Реферат з теми випускної роботи
Актуальність теми
В ускладнених умовах буріння свердловин, пов'язаних з поглинанням промивальної рідини в проникні зони, приводить до значних економічних втрат. Не дивлячись на те, що об'єм бурових робіт на вугільних родовищах Донбасу різко знизився, загальна структура балансу непродуктивних втрат при їх проведенні практично не змінилася. На даний момент, економічне відродження країни зв'язується з розвитком вугільної галузі, що відноситься до вугільних родовищ, об'єктивно зростуть об'єми розвідувально-експлуатаційного буріння в умовах поглинання промивальної рідини, що приведе до зниження техніко-економічних показників бурових робіт, які проводяться при перетині проникних зон техногенного характеру.
Аналіз зарубіжного і вітчизняного досвіду буріння, також роботи, проведені в Донецькому національному технічному університеті [1, 2], показали, на скільки перспективне застосування в проникних зонах внутрішньосвердловинної пульсуючої промивки за допомогою погружних пульсаційних насосів. Відомі дослідження, пов'язані з очищенням промивальної рідини від шламу, направлені на активацію винесення твердої фази взвесенесущей суміші на денну поверхню з подальшим відділенням її у спеціальних пристосуваннях. Внутрішньосвердловинне очищення промивальної рідини, при розірваності гідравлічного контура свердловини проникною зоною, що не дозволяє винести шлам на денну поверхню, і можлива тільки від частини твердої фази, що знаходиться у висхідному потоці, що седиментує, з подальшим накопиченням її в зовнішній шламовій трубі.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами.
Робота є складовою частиною досліджень, виконані відповідно до наукового напрямку кафедри «Технології і техніки геологорозвідувальних робіт» Донецького національного технічного університету, що полягає в розробці технологій і технологічного устаткування для буріння в ускладнених умовах. Результати роботи сприятимуть реалізації цільової комплексної програми «Підвищення технічного рівня геологорозвідувальних, шахтно-геологічних робіт і технічного буріння на базі використання сучасних геолого-геофизических методів, техніки і технології буріння», а також державної програми «Метан вугілля», покликаних розширити паливно-енергетичні запаси України. У роботу включені дослідження, виконані Філімоненко Н.Т. в Донецькому національному технічному університеті на кафедрі технології і техніки геологорозвідувальних робіт в період з 1986-2009г.г.
Мета і завдання розробок і досліджень
Метою магістерської роботи є розробка рекомендацій, до конкретного об'єкту ведення робіт, що дозволяють оперативно у всьому спектрі умов застосування пульсуючої промивки на даному об'єкті давати прогноз по ступеню очищення промивальної рідини від шламу.
Поставлена мета визначила необхідність вирішення таких завдань:
- розрахувати граничний еквівалентний діаметр твердої частинки стосовно конкретних умов.
- будуватимуться залежності, які будуть апроксимуватися до конкретних функцій, що дозволяють оперативно прогнозувати розмір фракцій шламу, що збирається до шламової труби при пульсуючій промивці для різних умов буріння на даному об'єкті.
Апробація роботи
По темі магістерської роботи була представлена доповідь на IX Всеукраїнській студентській науково - технічній конференції «День науки - 2009» в місті Донецьк, 23 квітня 2009 року, яка проводилася на кафедрі технології і техніки геологорозвідувальних робіт Донецького національного технічного університету (ДонНТУ).
Локальний огляд досліджень і розробок
На кафедрі технології і техніки геологорозвідувальних робіт (ТТГР) ДонНТУ проводяться дослідження, що стосуються очищення промивальної рідини від шламу при внутрішньосвердловинній пульсуючій промивці в умовах водопоглинань. Великий внесок зробив к.т.н., доцент кафедри ТТГР Філімоненко н.Т. в розвиток наукових основ внутрішньосвердловинної пульсуючої промивки, що забезпечують підвищення ефективності бурових робіт.
Основний зміст роботи
Забезпечення очищення рідини від шламу при внутрішньосвердловинній пульсуючій промивці в умовах водопоглинань представляє дуже важливе завдання. Це викликано тим, що із-за розірваності гідравлічного контура проникної зони неможливо винести шлам висхідним потоком на денну поверхню, для подальшого відділення від рідини в желобной системі, відстійниках або гідроциклонах. Шлам, що тому осідає, збирається в шламову трубу, а останній - циркулюючи з постійно зростаючою концентрацією, забруднює і обважнює буровий розчин. Це призводить до погіршення роботи і зносу ПРІ, сприяє енергоємності процесу, підвищенню руйнування гірських порід, збільшується вірогідність прихвата бурувого інструменту, провокує подальше поглинання рідини унаслідок збільшення її гідростатичного тиску на рівні проникної зони, знижує роботу погружного технологічного устаткування в забрудненому середовищі. Отже, необхідно забезпечити максимально можливе зниження концентрації шламу в рідині за рахунок розширення тієї частини твердої фази, яка збиратиметься в шламовій трубі.
У теперішній час на кафедрі ТТГР проведені дослідження по переміщенню шламу в пульсуючому потоці рідини.
Наявність у робочому циклі пульсаційного насоса активної і пасивної частини, визначає реверсивний характер руху твердої фази з позитивною, нульовою і негативною різницею вертикальної складової переміщення частинок на активній х1 і пасивною х2 частинах робочого циклу (рис. 1) залежно від їх розміру, швидкості течії і властивостей рідини. За час однієї пульсації за умови (х1 < х2) частинка седиментує (рис. 1а); при рівності х1 і х2 - повернеться в горизонтальну площину, в якій знаходилася на початку пульсації (рис. 1б); у випадку якщо (х1 > х2) - частинка просунеться вгору (рис. 1в). Такий характер руху розповсюджується тільки на ті фракції, еквівалентний діаметр яких буде більше еквівалентного діаметру частинок d0, які не можуть осідати в спокійній неньютонівській рідині.
Встановлені критерії, що дозволяють розділити тверду фазу, що знаходиться в пульсуючому взвесенесущем потоці, на частини, що седиментують і виносяться, як по фракціям, так і по довжині потоку [3, 4, 5].
Анімація - вертикальна складова переміщення частинок твердої фази пульсуючого взвесенесущего потока (об'єм - 64KB, кількість кадрів - 10, кількість повторень - 7)
Найбільший інтерес представляє рух частинки з рівною вертикальною складовою на пасивній і активній частині роботи пульсаційного насоса. Вона розділяє всю тверду фазу за розміром фракцій на ту, що виноситься і седиментує в зовнішню шламову трубу частини, тому вона є критерієм, що розділяє всю тверду фазу по напряму руху (рис. 1б).
Були отримані формули, по яким можна розрахувати еквівалентний діаметр частинки в свердловині ньютонівської рідини (1), а так само неньютонівській в'язкопластичній (2) (модель рідини - Тіло Шведова) і неньютонівській слабоструктурованій (3) рідині (модель рідини - Тіло Бінгама) [4, 5].
де c0 - коефіцієнт опору при обтіканні частинки, який можна визначити з відомої залежності його від числа Рейнольдса Re (c0=f(Re))[5]; r - щільність частинки шламу.
де d0 - діаметр частинки, яка не зможе осідати в неньютонівській рідині.
Рис. 2 Вертикальна складова переміщення частинки граничного еквівалентного діаметру у висхідному пульсуючому потоку
1 - колонкова труба; 2 - зовнішня шламова труба; 3 - свердловина; 4 - бурильні труби.
По формулам (2) і (3) розрахунок граничного еквівалентного діаметру виконується чисельним методом. Для цього за допомогою ЕВМ здійснюється повний перебір значень граничного еквівалентного діаметру з метою пошуку такої величини, при якій забезпечується рівність (2) і (3) стосовно значень конкретних параметрів, що входять до них.
Простір над верхнім торцем зовнішньої шламової труби 2 (рис. 2), в межах якого переміщається частинка граничного еквівалентного діаметру, названо переходною зоною lп. [5, 6].
Отже, тверда фаза, що знаходиться в пульсуючому висхідному потоці, розміри фракцій якої перевищують граничний еквівалентний діаметр, не може переміститися на відстань щодо верхнього торця зовнішньої шламової труби більше, ніж довжина переходної зони.
Розширити частину твердої фази, що седиментує, в пульсуючому взвесенесущем потоці, шляхом зсуву граничного еквівалентного діаметру, визначуваного по формулах (1), (2), (3) у бік меншої фракції, можливо тільки змінюючи параметри робочого циклу пульсаційного насосу (tа і tц). Решта параметрів, що входять до цих формул, не доступна для оперативного регулювання в процесі буріння (рис. 3).
Рис. 3 Розширення частини твердої фази, що седиментує, в пульсуючому взвесенесущем потоці, шляхом зменшення граничного еквівалентного діаметру
Висновки
Використовуючи отримані в ході виконання робіт залежності (поки не приведені, оскільки на даний момент іагистерськая робота знаходиться у стадії розробки, після грудня 2009 року повний текст роботи можна отримати у автора або наукового керівника роботи) використовуватимуться для оперативного прогнозування ступеня очищення промивальної рідини від шламу, стосовно умов об'єкту бурових робіт, для яких вони розраховані.
Список літератури
1. Филимоненко Н.Т., Пилипец В.И. Некоторые результаты производственных испытаний технологии бурения скважины с применением погружного пневмонасоса. – Донецк, ДПИ, 1984. -10с. – Деп. В УкрНИИНТИ 12.10.1984№1734 Ук.84.
2. Филмоненко Н.Т. Разработка технологии промывки скважин в условиях водопоглощений с применением погружного пневматического пульсационного насоса.: Дисс. На соиск. уч. степ. канд. техн. Наук. – Ленинград, 1985, -174с.
3. Филимоненко Н.Т. Закономерности распределения фракций шлама в пульсирующем восходящем потоке/ Н. Т. Филимоненко // Наукові праці Донецького державного технічного універсітету. Серия: гірничо - геологічна. – Донецк:, ДонНТУ, 2006. вип.105 С. 123-138.
4. Филимоненко Н.Т. Движение шлама в пульсирующем взвесенесущем потоке, циркулирующем в призабойной зоне скважины / Н. Т. Филимоненко, А. А. Каракозов // Наукові праці Донецького державного технічного універсітету. Серия: гірничо - геологічна. – Донецк:, ДонНТУ, 2007. вип.:6(125) С. 125-130.
5. Филимоненко Н.Т. Переходная зона в потоке шлама, движущегося в призабойной зоне скважины, при пульсирующей промывке / Н. Т. Филимоненко // Наукові праці Донецького державного технічного універсітету. Серия: гірничо - геологічна. – Донецк:, ДонНТУ, 2008.
6. Шищенко Р.И. Гидравлика промывочных жидкостей / Р.И. Шищенко, Б.И. Есьман, П.И. Кондратенко.
7. Дерусов В.П. Обратная промывка при бурении геологоразведочных скважин. – М.: Недра, 1984. 184с.
8. Волокитенков А.А., Волков А.С., Толокнов И.И., Розин М.М. Технология отбора шлама при бурении скважин.- М: Недра, 1973.-200с.
9. Сулакшин С.С. Бурение геологоразведочных скважин М.: Недра, 1994.
10. Пульсационный насосный агрегат. А.с.1675576 СССР МКИ 4F04В47/00 / Филимоненко Н.Т., Русанов В.А., Каракозов А.А., Чаленко А.А.: Опубл. 07.09.1991. БИ №33.
На сайте рассмотрена возможная динамика отдельно взятой частицы шлама в гидравлическом контуре восходящего потока.
Автор: Муравская М.Л. Научный руководитель доц. Филимоненко Н.Т.
ДонНТУ > Портал магістрів Доннту || Об авторе | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | | Индивидуальный раздел