УДК: 622.243.14.

 

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ НЕНЬЮТОНОВСКОЙ ЖИДКОСТИ ПО ИНЕРЦИИ ПРИ РАБОТЕ ПУЛЬСАЦИОННОГО ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ВЫТЕСНИТЕЛЯ

 

кандидат техн. наук Филимоненко Н.Т. (ДонГТУ)

 

Опыт бурения в условиях поглощения промывочной жидкости показал эффективность технологии призабойной пульсирующей промывки скважин с помощью погружных пневматических вытеснителей [1]. Технология экономична, так как не требует доставки на объект работ промывочной жидкости, и экологична, поскольку промывка скважины осуществляется естественным очистным агентом.

Характер промывки обусловлен рабочим циклом пневматического вытеснителя, состоящим из трех этапов: вытеснение промывочной жидкости, движение ее по инерции и заполнение вытеснительной камеры. По сравнению с традиционной, этот вид промывки имеет отличительные особенности, а именно: непостоянство на этапе вытеснения и отсутствие на этапе заполнения рабочего цикла пневматического вытеснителя; зависимость от параметров рабочего и очистного агента и конкретных условий бурения.

Прогнозирование интенсивности процесса призабойной циркуляции должно быть максимально достоверным, поскольку визуально она не контролируется. Таким образом, исследование процесса призабойной циркуляции жидкости на всех этапах рабочего цикла пневматического вытеснителя представляется весьма важным.

В настоящей статье приводятся результаты исследования второго этапа рабочего цикла. Ранее проведенные работы в этом плане были выполнены применительно к воде (ньютоновской жидкости) [2]. Практика показывает, что вода при длительной внутрискважинной циркуляции, контактируя с различными породами, слагающими ее стенки, приобретает свойства, близкие к неньютоновской жидкости. Особенно это наблюдается при контакте с породами глинистого комплекса, повсеместно распространенными в геологических разрезах Донбасса. Образующийся при этом естественный глинистый раствор представляет собой классическую неньютоновскую жидкость. Для неньютоновской жидкости на численное значение параметра Рейнольдса Re*, определяющего режим течения жидкости в трубах и кольцевом пространстве скважины, кроме скорости течения и ее плотности влияют величины структурной вязкости h и статического напряжения сдвига t₀. Причем эти два параметра варьируют в значительных пределах, как применительно к конкретному очистному агенту, так и в течении рейса бурения. Поэтому, не учитывать неньютоновские характеристики жидкости при движении ее по инерции представляется некорректным.

Для изучения этапа движения жидкости по инерции применялся энергетический подход, т.е. закон изменения кинетической энергии материальной системы. Согласно этому закону изменение кинетической энергии системы (движущегося объема жидкости) при переходе ее из начального в текущее положение равно сумме работ на этом перемещении всех внутренних и внешних сил, приложенных к точкам системы.  

В табл. 1 и табл.2 приведены результаты расчета движения жидкости по инерции в скважинах диаметром 0.093 м. и 0.112 м. при следующих ее параметрах :r = 1010 кг/м³, h = 0.01 Пас, t₀ = 1 Па.

Табл.1 - результаты расчета движения жидкости (r = 1010 кг/м³, h = 0.01 Пас, t₀ = 1 Па.)по инерции в скважине диаметром 0.093 м.

Длина бурильных труб под вытеснителем,	Давление жидкости в вытеснительной камере перед выхлопом	Заглубление вытеснительной камеры	Смещение условной координаты x поверхности жидкости к концу этапа движения ее по инерции, м		Продолжительность этапа движения жидкости по инерции, с
l3, м	P, Па.	Н, м	Подвижный уровень	Неподвижный уровень	Подвижный уровень	Неподвижный уровень
20	450000	15	0.069600	0.125400	0.82	0.68
		20	0.000300	0.101600	0.04	0.62
		25	0.000300	0.071500	0.03	0.54
40		15	0.081600	0.145800	1.13	0.45
		20	0.040500	0.116400	0.95	0.39
		25	0.000400	0.080600	0.12	0.25
100		15	0.087000	0.053500	2.41	1.02
		20	0.042400	0.039200	0.54	0.45
		25	0.000900	0.019500	0.11	0.78

Табл.2 - результаты расчета движения жидкости (r = 1010 кг/м³, h = 0.01 Пас, t₀ = 1 Па.)по инерции в скважине диаметром 0.112 м.

Длина бурильных труб под вытеснителем,	Давление жидкости в вытеснительной камере перед выхлопом	Заглубление вытеснительной камеры	Смещение условной координаты x поверхности жидкости к концу этапа движения ее по инерции, м		Продолжительность этапа движения жидкости по инерции
l3, м	P, Па.	Н, м	Подвижный уровень	Неподвижный уровень	Подвижный уровень	Неподвижный уровень
20	450000	15	0.041000	0.096900	0.45	0.69
		20	0.009600	0.041000	0.26	0.63
		25	0.000200	0.054600	0.02	0.59
40		15	0.046300	0.109000	0.65	0.95
		20	0.011000	0.011000	0.33	0.88
		25	0.000200	0.059700	0.02	0.79
100		15	0.046600	0.111900	0.82	0.88
		20	0.010300	0.087800	0.49	0.79
		25	0.000600	0.059300	0.20	0.63

Анализ данных, приведенных в таблицах, позволяет сделать вывод, что продолжительность этапа движения жидкости по инерции незначительна. Однако, игнорировать этот этап при прогнозировании ожидаемого расхода промывочной жидкости при призабойной пульсирующей подаче было бы не целесообразно, поскольку при наличии в скважине большого столба жидкости последний будет обладать инерционными свойствами. Разработанная автором методика позволяет оценить инерционный циркуляционный процесс неньютоновской жидкости для любых условий.

 

Библиографический список

 

1. Филимоненко Н.Т., Пилипец В.И. Некоторые результаты производственных испытаний технологии бурения скважин с применением погружного пневмонасоса. -Донецк, ДПИ, 1984. -10с. -Деп. В УкрНИИНТИ 12.10.1984 N1734 Ук.84.

2. 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.

3. 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.