- •Теоретическая часть
- •Расчетная часть
- •Были проанализированы течения бурового раствора на каждом интервале и посчитаны на них потери давления.
- •Исходя из потерь на интервалах и иных потерь, были посчитаны давления, соответствующие своим точкам буровой скважины.
- •По значениям давлений в точках были построены графики зависимости давления от глубины и длины буровой скважины.
РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина
Кафедра нефтегазовой и подземной гидромеханики
Курсовая работа по гидравлике на тему:
«Анализ течения вязкопластического бурового раствора в бурящейся наклонной скважине
и построение графика давления»
Вариант №3
Выполнил: Стародубцев А.О.
Группа: НД-10-3
Проверила: Исакова Е.А.
Москва, 2012 г.
Содержание:
Введение 3
Теоретическая часть 6
Расчетная часть 7
Интервал 1 7
Интервал 2 8
Интервал 3 9
Интервал 5 10
Интервал 6 11
Интервал 7 12
Интервал 8 13
Иные потери давления 14
Расчет давления в точках 15
Графическая часть 16
Приложения 17
Выводы 18
Использованная литература 19
Введение
Что такое, вообще говоря, жидкость? Жидкость — агрегатное состояние вещества, обладающее свойством, отличающим её от других агрегатных состояний — способность неограниченно менять форму под действием механических напряжений, даже сколь угодно малых, практически сохраняя при этом объём. Это свойство называется текучестью, и именно благодаря нему мы отличаем жидкость от остальных агрегатных состояний. Собственно, жидкость и считается чем-то промежуточным между твердым телом и газом — газ не сохраняет ни объём, ни форму, а твёрдое тело сохраняет и то, и другое.
Другое важное свойство жидкостей, роднящее их с газами — это вязкость. Она определяется, как способность оказывать сопротивление перемещению одной из части относительно другой — то есть как внутреннее трение.
Когда соседние слои жидкости движутся относительно друг друга, неизбежно происходит столкновение молекул дополнительно к тому, которое обусловлено тепловым движением. Возникают силы, затормаживающие упорядоченное движение. При этом кинетическая энергия упорядоченного движения переходит в тепловую — энергию хаотического движения молекул.
Все обладающие вязкостью жидкости подразделяются на ньютоновские и неньютоновские.
Н ьютоновскими называются жидкости, течение которых подчиняется уравнению Ньютона-Петрова:
где — градиент скорости, показывающий изменение скорости течения жидкости du при переходе от слоя к слою, dn — расстояние между слоями жидкости; τ — касательное напряжение (напряжение трения); F — сила внутреннего трения; S — площадь поверхности соприкасающихся слоев жидкости; η — динамический коэффициент вязкости, или ньютоновская вязкость.
Кривая течения ньютоновских жидкостей, т.е. график зависимости касательного напряжения от градиента скорости, представляет собой прямую линию, выходящую из начала координат, с тангенсом угла наклона η (рис.1, линия 4).
Р ис.1. Кривые течения жидкостей:
1 — нелинейновязкопластичная,
2 — вязкопластичная,
3 — псевдопластичная,
4 — ньютоновская,
5 — дилатантная.
Ньютоновская вязкость η представляет собой силу трения, приходящуюся на единицу длины площади поверхности при градиенте скорости, равной единице. Она зависит только от температуры и давления и полностью характеризует поведение жидкости. Ньютоновскими, или нормальными характеристиками течения, обладают все газы, жидкости и растворы, имеющие небольшую молекулярную массу (вода, бензин и т. д.).
Неньютоновскими, или аномальными, называют жидкости, течение которых не подчиняется закону Ньютона. Таких, аномальных с точки зрения гидравлики, жидкостей немало. Они широко распространены в нефтяной, химической, перерабатывающей и других отраслях промышленности.
Все неньютоновские жидкости можно разделить на три группы:
1. Неньютоновские вязкие жидкости.
2. Неньютоновские нереостабильные жидкости.
3. Неньютоновские вязкоупругие жидкости.
Неньютоновские вязкие жидкости характеризуются тем, что их свойства не зависят от времени, а касательное напряжение является простой функцией градиента скорости. Они подразделяются на:
вязкопластичные жидкости;
псевдопластичные жидкости;
дилатантные жидкости;
нелинейно-вязкопластичные жидкости.
К ривая течения вязкопластичных жидкостей (рис. 1, линия 2) представляет собой прямую линию, пересекающую ось напряжений τ на расстоянии τ0 её начала. Течение таких жидкостей может быть описано уравнением Шведова-Бингама:
г де τ0 — статическое (предельное) напряжение; η — пластическая вязкость, численно равная тангенсу угла наклона кривой течения:
Если к вязкопластичной жидкости прикладывать напряжение сдвига, меньшим по величине, чем τ0, то такая жидкость будет оставаться в покое. Как только напряжение сдвига превысит τ0 вязкопластик начнет течь, как обычная ньютоновская жидкость. Иначе говоря, привести в движение вязкопластичную жидкость можно, лишь преодолев её статическое (предельное) напряжение — это полностью соответствует уже рассмотренной нами реологической модели Бингама.
Такое поведение вязкопластиков объясняется тем, что в жидкости, находящейся в покое, образуется жесткая пространственная структура, оказывающая сопротивление любому напряжению, меньшему τ0. При напряжениях, больших τ0, структура полностью разрушается и не препятствует движению жидкости. При напряжениях, меньших τ0, структура вновь восстанавливается, а жидкость перестает течь.
К вязкопластичным жидкостям можно отнести буровые растворы, сточные грязи, масляные краски, зубную пасту и т. д.
Для неньютоновских вязких жидкостей используется понятие кажущейся или эффективной вязкости. Использование эффективной вязкости позволяет приближенно рассчитывать движение аномальных сред по уравнениям и формулам, полученным для ньютоновских жидкостей.
Теоретическая часть
– Формула для нахождения числа Рейнольдса, где V – скорость,
– плотность раствора, – динамический коэффициент вязкости, Q – расход.
– Формула для нахождения критического числа Рейнольдса, также может быть найдено по кривой (Приложение 2).
– Формула для нахождения числа Хендстрена, где – динамическое напряжение сдвига.
– Формула для нахождения числа Сен – Венана.
– Формула для перепада давления в кольцевом пространстве при ламинарном режиме течения, где – длина участка, – коэффициент.
– Формула для вычисления коэффициента Сен–Венана – Ильюшина, также может быть найден по графику (Приложение 1).
– Формула Дарси – Вейсбаха для определения перепада давления в трубах, при турбулентном режиме течения.
– Формула для определения коэффициента гидравлического сопротивления в трубах.
Расчетная часть
Интервал 1 (кольцевое пространство между диаметром долота и наружным диаметром БТ – наклонный участок).
Вычислим число Рейнольдса:
Вычислим число Хендстрена:
Вычислим критическое число Рейнольдса:
Определим режим течения, сравнив значения критических чисел Рейнольдса с числами Рейнольдса:
Вычислим числа Сен-Венана:
Из графика зависимости параметра β от Se определим (приложение 1):
β1 = 0,8
Вычислим потери давления по длине:
Интервал 2 (кольцевое пространство между диаметром долота и наружным диаметром БТ – горизонтальный участок).
Вычислим число Рейнольдса:
Вычислим число Хендстрена:
Вычислим критическое число Рейнольдса:
Определим режим течения, сравнив значения критических чисел Рейнольдса с числами Рейнольдса:
Вычислим числа Сен-Венана:
Из графика зависимости параметра β от Se определим (приложение 1):
β2 = 0,8
Вычислим потери давления по длине:
Интервал 3 (кольцевое пространство между диаметром долота и наружным диаметром УБТ).
Вычислим число Рейнольдса:
Вычислим число Хендстрена:
Вычислим критическое число Рейнольдса:
Определим режим течения, сравнив значения критических чисел Рейнольдса с числами Рейнольдса:
Вычислим числа Сен-Венана:
Из графика зависимости параметра β от Se определим (приложение 1):
β3=0,6
Вычислим потери давления по длине:
Интервал 5 (трубное пространство - внутренний диаметр УБТ):.
Вычислим число Рейнольдса:
Вычислим число Хендстрена:
Вычислим критическое число Рейнольдса:
Определим режим течения, сравнив значения критических чисел Рейнольдса с числами Рейнольдса:
Рассчитаем значение потерь давления по длине:
, где
Интервал 6 (трубное пространство - внутренний диаметр ТБТ).
Вычислим число Рейнольдса:
Вычислим число Хендстрена:
Вычислим критическое число Рейнольдса:
Определим режим течения, сравнив значения критических чисел Рейнольдса с числами Рейнольдса:
Рассчитаем значение потерь давления по длине:
, где
Интервал 7 (трубное пространство на горизонтальном участке - внутренний диаметр БТ).
Вычислим число Рейнольдса:
Вычислим число Хендстрена:
Вычислим критическое число Рейнольдса:
Определим режим течения, сравнив значения критических чисел Рейнольдса с числами Рейнольдса:
Рассчитаем значение потерь давления по длине:
, где
Интервал 8 (трубное пространство на наклонном участке - внутренний диаметр БТ).
Вычислим число Рейнольдса:
Вычислим число Хендстрена:
Вычислим критическое число Рейнольдса:
Определим режим течения, сравнив значения критических чисел Рейнольдса с числами Рейнольдса:
Рассчитаем значение потерь давления по длине:
, где
Иные потери давления:
В обвязке –
За счёт замков в БТ –
За счёт замков в КП –
В долоте –
Расчет давления в точках:
Точка давления |
1 |
2 |
3 |
забой |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
Значение (МПа) |
0 |
18,72 |
19,98 |
20,06 |
21,28 |
22,03 |
23,46 |
26,52 |
19,26 |
19,34 |
Г рафическая часть
Р ис.2 График зависимости давления от глубины бурения скважины
Рис.3 График зависимости давления от длины бурения скважины
Приложения
П риложение 1
График зависимости безразмерного коэффициента βк, от числа Сен-Венана – Ильюшина: 1 - для труб; 2 - для соосного кольцевого пространства.
П риложение 2
Кривая критических значений числа Рейнольдса перехода в турбулентный режим
Выводы