Источник: Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: гірничо-геологічна. Вип. 23. Донецьк, ДонГТУ, 2001. С. 66-69.
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 lк+lш ,выйти в пространство выше верхнего торца шламовой трубы 3 и на этапе заполнения tзап опуститься в ее полость на расстояние Sп1(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 tв и движения жидкости по инерции tи. 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= lк+lш .
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 tв и части этапа движения жидкости по инерции tи;
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. Фрагмент кривой ab показывает изменение скорости выно-са частички шлама на участке длиной lк+lш 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 tзап. 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.
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 Vв 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 lц;
- 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.