- •1. Основные результаты и направления развития гидроаэромеханики буровых процессов
- •2. Реология буровых и тампонажных растворов
- •2.1. Сведения о реологии. Основные уравнения
- •2.2. Реологические модели
- •2.2.1. Фундаментальные модели
- •2.2.2. Сложные модели
- •Диаграмма рэлея
- •Влияние формы частиц.
- •Влияние стесненности движения. В стесненных условиях 0 всегда ниже, чем при свободном движении одной частицы в неограниченной среде.
- •Стесненность канала.
- •Опытные данные б.Б. Кудряшова
- •Стесненность совместного движения частиц Опытным путем выявлена основная закономерность сопротивления среды при стесненном движении частиц
- •Свободное движение частиц в неньютоновской (бингамовской) жидкости
- •Ламинарное течение
- •Распределение напряжений
- •Структурное и ламинарное течение в кольцевых каналах.
- •1. Ньютоновские жидкости.
- •2. Жидкости Бингама-Шведова.
- •Турбулентное течение
- •Критическая скорость
- •Потери давления на местных сопротивлениях
- •Потери давления в насадках долота
- •Потери давления в наземной обвязке
- •Продувка
- •Температурный режим скважин
- •Решение, полученное б.Б. Кудряшовым в 1964 г.
- •Тепло- и массообмен в призабойной зоне скважины
- •Предупреждение протаивания стенок скважины в мерзлых породах
- •Влияние скважины на температурное и агрегатное состояние окружающего массива
- •Зона изменения агрегатного состояния массива вокруг скважины
- •Зона теплового влияния скважины на окружающий массив
- •Температурное поле в массиве вокруг скважины
- •Температурный режим скважины при бурении с продувкой воздухом
Температурное поле в массиве вокруг скважины
Помимо формулы (53) можно получить и простые зависимости для радиального распределения температуры в массиве, в том числе, с учетом агрегатного перехода влаги.
Если рассматривать теплообмен в каждый отдельный момент времени как квазистационарный, то для теплового потока от очистного агента в массив через цилиндрическую стенку элементарной толщины dR на расстоянии R от оси скважины
. (68)
Из (68) получаем выражение для мгновенного радиального распределения температуры в теле цилиндрической стенки переменной во времени толщины
(69)
Индексы 1 и 2 относятся соответственно к внутренней и наружной поверхностям цилиндрической стенки.
Рассмотрим тепловое влияние скважины на окружающий мерзлый массив без изменения агрегатного состояния пород при их нагреве. Температуру стенки скважины в определенный момент времени τ можно получить, приравняв формулы (45) и (46):
(70)
Подставив в формулу (69) R=R0, R2=Rп, T1=Tст, T2=Tп, с учетом (70), получим формулу для распределения температуры в зоне теплового влияния скважины в любой момент времени τ от начала процесса теплообмена при отсутствии фазовых переходов влаги
. (71)
Формула (71) справедлива при R0≤R≤Rп.
При изменении агрегатного состояния влаги распределение температуры в зоне изменения агрегатного состояния и за ее пределами описывается двумя разными формулами.
Температура стенки скважины в любой момент времени τ по аналогии с (70)
(72)
Подставив в (69) R1=R0, R2=Rагр, T1=Tст (с учетом (72)), T2=Tагр=00C, получим формулу для радиального распределения температуры в зоне изменения агрегатного состояния в любой момент времени τ
(73)
Формула справедлива при R0≤R≤Rагр.
Подставив в (69) R1=Rагр, R2=Rп, T1=Tагр=00C, T2=Tп, получим формулу для радиального распределения температуры за пределами зоны изменения агрегатного состояния влаги
(74).
Формула справедлива при Rагр≤R≤Rп.
При вычислениях TR=f(R) для определенного момента времени τ по формулам (71), (73) и (74) необходимо знать среднюю температуру очистного агента t на расчетном участке, естественную температуру пород Tп, вычислить kагр по формуле () и определить kτ, kτ′, Rагр и Rп для этого же момента времени τ по формулам
Распределение температуры: продувка воздухом t=200C, Tп=-30C, R0=0,1м; τ=8ч.
Температурный режим скважины при бурении с продувкой воздухом
Применительно к колонковому бурению в мерзлых породах при небольшой глубине скважины в основных зависимостях для расчета температуры очистного агента в бурильной колонне и кольцевом канале скважины без большой ошибки можно принять σ=0; i1=i2=0;. Тогда распределение температуры можно описать относительно простыми формулами:
В бурильных трубах
(75)
и в кольцевом пространстве
, (76)
где Tп – средняя постоянная по глубине температура мерзлых пород, .
Важнейшими параметрами, характеризующими температурный режим скважины при бурении с продувкой, являются значения температуры воздуха в кольцевом канале на забое и устье. Для практических целей можно использовать приближенные зависимости, полученные из основного уравнения при h=H и h=0:
; (77)
(78)
Эти выражения показывают, что при достаточно большой глубине скважины tз и tу определяются температурой пород, условиями и продолжительностью теплообмена. Решающее влияние на забойную температуру воздуха оказывает развиваемая на забое мощность, на устьевую – температура нагнетаемого воздуха t1н.