенным, что при вакууме рвк раствор будет освобожден от газа.

Ответ на второй вопрос. Интересно проанализировать, как зависит потребный для удаления из раствора газовых пузырьков вакуум от их размера. Для этого достаточно в формуле (2.12) выразить рвк через другие величины:

				d					3
p		p				а
			1	4,37
	в к		а		К						.
								ф

На рис. 2.7 приведены графики зависимостей рвк=f(da) при различных значениях .

(2.13)

35