2. Конструкция скважины

Условные схемы соединительных элементов

а) – ниппельное соединение бурильных труб;

б) – муфтовое соединение бурильных труб;

d_сэ, D_сэ – внутренний и наружный диаметры соединительных элементов;

d_бт, D_бт – внутренний и наружный диаметры бурильных труб;

D_с – диаметр скважины;

1 – круглый (в поперечном сечении) поток воздуха;

2 – кольцевой (в поперечном сечении) поток воздуха;

3 – области (зоны) вихрей.

3. Расчетная схема циркуляции воздушного потока

I .Компрессор

II. Ресивер компрессора

III. Предохранительный клапан

IV. Манометр

V. Термометр

VI. Расходометр

VII. Герметизатор устья скважины

VIII. Вентиль

IX. Вентилятор (эжектор)

X. Шламоуловитель

Магистраль разделена на 7 (i = 1,2,…7) участков движения жидкости.

i – номер участка движения. Участки i = 5-7 в поперечном сечении круглые, а участки i = 1-3 – кольцевые.

i = 1 – между обсадной и бурильной колоннами;

i = 2 – между стенками скважины и бурильной колонной;

i = 3 – между стенками скважины и колонковой трубой;

i = 4 – на забое скважины и в буровом долоте;

i = 5 – внутри колонковой трубы;

i = 6 – внутри бурильной колонны;

i = 7 – в устьевой обвязке (в подводящей линии от бурового насоса до колонны бурильных труб).

P_иi – избыточное давление при входе на i-ый участок движения.

P_н – давление, развиваемое насосом.

P₀ – атмосферное давление.

4. Длина вертикальной проекции колонковой трубы

5. Геометрические характеристики участков движения воздушного потока

1. Геометрические характеристики поперечных сечений участков

V.1. Диаметр скважины и керна

V.2. Площадь проекции забоя скважины на плоскость, перпендикулярную её оси

V.3. Площадь и эквивалентный диаметр поперечного сечения воздушного потока

Для круглого сечения геометрическим диаметром d:

В гладкой части магистрали, i = 6, 7

Внутри соединительного элемента колонны БТ, i = 6

Для кольцевого сечения, имеющего геометрические диаметры D и d:

В гладкой части магистрали, i = 1– 3, 5

Снаружи соединительного элемента колонны БТ, i = 1, 2

2. Линейные геометрические характеристики участков

Длины участков движения:

= … м

= … м

= …м

= … м

= … м

Вертикальные проекции участков движения:

= … м

= … м

= … м

= … м

VI. Эквивалентный диаметр частиц шлама

VII. Абсолютная температура воздушного потока

Процесс движения воздуха в скважине принимаем изотермным, происходящем при некоторой средней температуре

, K

VIII. Удельная газовая постоянная воздуха

IX. Плотность воздуха при выходе из скважины

кг/м³

X. Абсолютная вязкость воздуха

–

эмпирическая формула Д.М. Сазерленда.

XI. Теплоемкость воздуха

Удельная изобарная

Удельная изохорная

Удельная политропная

XII. Число Архимеда для относительного движения частиц шлама и воздуха при выходе из скважины

Ar₀ = ρ₀ · g · (ρ_ш – ρ₀) · d_ш³ / μ₀²

Число Архимеда характеризует взаимосвязь веса тела в газе (жидкости), вязкости и плотности газа (жидкости).

XIII. Скорость витания частиц шлама при выходе из скважины

–

эмпирическая формула П.Р. Риттингера

XIV. Среднее значение зенитного угла скважины на участках движения воздушного потока i = 1 – 3, 5 – 6

i = 1:

i = 2, 3, 5:

i = 6:

XV. Средняя скорость воздушного потока при выходе из скважины

= (1 + к₁) · / cos , м/с,

где к₁ – опытный коэффициент, учитывающий обеспечение достаточного охлаждения БК и выноса шлама на всех участках, к₁ = 0,1 – 0,3. Примем с запасом к₁ = 0,3.

XVI. Массовый расход воздуха на всех участках

XVII. Массовый расход шлама на всех участках

i = 1 – 3:

, кг/с

i = 4 – 7:

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

– формула Рейнольдса.

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.

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

Для турбулентного течения:

Для ламинарного течения:

где – опытный коэффициент Гастерштадта. При бурении коронками

Можно принять с запасом

a = 64 для круглого сечения, a = 96 для кольцевого сечения.