- •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)
2.7. Примеси, загрязняющие буровой раствор
Во время бурения и цементирования скважины буровой раствор может загрязнятся различными материалами.
Наиболее распространенными являются следующие:
Хлорид натрия (поваренная соль) попадает в систему бурового раствора в результате разбуривания соляных куполов, пластов каменной соли, или любых пластов содержащих соленую воду. Загрязнение приводит к увеличению вязкости, ПНС и прочности геля, понижению водородного показателя рН. В этом случае параметры буревого раствора регулируются путем добавления разжижителей, а для повышения рН в раствор добавляют каустиническую соду.
Ангидрит и гипс являются формами сульфата кальция (СаSO4). Гипс содержит воду (СаSO4 •Н2О), а ангидрит нет (СаSO4). При контакте с буровым раствором повышается пластическая вязкость, ПНС и прочность геля. Методы борьбы заключаются в добавлении каустической соды и хромлигносульфонатов.
Цемент проникает в буровой раствор вследствие неудачного цементирования или при цементировании под давлением. В этом случае повышается пластическая вязкость, ПНС и прочность геля. В этом случае в буровой раствор добавляют бикарбонат натрия, который при контакте с цементом осаждает нерастворимый осадок в виде карбоната кальция: NaHCO3+Ca(OH)2→CaCO3+NaOH+H2O.
2.8. Оборудование для регулирования параметров раствора
Буровой раствор готовят путем смешения воды (или нефти) с бентонитом, баритом или различными другими химическими реагентами, чтобы получить флюид с соответствующими свойствами суспензии и текучести. В процессе бурения буровой раствор диспергируется и выносит буровой шлам, изменяющий его первоначальные свойства. Если этот шлам не удалить то буровой раствор потеряет требуемые свойства, что повлечет за собой сбои в работе (например, поглощение раствора).
Назначение оборудования для регулирования параметров раствора – обработка раствора, выходящего из скважины, путем удаления нежелательной вырубленной пароды и, если необходимо, добавление твердой фазы и химических реагентов. На Рис. 7 приведена схема полного комплекта оборудования не утяжеленных и утяжеленных (например, баритом) растворов.
Комплект системы регулирования параметров бурового раствора можно разделить на три секции:
приемный резервуар, содержащий кондиционный буровой раствор, который будет закачен в скважину;
секция добавления в раствор реагентов и смешения раствора;
секция удавления из раствора нежелательной твердой фазы.
3. Уравнения гидромеханики (мсс) [1]
3.1. Кинематика сплошной среды
Общая задача кинематики – описание движения среды. Так как сплошная среда представляет собой непрерывную совокупность точек, то описание движения среды - значит, описать движение всех ее точек.
Существует два исторически сложившихся способа задания движения – Лагранжа и Эйлера.
Способ Лагранжа заключается в задании кинематических уравнений движения в виде совокупности переменных Лагранжа (i, t):
(3.1)
Здесь, текущее координата xi определяется координатами фиксированной точки среды i и временем t.
Основная задача МСС – определение закона движения (2.1).
Задание движения проекции скоростей и ускорений точек среды на оси координат определяются как:
, (3.2)
Способ Эйлера заключается в задании переменных скорости и ускорения как функции переменных Эйлера - координат точек пространства xi и времени t:
(3.3)
Основное различие между методами Лагранжа и Эйлера состоит в том, что с точки зрения Лагранжа нас интересуют законы изменения положения, скорости, ускорения и других величин данной индивидуальной точки сплошной среды, а с точки зрения Эйлера – перемещение, скорость, ускорение и т.д. в точке пространства, мимо которой в данный момент проходит частица.
В настоящее время наиболее применяемым способом является способ Эйлера.
Запись уравнения движения среды в переменных Эйлера позволяет записать изменения расчетной (искомой) функции в виде:
(3.4)
Здесь - субстанционная ли полная производная; - локальная (местная) производная, характеризует изменение функции в данной точке пространства в единицу времени; - конвективная производная, характеризующая изменение функции по координатам.