Пиши Дома Нужные Работы

Обратная связь

Параметры насыщенного пара воды

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВО «РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Серго Орджоникидзе» (МГРИ-РГГРУ)

 

_________________________________________________________________________ ­­­­­­

 

КАФЕДРА СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

 

В.В. Куликов

 

ЦИРКУЛЯЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Учебное пособие

 

МОСКВА, 2016г.

 

Куликов В.В. Циркуляционные процессы. Учебное пособие. Москва, МГРИ-РГГРУ, 2016 год.

 

 


 


Оглавление

  стр
   
Литература
Раздел 1. Гидропривод
Раздел 2. Гидравлика (техническая механика жидкости)
Раздел 3. Основные параметры состояния и свойства жидкости
Раздел 4. Основное уравнение гидростатики
Раздел 5. Режимы течения жидкости
Раздел 6. Уравнение Бернулли для стационарного потока жидкости
Раздел 7. Уравнение расхода (сплошности) жидкости
Раздел 8. Гидравлические сопротивления
Раздел 9. Относительное движение жидкости и твердого тела
   
   
   
   
   
   

 

Литература

Общие вопросы гидравлики, гидромашин и гидропривода:

1. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. – М.: Недра, 1982

2. Альтшуль А.Д., Животовский Л.С., Иванов Л.П. Гидравлика и аэродинамика. - М.: Стройиздат, 1987.

3. Башта Т.М. Объёмные насосы и гидродвигатели гидросистем: Учебник для вузов. – М.: Машиностроение, 1974.

4. Васильев Б.А., Грецов Н.А. Гидравлические машины: Учебник для вузов. – М.: Агропромиздат, 1988.

5. Гейер В.Г., Дулин В.С., Заря А.Н. Гидравлика и гидропривод. – М.: Недра, 1991.*



6. Емцев Б.Т. Техническая гидромеханика: Учебник для вузов. – М.: Машиностроение, 1987.

7. Задачник по гидравлике, гидромашинам и гидроприводу: Учебное пособие для вузов./Б.Б.Некрасов, И.В.Фатеев, Ю.А. Беленков и др. Под ред. Б.Б.Некрасова. – М.: Высш. шк., 1989.

8. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. – М.: Машиностроение, 1975.

9. Лямаев Б.Ф. Гидроструйные насосы и установки. – Л.: Машиностроение, 1988.

10. Сборник задач по гидравлике. Под. ред. Л.Г.Колпакова – М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2007.

11. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. – М.: Энергоатомиздат, 1989.

12. Чугаев Р.Р. Гидравлика: Учеб. для вузов. – Л.: Энергоиздат, 1982.

13. Штеренлихт Д.В. Гидравлика: Учеб. для вузов. – в 2-х кн. – М.: Энергоатомиздат, 1991.

 

Промывка скважин жидкостями:

1. Астрахан И.М., Иванников В.Г., Кадет В.В., Кочина И.Н., Евгеньев А.Е., Розенберг Г.Д. Сборник задач по гидравлике и газодинамике для нефтегазовых вузов. – М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2007.

2. Беликов В.Г., Булатов А.И., Уханов Р.Ф., Бондарев В.И. Промывка при бурении, креплении и цементировании скважин. – М.: Недра, 1974.

3. Булатов А.И., Просёлков Ю.М., Рябченко В.И. Технология промывки скважин. – М.: Недра, 1981.

4. Бурение разведочных скважин: Учеб. для вузов / Н.В. Соловьев, В.В. Кривошеев, Д.Н. Башкатов и др.; Под общ. ред. Н.В. Соловьева. – М.: Высш. школа, 2007.*

5. Ганджумян Р.А., Калинин А.Г., Никитин Б.А. Инженерные расчеты при бурении глубоких скважин: Справочное пособие / Под ред. А.Г. Калинина. – М.: РГГРУ, 2007.*

6. Ганджумян Р.А., Калинин А.Г., Сердюк Н.И. Расчеты в бурении: Справочное пособие / Под ред. А.Г. Калинина. – М.: РГГРУ, 2007.*

7. Дерусов В.П. Обратная промывка при бурении геологоразведочных скважин. – М.: Недра, 1984.

8. Есьман Б.И., Габузов Г.Г. Термогидравлические процессы при бурении скважин. – М.: Недра, 1991.

9. Калинин А.Г., Радин А.И., Соловьев Н.В., Бронников И.Д., Тунгусов А.А. Учебное пособие по курсу «Технология бурения разведочных скважин на жидкие и газообразные полезные ископаемые» (Первая часть). – М.: РГГРУ, 2007.*

10. Леонов Е.Г., Исаев В.И. Гидроаэромеханика в бурении: Учеб. для вузов. – М.: Недра, 1987.

11. Леонов Е.Г., Исаев В.И. Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин. Ч.1. Гидроаэромеханика в бурении. - М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2006.

12. Маковей Н. Гидравлика бурения. – М.: Недра, 1986.*

13. Рабинович Е.З. Гидравлика. – М.: Недра, 1980.

14. Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин. –
в 2-х томах. / Под общ. ред. Е.А. Козловского. – М.: Недра, 1984.*

15. Шищенко Р.И., Есьман Б.И. Практическая гидравлика в бурении. – М.: Недра, 1966.

 

Промывочные жидкости и тампонажные смеси:

1. Боголюбский К.А., Соловьёв Н.В., Букалов А.А. Практикум по курсу «Промывочные жидкости и тампонажные смеси» с основами гидравлики. – М.: МГРИ, 1991.*

2. Данюшевский В.С., Алиев Р.М., Толстых И.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам. – М.: Недра, 1987.

3. Ивачёв Л.М. Промывочные жидкости и тампонажные смеси: Учебник для вузов. – М.: Недра, 1987.*

 

Промывка скважин газожидкостными смесями (ГЖС) и продувка воздухом:

1. Бурение разведочных скважин: Учебник для вузов./Н.В. Соловьев, В.В. Кривошеев, Д.Н. Башкатов и др.; Под общей редакцией Н.В. Соловьева. – М.: Высшая школа, 2007.*

2. Ганджумян Р.А., Калинин А.Г., Никитин Б.А. Инженерные расчеты при бурении глубоких скважин: Справочное пособие./Под редакцией А.Г. Калинина. – М.: ОАО Издательство «Недра», 2000.*

3. Ганджумян Р.А., Калинин А.Г., Сердюк Н.И. Расчеты в бурении: Справочное пособие. /Под редакцией А.Г. Калинина. – М.: РГГРУ.2007.*

4. Инструкция по бурению скважин и вскрытию продуктивных пластов с использованием газообразных агентов. / И.В.Белей, И.П.Елманов, Р.Г.Карлов и др. – М.: ВНИИБТ, 1994.

5. Инструкция по применению ПАВ при бурении с продувкой. / А.С.Бронзов, Н.С.Макурин, В.М.Васюк, Т.И.Вадовская. – М.: ВНИИБТ, 1968.

6. Козловский А.Е., Козлов А.В. Бурение скважин с промывкой пеной (основы теории и эксперимента). Техн. и технол. геол.-развед. работ. Обзор. – М.: ЗАО «Геоинформмарк», 1999.

7. Кудряшов Б.Б., Кирсанов А.И. Бурение разведочных скважин с применением воздуха. – М.: Недра, 1990.*

8. Леонов Е.Г., Исаев В.И. Гидроаэромеханика в бурении: Учеб. для вузов. – М.: Недра, 1987.

9. Леонов Е.Г., Исаев В.И. Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин. Ч.1. Гидроаэромеханика в бурении. - М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2006.

10. Маковей Н. Гидравлика бурения. – М.: Недра, 1986.*

11. Межлумов А.О. Использование аэрированных жидкостей при проводке скважин. – М.: Недра, 1976.

12. Методические рекомендации по бурению скважин бескерновым способом с очисткой забоя пенами (на примере Норильского рудного района)./ А.И.Кирсанов, В.Г.Вартыкян, Н.С.Вулисанов и др. – Л.: ВИТР, 1985.

13. Методические рекомендации по бурению скважин с пеной на твёрдые полезные ископаемые. / А.М.Яковлев, В.И.Коваленко, В.Г.Вартыкян и др. – Л.:ЛГИ, 1985.

14. Соловьёв Н.В., Чихоткин В.Ф., Богданов Р.К., Закора А.П. Ресурсосберегающая технология алмазного бурения в сложных геологических условиях. – М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 1997.*

15. Яковлев А.М., Коваленко В.И. Бурение скважин с пеной на твёрдые полезные ископаемые. – Л.: Недра, 1987.

 

Скважинные гидромашины и буровой гидропривод:

1. Алексеев В.В., Сердюк Н.И. Рациональный выбор средств подъёма воды (раствора) по гидрогеологическим скважинам: Учебное пособиею – М.: МГГРУ, 2005.*

2. Бурение разведочных скважин: Учебник для вузов./Н.В. Соловьев, В.В. Кривошеев, Д.Н. Башкатов и др.; Под общей редакцией Н.В. Соловьева. – М.: Высшая школа, 2007.*

3. Ибатулов К.А. Гидравлические машины и механизмы в нефтяной промышленности. – М.: Недра, 1972.

4. Караев М.А. Гидравлика буровых насосов. – М.: Недра, 1983.

5. Кирсанов А.Н., Зиненко В.П., Кардыш В.Г. Буровые машины и механизмы. – М.: Недра, 1981.*

6. Симонянц С.Л. Технология бурения скважин гидравлическими забойными двигателями: Учебное пособие. / РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина. – Н.Новгород, изд-во «Вектор ТиС», 2007.

7. Специальные работы при бурении и оборудовании скважин на воду. / Д.Н.Башкатов, С.Л.Драхлис, В.В.Сафонов, Г.П.Квашнин. – М.: Недра, 1988.*

8. Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин. –
в 2-х томах. / Под общ. ред. Е.А. Козловского. – М.: Недра, 1984.*

9. Теория и практика газлифта. / Ю.В.Зайцев, Р.А.Максутов, О.В.Чубанов и др. – М.: Недра, 1987.

10. Ушаков А.М. Гидравлические системы буровых установок. – Л.: Недра, 1988.

 

 

* - имеется в учебном фонде библиотеки МГРИ-РГГРУ

Гидропривод

Гидропривод – это совокупность устройств, предназначенных для передачи посредством жидкости механической энергии от источника (приводящего двигателя) потребителю (рис.1).

 

Рис. 1. Структурная блок-схема гидропривода:

 

1-

гидропередача (гидротрансмиссия)
насос;

2- напорная гидролиния;

3- гидродвигатель (гидромотор);

4- аппаратура управления, контроля и защиты;

5- гидробак;

6- всасывающая гидролиния;

7- сливная гидролиния;

8-

в состав гидропривода не входят
источник энергии;

9- потребитель энергии.

 

В состав гидропривода в общем случае входят:

- гидропередача (насос + напорная гидролиния + гидродвигатель);

- аппаратура управления, контроля и защиты (клапаны, дроссели, манометры, расходомеры и т.д.);

- гидробак (емкость для рабочей жидкости);

- всасывающая магистраль насоса;

- сливная магистраль гидродвигателя.

 

У насоса давление на выходе при работе выше, чем на входе. У гидродвигателя – наоборот. На выходе из насоса получают поток жидкости, на выходе из гидродвигателя – перемещение его выходного звена (штока поршня, ротора, винта, турбинного колеса и пр.).

Гидравлические машины (насосы и гидродвигатели) бывают объемные и динамические. К объемным машинам можно отнести поршневые (плунжерные; плунжер – это поршень, длина которого превышает диаметр), пластинчатые, винтовые, роторно-поршневые, шестеренные, аксиально-поршневые и др. К динамическим машинам относятся лопастные (центробежные и осевые) и нелопастные (вихревые, струйные, шнуровые и пр.).

Объемные поршневые насосы в бурении применяют для промывки и цементирования скважин, а объемные поршневые гидродвигатели – в качестве силовых гидроцилиндров различного назначения. Забойными объемными гидродвигателями являются винтовые машины, а забойными динамическими (центробежными) – турбобуры. Центробежные и струйные насосы применяют для скважинных откачек воды и нефти.

В составе разделенной (не имеющей единого корпуса) объемной гидропередачи имеются объемный насос, напорная гидролиния и объемный гидродвигатель (пример – поршневой насос + колонна бурильных труб + винтовой забойный двигатель). Динамическая разделенная гидропередача (в бурении отсутствует) включает динамический насос, напорную гидролинию и динамический гидродвигатель. Комбинированная разделенная передача состоит из объемного насоса, напорной гидролинии и динамического двигателя (пример – поршневой насос + колонна бурильных труб + турбобур) или из динамического насоса, напорной гидролинии и динамического двигателя (в бурении отсутствует).

К неразделенным (в едином корпусе) динамическим гидропередачам относят гидротрансформаторы и гидромуфты (пример – гидродинамический тормоз буровой лебедки). У неразделённых гидропередач напорная гидролиния отсутствует.

 

 

Принцип действия поршневого насоса (рис. 2) заключается в следующем: при перемещении поршня вправо объем рабочей камеры насоса (поршневой полости цилиндра) увеличивается, давление в ней снижается, становится меньше атмосферного. За счет разницы давлений (атмосферного P0 и абсолютного P в рабочей камере) открывается всасывающий клапан, и жидкость из емкости поступает в насос. При движении поршня влево увеличивается давление P, закрывается всасывающий клапан, открывается нагнетательный и жидкость поступает в нагнетательную магистраль.

Перекачиваемая жидкость выполняет по отношению к насосу функции охлаждающего и смазывающего агентов. Недопустима работа насоса «всухую» (трение, нагрев, износ). Препятствует вытеканию жидкости из всасывающей линии обратный клапан.

 

Рис. 2. Упрощенная схема поршневого насоса простого действия:

 

1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – шток поршня;

кривошипно-ползунный механизм  
4 – ползун;

5 – шатун;

6 – кривошип;

7 – нагнетательная магистраль; 8 – нагнетательный клапан; 9 – всасывающий клапан; 10 – всасывающая магистраль;

храпок
11 – обратный клапан;

12 – фильтр;

13 – емкость;

Ωугл – угловая скорость кривошипа;

P0 – атмосферное давление;

P – абсолютное давление в рабочей камере;

Hвс.max – максимальная высота всасывания жидкости насосом.

 

 

Гидравлика

Термин «циркуляционные процессы» при бурении нефтяных и газовых скважин используется как обобщающий применительно к движению жидкостей как в поверхностных условиях (например, в системе очистки и приготовления бурового раствора), так и в условиях внутрипластового и скважинного пространства (например, при фильтрации пластового флюида к скважине, при течении промывочной жидкости в бурильном инструменте и затрубном пространстве).

Циркуляционные процессы при бурении нефтяных и газовых скважин исследуются и описываются при помощи методов технической механики жидкости, называемой, для краткости, гидравликой.

Гидравлика(техническая механика жидкости) – это наука о законах равновесия и движения жидкостей и тел в жидкостях.

Гидравлика включает в себя не только собственно механику жидкости, но и необходимые разделы химии, термодинамики и др. наук.

Жидкость– это физическое тело (жидкое агрегатное состояние тела), обладающее свойством текучести, т.е. способное течь (флюид).

Жидкости, как и газы, легко изменяют форму, но, в отличие от газов, малосжимаемы.

Гидравлика состоит из следующих разделов:

1.Гидростатика – изучает равновесие жидкостей и тел в жидкостях.

2.Кинематика – изучает геометрию движения жидкостей (без учета сил).

3.Гидродинамика – изучает движение жидкостей и тел в жидкостях с учетом действующих сил.

Основные параметры состояния и свойства жидкости

Параметрами состояния называют физические величины, характеризующие состояние жидкости в данный момент времени.

Основными параметрами являются:

 

1. Абсолютное давление Р [Па] = [Н/м2],

, (1)

 

где F - сила, Н; f - площадь, м2.

Давление вызвано силами отталкивания молекул при приложении сжимающих усилий к жидкости.

Ро - атмосферное давление: Р = Ро ≈ 1 ат = 1кгс/см2 ≈ 105 Па ≈ 10 мвс.

Давление всегда нормально поверхности, на которую оно действует.

 

2. Абсолютная температура Т [К]

, (2)

 

где t - температура в °С.

 

3. Плотность ρ [кг/м3]

ρ = m / V = M/Q, (3)

 

где m - масса, кг; V - объём, м3; М – массовый расход, кг/с; Q – объёмный расход, м3/с.

Плотность жидкости в бурении измеряют ареометром. Для воды при
t0 = 4 °С плотность равна 1000 кг/м3, обычно для глинистых растворов
ρ = 1000 ÷ 1300 кг/м3, для газожидкостных смесей (ГЖС - аэрированных жидкостей, пен, аэрозолей) ρ < 1000 кг/м3, для воздуха (при атмосферном давлении) ρ = 1,3 кг/м3, для цементных растворов ρ = 1500 ÷ 3000 кг/м3, для нефти ρ = 800 ÷ 980 кг/м3.

Если при данной температуре tнп (температура насыщенного пара) давление жидкости снизится до величины Рнп (давление насыщенного пара) или при данном Рнп температура увеличится до tнп, жидкость начнет переходить в пар. Если пузырьки пара всплывают на поверхность, то процесс называют кипением жидкости. Если пузырьки пара попадают в условия (высокое давление, низкая температура), где пар переходит в жидкость, то процесс называют кавитацией жидкости (табл. 1).

Параметры насыщенного пара воды

Таблица 1

Температура tнп, °С
Абсолютное давление Рнп, Па 0,0061·105 0,0081·105 1,013·105 220,8·105

 

Давление, возникающее в процессе кавитации при почти мгновенном переходе пара в жидкость, составляет десятки мегапаскалей и может приводить к кавитационной эрозии поверхностей. По этой причине ограничивают максимальную высоту всасывания насосов, применяют кавитационностойкие покрытия и материалы. Искусственно создаваемая кавитационная эрозия может способствовать разрушению горных пород при бурении и декольматажу фильтров и прифильтровых зон буровых скважин.

Вязкость - способность жидкостей оказывать сопротивление сдвигу.

Вязкость проявляется в виде сил внутреннего трения при сравнительно малых скоростях сдвига.

Поведение многих буровых жидкостей подчиняется двум базовым законам трения - Ньютона и Бингама.

Жидкости, подчиняющиеся первому закону называются ньютоновскими жидкостями (НЖ - вода, нефть, эмульсии, масла гидросистем, а также воздух, газы и их смеси. аэрозоли и пр.). НЖ приходят в движение при касательных напряжениях τ > 0, начальное напряжение сдвига τо, определяющее начало движения, отсутствует: τо = 0.

Жидкости, подчиняющиеся второму закону трения называются бингамовскими жидкостями (БЖ - глинистые растворы, пены, аэрированные жидкости, цементные растворы, некоторые пасты и пр.). БЖ начинают течь только при превышении значения τо, т.е. для БЖ τо > 0.

 

µ0 = ν0·ρ, (4)

 

где µ0 - абсолютная (динамическая) вязкость, Па.с; ν0 - кинематическая вязкость, м2/c.

Абсолютная вязкость глинистых растворов, называемая пластической (структурной), может колебаться в широком диапазоне:

µ0 = 0,004 ÷ 0,02 Па·с.

Кинематическая вязкость нефти также сильно варьирует:

ν0= 1,2 ÷ 55·10-6 м2/с.

Вязкость существенно зависит от температуры t0(°С) и не зависит от давления. Для воды справедлива формула Пуазёйля (5):

, Па × с. (5)

 

Добавки поверхностно-активных веществ (ПАВ) в промывочную жидкость существенно снижают вязкость.

Часто применяемое на практике понятие "условная вязкость" (время истечения из воронки фиксированного объёма жидкости), строго говоря, вязкостью вообще не является, а представляет собой обобщенный показатель реологических свойств. Точный пересчёт условной вязкости в абсолютную невозможен.

Абсорбцией называется поглощение объёмом жидкости газа, контактирующего с её поверхностью. Абсорбируемое (растворённое) количество газа приблизительно пропорционально его давлению (закон Генри).

При повышении температуры и при понижении давления растворённые газы выделяются из жидкости. Выделившиеся газы (воздух) ухудшают рабочие свойства масел гидроприводов буровых установок. Выделившийся в пласте из нефти или воды газ снижает проницаемость коллектора. Давление насыщения пластовой нефти Рнас (не путать с Рнп) - избыточное давление, при котором из нефти при данной температуре начинают выделяться первые пузырьки растворённого в ней газа. Если над пластовой нефтью имеется газовая шапка, то Рнас = Рпл (пластовое давление). Если Рпл > Рнас, то нефть недосыщена газом, свободный газ в пласте отсутствует.






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2017 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.