Задачи и решения (механика сплошной среды)

Задача № 1.

Найти величину гидравлических потерь при установившейся циркуляции бурового раствора.

Параметры бурового раствора:

• (плотность)  = 1500 кг/м³;

• предельное (динамическое) напряжение сдвига ₀ =3 Па;

• коэффициент внутреннего трения (динамическая вязкость)  = 0.03 Пас;

• подача насосов Q = 0.03 м³/с;

• диаметр скважины D = 0.214 м;

Компоновка бурильной колонны:

1. утяжелённые бурильные трубы (УБТ)

• длиной L₁ = 70 м;

• наружным диаметром d_Н1 = 0.178 м;

• внутренним диаметром d_В1 = 0.168 м;

• бурильные трубы (БТ)

• длиной L₂ = 3000 м;

• наружным диаметром d_Н2 = 0.140 м;

• внутренним диаметром d_В2 = 0.121 м.

Используя приближённые формулы, последовательно вычисляем:

Таблица 1.

в трубах	в кольцевом затрубном пространстве
МПа);	; ; ; МПа.

Таблица 2.

Параметры	Интервал				Суммарные потери, МПа
	УБТ, труба	УБТ, кольц.пр-во	БТ, труба	БТ, кольц. пр-во
vСР, м/с	5.97	2.7	2.61	1.46
Senx	1.34	1.33	4.64	5.07
Re*T	19500	4170	8900	3300
	0.027	0.039	0.033	0.042
, МПа	0.63	0.42	4.12	2.7	7.87

Задача № 2.

Найти допустимую подачу насосов Q_доп, если увеличение забойного давления ограничено величиной p_доп = 2 МПа.

Параметры бурового раствора:

• (плотность)  = 1500 кг/м³;

• предельное (динамическое) напряжение сдвига ₀ = 3 Па;

• коэффициент внутреннего трения (динамическая вязкость)  = 0.03 Пас;

• подача насосов Q = 0.03 м³/с;

• диаметр скважины D = 0.214 м;

Компоновка бурильной колонны:

2. Утяжелённые бурильные трубы (убт)

• длиной L₁ = 70 м ;

• наружным диаметром d_н1 = 0.178 м;

• внутренним диаметром d_в1 = 0.168 м;

• бурильные трубы (БТ)

• длиной L₂ = 3000 м;

• наружным диаметром d_н2 = 0.140 м;

• внутренним диаметром d_в2 = 0.121 м.

Согласно решению предыдущей задачи гидравлические потери выше, чем это допустимо в данной задаче. Следовательно, подача насосов должна быть меньше 0.03м³/с.

Расчёт по формулам для затрубного пространства при Q < 0.03м³/с приводит к следующему результату:

Q_ДОП = 0.02 м³/с. При этом в интервале расположения УБТ Re^*_К = 2600, а в интервале БТ Re^*_К = 1600, что свидетельствует о переходном характере режима течения бурового раствора в затрубном пространстве.

Задача № 3.

1). При какой средней скорости можно обеспечить турбулентный режим в затрубном пространстве скважины при продавке цементного раствора,

Параметры цементного раствора, если:

• (плотность)  = 1800 кг/м³;

• предельное (динамическое) напряжение сдвига ₀ = 8 Па;

• коэффициент внутреннего трения (динамическая вязкость)  = 0.04 Пас;

Параметры установки:

• диаметр скважины D = 0.215 м;

• диаметр обсадной колонны d_н = 0.168 м.