13. Средняя скорость воздушного потока при выходе из скважины

В соответствии с производственными данными для обеспечения охлаждения долота и выноса шлама на поверхность можно принять = 8 – 10 м/с.

Принимаем v₀= 10 м/с

14. Массовый расход воздуха на всех участках

М=1.20кг/м^3.10м/с^.1731^.10^-6м²=20.77^.10^-3 кг/с

15. Массовый расход шлама на всех участках

i = 1 – 3:

, кг/с

М_ш1= М_ш2= М_ш3=3000кг/м^3.24м/3600с^.1506^.10^-6м²=30.13^.10^-3 кг/с

i = 4 – 7:

М_ш4= М_ш5= М_ш6 М_ш7=0 кг/с

16. Режимы движения воздуха на участках i = 1 – 3, 5 – 7

– формула Рейнольдса.

Re₁=20.77^.10^-3.21^.10^-3/18.13^.10^-6.1731^.10^-6=13898

Re₂=20.77^.10^-3.18^.10^-3/18.13^.10^-6.1441^.10^-6=14310

Re₃=20.77^.10^-3.3^.10^-3/18.13^.10^-6.276^.10^-6=12452

Re₅=20.77^.10^-3.7^.10^-3/18.13^.10^-6.489^.10^-6=16399

Re₆=20.77^.10^-333^.10^-3/18.13^.10^-6.855^.10^-6=44216

Re₇=20.77^.10^-3.32^.10^-3/18.13^.10^-6.804^.10^-6=45596

Число Рейнольдса Re характеризует отношение кинетической энергии потока газа (жидкости) и напряжения сдвига.

Для круглых сечений

Для кольцевых сечений

Если , то режим течения турбулентный.

Если , то режим течения ламинарный.

17. Коэффициент линейных сопротивлений движению смеси воздуха со шламом на участках i = 1 – 3, 5 – 7

Для турбулентного течения:

где – опытный коэффициент Гастерштадта. При бурении коронками

Принимаю Кr=1.0

λ_см1=0.11(0.1^.10^-3м/21^.10^-3м + 68/13898)^0.25.(1+30.13^.10^-3/20.77^.10^-3)=0.08450

λ_см2=0.11(0.1^.10^-3м /18^.10^-3м + 68/14310)^0.25.(1+30.13^.10^-3/20.77^.10^-3)=0.08589

λ_см3=0.11(0.1^.10^-3м /3^.10^-3м + 68/12452)^0.25.(1+30.13^.10^-3/20.77^.10^-3)=0.01011

λ_см5=0.11(0.1^.10^-3м /7^.10^-3м + 68/16399)^0.25=0.0405

λ_см6=0.11(0.1^.10^-3м /33^.10^-3м + 68/44216)^0.25=0.0286

λ_см7=0.11(0.1^.10^-3м /32^.10^-3м + 68/45596)^0.25=0.0287

18. Коэффициент местных сопротивлений движению воздуха снаружи и внутри соединительных элементов на всех участках

– эмпирическая формула Б.С. Филатова.

Для участков i = 1, 2, 6:

- при D_СЭ = D_БТ, d_СЭ < d_БТ (ниппельное соединение БТ) b = 1,5;

- при D_СЭ > D_БТ, d_СЭ < d_БТ (муфтовое соединение БТ) b = 2;

- при D_СЭ = D_БТ, d_СЭ = d_БТ (соединение БТ «труба в трубу» или непрерывная колонна БТ без СЭ (колтюбинг)) ξ_i = 0.

Для участков i = 3, 4, 5, 7: ξ_i = 0.

В нашем случае имеем ниппельное соединение, принимаем b=1,5

ξ₁= 1,5(1731^.10^-6/565^.10^-6 – 1)²= 8.52

ξ₂= 1,5(1441^.10^-6/276^.10^-6 – 1)²= 35.63

ξ₆= 1,5(855^.10^-6/201^.10^-6 – 1)²= 21.17

19. Сокращающие обозначения: – для участков i = 1 – 3, 5, 6 и Bi – для участков i = 1 – 3, 5 – 7

Для восходящего потока (i =1 – 3) – знак « + »;

Для нисходящего потока (i = 5, 6) – знак « – ».

А₁= 9.81^.Cos19.75= 9.23;

А₂= А₃= 9.81^.Cos31.95= 8.32;

A₅= - А2= -8.32;

А₆= -9.81^.Cos30.44= -8.46

В₁=0.5^.(0.08/0.021 +8.52/6)(20.77^.287^.293.15/1.731)²=26.64^.10¹¹;

В₂=0.5^.(0.08589/18^.10^-3 +35.63/6)(20.77^.287^.293.15/1.441)²=78.74^.10¹¹;

В₃=0.5^.(0.01011/3^.10^-3)(20.77^.287^.293.15/0.276)²=675.45^.10¹¹;

В₅=0.5^.(0.0405/7^.10^-3)(20.77^.287^.293.15/0.489)²=369.42^.10¹¹;

В₆=0.5^.(0.0286/33^.10^-3+21.17/6)(20.77^.287^.293.15/0.855)²=91.79^.10¹¹;

В₇=0.5^.(0.0287/32^.10^-3+0)(20.77^.287^.293.15/0.804)²=21.18^.10¹¹;

20. Абсолютное и избыточное давления при входе воздушного потока на участки i = 1 – 3.

P₁=(e^2A1H1/RT(P₀² + B₁/A₁) – B₁/A₁)^1/2 =(2.718^{2*9.23*85/287*293.15}(0.01*10¹² + 26.64*10¹¹/9.23) – 26.64*10¹¹/9.23)^1/2= (2.718^0.0186 (0.0103*10¹² + 26.64*10¹¹/9.23) – 26.64*10¹¹/9.23)^1/2 = (1.01877 (0.103*10¹¹ + 2.886*10¹¹) -

2.886*10¹¹)^1/2 = (1.019*2.99*10¹¹ - 2.89*10¹¹)^1/2 = (1.57*10¹⁰)^1/2 = 1.25 *10⁵ Па

P₂=(e^2A2H2/RT(P₁² + B₂/A₂) – B₂/A₂)^1/2 =(2.718^{2*8.32*492/287*293.15}((1.25*10⁵)² + 78.74*10¹¹/8.32) – 78.74*10¹¹/8.32)^1/2 = (2.718^0.097(1.56*10¹⁰ + 94.6*10¹⁰) – 94.6*10¹⁰)^1/2= (1.102*96.16*10¹⁰ – 94.6*10¹⁰) ^1/2 = 3.4 * 10⁵ Па

P₃=(e^2A3H3/RT(P₂² + B₃/A₃) – B₃/A₃)^1/2 =(2.718^{2*8.32*3/287*293.15}((3.4*10⁵)² + 675.45*10¹¹/8.32) – 675.45*10¹¹/8.32)^1/2 = (2.718^0.0006(11.56*10¹⁰ + 811.8*10¹⁰) – 811.8*10¹⁰)^1/2 = (1.0006*823.36*10¹⁰ - 811.8*10¹⁰)^1/2 = 3.5 * 10⁵ Па

Р_и1 = 1.25 *10⁵ -1.01 * 10⁵ = 0.24 *10⁵ Па = 0.024 МПа;

Р_и2 = 3.4 * 10⁵ -1.01 * 10⁵ = 2.39 *10⁵ Па = 0.239 МПа;

Р_и3 = 3.5 * 10⁵ -1.01 * 10⁵ = 2.49 *10⁵ Па = 0.249 МПа.

21. Абсолютное и избыточное давления при входе воздушного потока на участок i = 4

P₄ = = 3.5 * 10⁵ + 3* (1.013*10⁵) = 6.54 10⁵ Па

P_и4 = = 6.54 * 10⁵ - 1.013*10⁵ = 5.53 10⁵ Па = 0.553 МПа.

22. Абсолютное и избыточное давления при входе воздушного потока на участки i = 5, 6

Воспользоваться формулами пункта XX.

P₅=(e^2A5H5/RT(P₄² + B₅/A₅) – B₅/A₅)^1/2 =(2.718^{2*(-8.32)*3/287*293.15}(42.77*10¹⁰ - 369.42*10¹¹/8.32) + 369.42*10¹¹/8.32)^1/2= (2.718^-0.00059 (42.77*10¹⁰ - 444.0*10¹⁰) + 444.0*10¹⁰)^1/2 = (0.9994 (-401*10¹⁰) + 444.0*10¹⁰)^1/2 = (43.24 *10¹⁰)^1/2 = 6.58 *10⁵ Па;

P₆=(e^2A6H6/RT(P₅² + B₆/A₆) – B₆/A₆)^1/2 =(2.718^{2*(-8.46)*577/287*293.15}(43.30*10¹⁰ - 91.79*10¹¹/8.46) + 91.79*10¹¹/8.46)^1/2= (2.718^-0.116 (43.30*10¹⁰ - 108.5*10¹⁰) + 108.5*10¹⁰)^1/2 = (0.890 (-65.20*10¹⁰) + 108.5*10¹⁰)^1/2 = (50.47 *10¹⁰)^1/2 = 7.10 *10⁵ Па.

P_и5 = = 6.58 * 10⁵ - 1.013*10⁵ = 5.57 10⁵ Па = 0.557 МПа;

P_и6 = = 7.10 * 10⁵ - 1.013*10⁵ = 6.09 10⁵ Па = 0.609МПа.

23. Абсолютное и избыточное давления при входе воздушного потока на участок i = 7

Р₇= (2В₇Н₇/RT + P₆2)^1/2 = (2*21.18*10¹¹*20/287*293.15 + 50.41 10¹⁰)^1/2 = (8470*10¹⁰ + 50.41 10¹⁰)^1/2= (0.1007*10¹⁰+ 50.41 10¹⁰)^1/2 =7.11*10⁵ Па.

P_и7 = = 7.11 * 10⁵ - 1.013*10⁵ = 6.10 10⁵ Па = 0.61 МПа.