УДК: 622.243.14.

 

АЛГОРИТМ МЕТОДА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ ШЛАМА ПРИ ПРИЗАБОЙНОЙ ПУЛЬСИРУЮЩЕЙ ПРОМЫВКЕ СКВАЖИН

 

кандидаты техн. наук Филимоненко Н.Т., Поцепаев В.В., магистр Кивалин Ю.В. (ДонГТУ)

 

Настоящая статья базируется на опубликованных исследованиях первого автора применительно к данной проблеме. Рассмотрена возможная динамика отдельно взятой частицы шлама в гидравлическом контуре восходящего потока. Предполагается, что момент ее образования на забое совпадает с началом этапа вытеснения t_в рабочего цикла T пневматического вытеснителя.

Для обеспечения возможности попадания частицы шлама в наружную шламовую трубу 3, последняя должна пройти расстояние, равное l_к+l_ш ,выйти в пространство выше верхнего торца шламовой трубы 3 и на этапе заполнения t_зап опуститься в ее полость на расстояние, превышающее S_в-S₁. На рис. 1 этому расстоянию соответствует отрезок Sп₁. Это идеальный случай, который не всегда может быть реализован, поскольку расстояние на которое переместится частица шлама определяется интенсивностью восходящего потока на этапе вытеснения t_в и движения жидкости по инерции t_и. По этому могут быть следующие случаи. Они представляют отдельные траектории вычислительного процесса:

1. Интенсивность восходящего потока настолько мала, что частица шлама не отрывается от забоя.

2. Интенсивность восходящего потока достаточна для отрыва от забоя и выноса частицы шлама, но за этап вытеснения рабочего цикла она не успевает пройти расстояние S₁= l_к+l_ш .

3. Частица шлама в течении этапа вытеснения переходит в пространство выше верхнего торца наружной шламовой трубы 3 и в дальнейшем может реализовать один из следующих вариантов ее движения:

а) выносится в течении этапа вытеснения t_в и части этапа движения жидкости по инерции t_и;

б) некоторое время продолжает выноситься, останавливается и оседает до окончания этапа вытеснения (рис 2);

в)оседает до окончания этапа вытеснения;

Ниже приводится описание варианта 3б. Графическое отображение картины перемещения шлама применительно к нему (рис 2) выполнено на основании методики, приведенной в [2].

Фрагмент кривой ab показывает изменение скорости выноса частички шлама на участке длиной l_к+l_ш до момента входа ее на второй участок гидравлического контура (по истечении времени T₁). Фрагмент cd - изменение скорости выноса частички шлама на втором участке гидравлического контура до момента начала ее погружения. Время выноса ее на этом участке будет равно Т₁^’ Поскольку частица шлама не может мгновенно изменить скорость при переходе с одного участка на другой, то на кривой abcd будет присутствовать участок bc длительностью Dt . Масса частицы ничтожна, поэтому продолжительность Dt мала и в расчетах ею можно пренебречь. Фрагмент dekl показывает изменение скорости погружения частички шлама. На участке de частица разгоняется до постоянной скорости, c которой будет погружаться на участке ek до момента окончания этапа заполнения t_зап. На участке kl частичка будет затормаживаться восходящим потоком. Далее цикл повториться.

Площади фигур, ограниченных построенными кривыми и осью времени t (для наглядности они имеют разный фон заливки), представляют конкретные значения пути перемещения частичка шлама соответственно при ее выносе восходящим потоком и погружении на этапе заполнения вытеснительной камеры. Определив и сравнив эти площади, можно прогнозировать положение частички шлама по гидравлическому контуру скважины во время рабочего цикла пневматического вытеснителя при призабойной пульсирующей промывке.

При осуществлении одного из вышеприведенных вариантов третьего случая возможно накопление шлама в столбе жидкости. Модульная схема алгоритма метода прогнозирования локализации шлама приведена на рис.3.

При реализации модуля 3 используется методика [1]. При выполнении модуля 36 - методика [3]. Модуль 6 реализуется с по методике, изложенной в [3,4]. Шаг вычислений m принимается равным 0.001 м, так как расхождение в значении скорости координаты свободной поверхности жидкости, полученной при m=0.001 м и m=0.0001 м не превышает 0.01%.

Скорость выноса шлама на первом и втором участках восходящего потока определяется согласно [2].

Для расчета расстояния, на которое переместится частица шлама на конкретной итерации расчета используется метод трапеций.

Скорость выноса шлама С может быть отрицательна (часть графика ниже оси t). Поэтому вычислительным процессом на каждой итерации предусматривается проверка разности векторов  и  на знак.

Начать погружаться частичка шлама может до окончания этапа вытеснения и после него, т.е. на этапе движения жидкости по инерции. Поэтому, каждая итерация предусматривает дополнительные операции сравнения:

- значение координаты свободной поверхности жидкости х в вытеснительном цилиндре сравнивается с длиной цилиндра l_ц;

- сопоставляется расстояние S, на которое переместился шлам с длинной первого интервала S₁. Когда это расстояние превысит его длину это будет свидетельствовать о том, что частица шлама перешла на второй участок гидравлического контура.

Для своевременного подключения модулей предусмотрены «флаги» N1, N2, N3, N4.

Приведенная на рис. 3 модульная схема позволяет реализовать любую из вышеперечисленных траекторий вычислительного процесса и дает возможность прогнозировать локализацию шлама по высоте столба жидкости. Последнее применительно к призабойной пульсирующей промывке в практике буровой науки осуществляется впервые.

 

 

 

 

 

Библиографический список

1. Ивачев Л.М. Промывочные жидкости и тампонажные смеси :Учебник для ВУЗов. -М.:Недра, 1987. -242 с.

2. Филимоненко Н.Т. О возможности прогнозирования локализации шлама по длине столба жидкости за время рейса бурения при призабойной пульсирующей промывке скважин. // Научный сборник национальной горной академии Украины. -Вып.4.-Днепропетровск, 2000.-С. 86-88.

3. Филимоненко Н.Т., Неудачин Г.И. К вопросу расчета цикла погружного пневматического пульсационного насоса // Сб. Совершенствование техники и технологии бурения скважин на твердые полезные ископаемые. -Вып.7. -Свердловск, 1984. -С.31-42.

4. Филимоненко Н.Т., Комарь П.Л. К вопросу прогнозирования интенсивности призабойной пульсирующей промывки применительно к неньютоновской жидкости. // Совершенствование техники и технологии бурения скважин на твердые полезные ископаемые. -1993.- Вып.16. - с. 40-49.