- •Механика сплошной среды (60 часов)
- •1. Роль науки в механике сплошной среды [1]
- •1.1. Введение в механику сплошной среды
- •1.3. Области и разделы мсс
- •1.4. Основные задачи механики сплошных сред в бурении
- •1.5. Инструментарий мсс
- •2. Среды, применяемые и встречающиеся при бурении нефтяных и газовых скважин [2]
- •2.1. Основы течения сред
- •Вязкость
- •2.2. Типы жидкостей Ньютоновская жидкость
- •2.3. Буровые растворы и их технологические функции
- •2.4. Типы буровых растворов
- •2.5. Основные параметры бурового раствора
- •2.7. Примеси, загрязняющие буровой раствор
- •2.8. Оборудование для регулирования параметров раствора
- •3. Уравнения гидромеханики (мсс) [1]
- •3.1. Кинематика сплошной среды
- •3.2. Система дифференциальных уравнений потока жидкости
- •3.4. Общая система уравнений гидромеханики [3] Из вышеизложенного следует, что движение сплошной среды, определяемые фундаментальными физическими законами описывается системой уравнений:
- •4. Задачи Гидромеханики в бурении
- •4.1. Течение в щелевом канале
- •4.2. Течение в кольцевом канале и круглой трубе
- •4.3. Изменение забойного давления при спускоподъемных операциях в скважинах (спуск и подъем колоны труб с постоянной скоростью)
- •4.4. Влияние проницаемости стенки скважины на гидравлические потери
- •4.5. Влияние конфигурации сечения затрубного пространства скважины на гидравлические потери и другие показатели течения жидкости
- •4.6. Гидравлический удар в скважине
- •4.7. Отчистка ствола скважины от шлама
- •4.8. Определение скорости осаждения частиц
- •5. Уравнения механики деформированного тела (мдт)
- •5.1.Элементы теории деформаций
- •5.2. Динамические величины и элементы теории напряжений
- •5.3. Мгновенные уравнения состояния и критерии прочности
- •5.4. Временные уравнения состояния и критерии длительной прочности
- •5.5. Критерии разрушения на основе теории трещин
- •5.6. Общая система уравнений механики деформируемого твердого тела
- •6.2. Устойчивость горных пород в скважинах
- •Литература
- •Дополнительная литература
- •Темы рефератов (дополнительные темы для изучения)
4.8. Определение скорости осаждения частиц
Сила сопротивления, возникающая при движении частицы относительно жидкости, в общем случае определяется по зависимости:
(4.56)
где - коэффициент сопротивления, который введен по аналогии с коэффициентом гидравлического сопротивления; - площадь сечения частицы, перпендикулярного в направлении ее движения (миделево сечение).
При установившемся движении частицы сила сопротивления должна быть уравновешена собственным весом частицы и выталкивающей силой :
(4.57)
где - ускорение силы тяжести; - соответственно плотность частицы и жидкости; - объем частицы.
Из равенства следует:
; (4.58)
, (4.59)
где - параметр формы частицы.
Приведенные зависимости используются для вычисления относительной скорости движения частицы по известному коэффициенту сопротивления или для определения по экспериментальным значениям установившейся скорости осаждения частиц .
Сложность вычисления скорости осаждения частиц состоит в том, что при ее определении необходимо знать параметр , который в свою очередь зависит от многих детерминированных факторов, включая и саму скорость осаждения .
В связи с этим, возможно получить приближенную, но достаточно обоснованную зависимость для определения , используя обобщенные критерии подобия и упрощения, в частности принимать, что осаждающиеся частицы имеют правильную сферическую форму. Так в результате многочисленных опытов было установлено, что коэффициент зависит от параметра Рейнольдса :
(4.60)
где - динамический коэффициент вязкости жидкости.
Если в (4.60) подставить (4.58) то получим полезное соотношение вида:
(4.61)
где - параметр Архимеда.
При медленном осаждении частицы, когда силы вязкости превосходят силы инерции ( ) удалось получить простое аналитическое решение:
; (4.62)
. (4.63)
5. Уравнения механики деформированного тела (мдт)
5.1.Элементы теории деформаций
Характерной чертой движения сплошной среды является ее деформация т.е. изменение расстояния между отдельными точками среды.
Как известно из теоретической механики деформация элементарного объема среды в окрестности рассматриваемой точки полностью определяется шестью величинами , которые называются компонентами симметричного тензора деформаций.
Связь компонентов тензоров деформации , с компонентами перемещениями осуществляется через соотношение Коши:
, (5.1)
Если известны компоненты деформации как функции декартовых координат , то для определения 3-х компонентов вектора перемещения из 6-ти соотношений (5.1), необходимо и достаточно, чтобы функции удовлетворяли следующим условиям (условиям совместимости деформаций Сен-Венана):
(5.2)
Остальные уравнения получаются круговой заменой индексов (1-2-3-1). Таким образом, условие совместимости (5.2) является уравнениями, которые связывают компоненты тензора деформации .
В любой точке тела всегда существует, по крайней мере, одна тройная взаимно перпендикулярных направлений, таких, что деформация элемента в окрестности точки определяется только удлинением (укорочением) вдоль этих направлений без изменения прямых углов . Такие направления называются главными осями деформации, а величины - главными удлинениями, которые могут быть найдены из следующего кубического уравнения:
(5.3)
где - компоненты девиатора деформаций; - текущая координата; - символ Кронекера ; - объемная деформация; - коэффициенты деформации.
Характеристикой искажения формы элемента сплошной среды служит инвариантная величина, называемая интенсивностью деформации сдвига:
(5.4)
Здесь ; ; - главные сдвиги.