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 tв рабочего цикла T пневматического вытеснителя.

Рис. 1 - Принципиальная схема.

Для обеспечения возможности попадания частицы шлама в наружную шламо-вую трубу 3, последняя должна пройти расстояние, равное l_к+l_ш ,выйти в пространство выше верхнего торца шламовой трубы 3 и на этапе заполнения tзап опуститься в ее полость на расстояние S_п1(рис.1). Это идеальный вариант, 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, которые будут представлять 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;

Рис. 2 - Перемещение частиц шлама.

Ниже приводится описание варианта 3б. Графическое отображение картины перемещения шлама применительно к нему (рис 2) выполнено на основании мето-дики, приведенной в [2]. Фрагмент кривой ab показывает изменение скорости выно-са частички шлама на участке длиной l_к+l_ш до момента входа ее на второй участок гидравлического контура (по истечении времени T₁). Фрагмент cd показывает изме-нение 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 Δt . Так как масса частицы ничтожна, то продолжительность Δt мала и в расчетах ею можно пренебречь. Фрагмент dekl показывает изменение скорости по-гружения частички шлама. На участке de частица разгоняется до постоянной скоро-сти, c которой будет погружаться на участке ek до момента окончания этапа запол-нения t_зап. На участке kl частичка будет затормаживаться восходящим потоком. Да-лее цикл повториться.

Площади фигур, ограниченных построенными кривыми и осью времени t (для наглядности они имеют разный фон заливки), представляют конкретные значе-ния 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 вытесните-ля 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.

Рис. 3 - Алгоритм метода прогнозирования локализации шлама.

При реализации модуля 3 используется методика [1]. При выполнении модуля 36 - методика [3].

Модуль 6 реализуется с помощью по методики, 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 конкрет-ной 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 V_в и U 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 ВУ-Зов. -М.:Недра, 1987. -242 с.

2. Филимоненко Н.Т. О возможности прогнозирования локализации шлама по дли-не столба жидкости за время рейса бурения при призабойной пульсирующей про-мывке скважин

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.