Определение основных расчетных и экспериментальных параметров устройства по очистке ствола скважины

Цель. Обоснование конструктивного исполнения и режимных технологических параметров работы устройства поинтервальной очистки ствола скважины, исходя из установленных закономерностей формирования активных струй жидкости при обтекании лопастного элемента. Методика. Стендовыми и аналитическими приемами...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2016
Автори:	Давиденко, А., Ратов, Б., Игнатов, А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України 2016
Назва видання:	Розробка родовищ
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/133539
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Определение основных расчетных и экспериментальных параметров устройства по очистке ствола скважины / А. Давиденко, Б. Ратов, А. Игнатов // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2016. — Т. 10, вип. 3. — С. 52-58. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-133539
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1335392025-02-09T11:28:33Z Определение основных расчетных и экспериментальных параметров устройства по очистке ствола скважины Визначення основних розрахункових та експериментальних параметрів пристрою з очищення стовбура свердловини Determination of basic calculation and experimental parameters of device for bore hole cleaning Давиденко, А. Ратов, Б. Игнатов, А. Цель. Обоснование конструктивного исполнения и режимных технологических параметров работы устройства поинтервальной очистки ствола скважины, исходя из установленных закономерностей формирования активных струй жидкости при обтекании лопастного элемента. Методика. Стендовыми и аналитическими приемами исследований установлены основополагающие принципы формирования активных струй при обтекании лопастного элемента проектируемого устройства и характер их воздействия на объекты обработки. Результаты. В результате проведения стендовых исследований устройства поинтервальной очистки ствола скважины установлены аспекты механизма формирования активных струй жидкости. Изучено распределение скоростных составляющих в рабочем потоке. Обосновано применение винтовой поверхности для образования контура лопасти. На основе рассмотрения физической модели рабочего органа устройства получены данные относительно его конструктивного оформления. Приведены сведения об особенностях гидродинамики обтекания лопастного узла применительно процессу удаления шламовых скоплений. Обозначены показатели результативности применения проектируемого устройства. Научная новизна. Устойчивому режиму обтекания лопастного органа и как следствие удаления шламовых скоплений соответствуют вполне определенные конструктивные характеристики, определяющие гидродинамическую сторону функционирования устройства. Практическая значимость. Полученные результаты лабораторных и аналитических исследований являются базовыми для проектирования режимных параметров процесса подготовки скважины к спуску обсадной колонны и последующему тампонированию ствола с гарантированным обеспечением высоких технико-экономических показателей. Данные по изучению режима обтекания лопастного элемента представляют собой основу гидродинамического расчета устройства поинтервальной очистки. Мета. Обґрунтування конструктивного виконання технологічних і режимних параметрів роботи пристрою поінтервального очищення стовбура свердловини виходячи із встановлених закономірностей формування активних струменів рідини при обтіканні лопатевого елемента. Методика. Стендовими і аналітичними прийомами досліджень встановлені основні принципи формування активних струменів при обтіканні лопатевого елемента проектованого пристрою і характер їх впливу на об’єкти обробки. Результати. В результаті проведення стендових досліджень пристрою поінтервального очищення стовбура свердловини встановлені аспекти механізму формування активних струменів рідини. Вивчено розподіл швидкісних складових в робочому потоці. Обґрунтовано застосування гвинтової поверхні для утворення контуру лопаті. На основі розгляду фізичної моделі робочого органу пристрою отримані дані щодо його конструктивного оформлення. Наведено відомості про особливості гідродинаміки обтікання лопатевого вузла стосовно процесу видалення шламових скупчень. Визначені показники результативності застосування проектованого пристрою. Наукова новизна. Стійкому режиму обтікання лопатевого органу і як наслідок видалення шламових скупчень відповідають цілком певні конструктивні характеристики, що визначають гідродинамічну сторону функціонування пристрою. Практична значимість. Отримані результати лабораторних та аналітичних досліджень є базовими для проектування режимних параметрів процесу підготовки свердловини до спуску обсадної колони і подальшого тампонування стовбура з гарантованим забезпеченням високих техніко-економічних показників. Дані по вивченню режиму обтікання лопатевого елемента являють собою основу гідродинамічного розрахунку пристрою поінтервального очищення. Purpose. To substantiate the design and operating technological parameters of the device for the interval bore hole cleaning departing from the set dependences of active jets formation in the flow through the blade element. Methods. Application of bench and analytical research techniques allowed to establish the fundamental principles of active jets formation in the flow through the blade element of the designed device and the nature of their impact on the processed objects. Findings. Bench testing of the device for the interval bore hole cleaning resulted in defining aspects of the mechanism of active fluid jets formation. We studied the distribution of speed components in the workflow. The use of tilted surface for the formation of the blade profile has been justified. As a result of studying the physical model of the device working body, we received data regarding its structural design. Information about the peculiar hydrodynamics of the flow around the blade node with respect to the process of removing clay-mud agglomerates has been provided. The indicators of the effectiveness of the designed device were designated. Originality. The steady flow through the blade element and consequently the removal of clay-mud agglomerates is provided by well-defined structural design characteristics which determine hydrodynamic aspects of the unit operation. Practical implications. The results of laboratory and analytical studies are the base for designing the operating parameters of the process of preparing a bore hole for casing running and subsequent plugging of the bore hole with a guaranteed provision of high technical and economic indicators. Data for the study of the flow mode through the blade element are the basis for the hydrodynamic calculation of the device for the interval cleaning. Авторы считают необходимым выразить слова признательности всем сотрудникам кафедр техники разведки месторождений полезных ископаемых (Национальный горный университет, Днепропетровск, Украина) и технологии и техники бурения скважин (Национальный исследовательский технический университет им. К.И. Сатпаева, Алматы, Казахстан), так или иначе принимавшим участие в проведении стендовых исследований. 2016 Article Определение основных расчетных и экспериментальных параметров устройства по очистке ствола скважины / А. Давиденко, Б. Ратов, А. Игнатов // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2016. — Т. 10, вип. 3. — С. 52-58. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 2415-3435 DOI: dx.doi.org/10.15407/mining10.03.052 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/133539 622.244.4 ru Розробка родовищ application/pdf УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Цель. Обоснование конструктивного исполнения и режимных технологических параметров работы устройства поинтервальной очистки ствола скважины, исходя из установленных закономерностей формирования активных струй жидкости при обтекании лопастного элемента. Методика. Стендовыми и аналитическими приемами исследований установлены основополагающие принципы формирования активных струй при обтекании лопастного элемента проектируемого устройства и характер их воздействия на объекты обработки. Результаты. В результате проведения стендовых исследований устройства поинтервальной очистки ствола скважины установлены аспекты механизма формирования активных струй жидкости. Изучено распределение скоростных составляющих в рабочем потоке. Обосновано применение винтовой поверхности для образования контура лопасти. На основе рассмотрения физической модели рабочего органа устройства получены данные относительно его конструктивного оформления. Приведены сведения об особенностях гидродинамики обтекания лопастного узла применительно процессу удаления шламовых скоплений. Обозначены показатели результативности применения проектируемого устройства. Научная новизна. Устойчивому режиму обтекания лопастного органа и как следствие удаления шламовых скоплений соответствуют вполне определенные конструктивные характеристики, определяющие гидродинамическую сторону функционирования устройства. Практическая значимость. Полученные результаты лабораторных и аналитических исследований являются базовыми для проектирования режимных параметров процесса подготовки скважины к спуску обсадной колонны и последующему тампонированию ствола с гарантированным обеспечением высоких технико-экономических показателей. Данные по изучению режима обтекания лопастного элемента представляют собой основу гидродинамического расчета устройства поинтервальной очистки.
format	Article
author	Давиденко, А. Ратов, Б. Игнатов, А.
spellingShingle	Давиденко, А. Ратов, Б. Игнатов, А. Определение основных расчетных и экспериментальных параметров устройства по очистке ствола скважины Розробка родовищ
author_facet	Давиденко, А. Ратов, Б. Игнатов, А.
author_sort	Давиденко, А.
title	Определение основных расчетных и экспериментальных параметров устройства по очистке ствола скважины
title_short	Определение основных расчетных и экспериментальных параметров устройства по очистке ствола скважины
title_full	Определение основных расчетных и экспериментальных параметров устройства по очистке ствола скважины
title_fullStr	Определение основных расчетных и экспериментальных параметров устройства по очистке ствола скважины
title_full_unstemmed	Определение основных расчетных и экспериментальных параметров устройства по очистке ствола скважины
title_sort	определение основных расчетных и экспериментальных параметров устройства по очистке ствола скважины
publisher	УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
publishDate	2016
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/133539
citation_txt	Определение основных расчетных и экспериментальных параметров устройства по очистке ствола скважины / А. Давиденко, Б. Ратов, А. Игнатов // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2016. — Т. 10, вип. 3. — С. 52-58. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
series	Розробка родовищ
work_keys_str_mv	AT davidenkoa opredelenieosnovnyhrasčetnyhiéksperimentalʹnyhparametrovustrojstvapoočistkestvolaskvažiny AT ratovb opredelenieosnovnyhrasčetnyhiéksperimentalʹnyhparametrovustrojstvapoočistkestvolaskvažiny AT ignatova opredelenieosnovnyhrasčetnyhiéksperimentalʹnyhparametrovustrojstvapoočistkestvolaskvažiny AT davidenkoa viznačennâosnovnihrozrahunkovihtaeksperimentalʹnihparametrívpristroûzočiŝennâstovburasverdlovini AT ratovb viznačennâosnovnihrozrahunkovihtaeksperimentalʹnihparametrívpristroûzočiŝennâstovburasverdlovini AT ignatova viznačennâosnovnihrozrahunkovihtaeksperimentalʹnihparametrívpristroûzočiŝennâstovburasverdlovini AT davidenkoa determinationofbasiccalculationandexperimentalparametersofdeviceforboreholecleaning AT ratovb determinationofbasiccalculationandexperimentalparametersofdeviceforboreholecleaning AT ignatova determinationofbasiccalculationandexperimentalparametersofdeviceforboreholecleaning
first_indexed	2025-11-25T21:22:12Z
last_indexed	2025-11-25T21:22:12Z
_version_	1849798933811822592
fulltext	Founded in 1900 National Mining University Mining of Mineral Deposits ISSN 2415-3443 (Online) \| ISSN 2415-3435 (Print) Journal homepage http://mining.in.ua Volume 10 (2016), Issue 3, pp. 52-58 52 UDC 622.244.4 http://dx.doi.org/10.15407/mining10.03.052 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАСЧЕТНЫХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА ПО ОЧИСТКЕ СТВОЛА СКВАЖИНЫ А. Давиденко1, Б. Ратов2, А. Игнатов1 1Кафедра техники разведки месторождений полезных ископаемых, Национальный горный университет, Днепропетровск, Украина 2Кафедра технологии и техники бурения скважин, Казахский национальный исследовательский технический университет им. К.И. Сатпаева, Алматы, Республика Казахстан Ответственный автор: e-mail aleks_dan1610@rambler.ru, тел. +380562466346, факс: +380562466346 DETERMINATION OF BASIC CALCULATION AND EXPERIMENTAL PARAMETERS OF DEVICE FOR BORE HOLE CLEANING O. Davydenko1, B. Ratov2, A. Ighnatov1 1Techniques Prospect of Deposits Department, National Mining University, Dnipropetrovsk, Ukraine 2Technology and Technique of Drilling Wells Department, Kazakh National Research Technical University named after К.I. Satpayev, Almaty, Republic of Kazakhstan Corresponding author: e-mail aleks_dan1610@rambler.ru, tel. +380562466346, fax: +380562466346 ABSTRACT Purpose. To substantiate the design and operating technological parameters of the device for the interval bore hole cleaning departing from the set dependences of active jets formation in the flow through the blade element. Methods. Application of bench and analytical research techniques allowed to establish the fundamental principles of active jets formation in the flow through the blade element of the designed device and the nature of their impact on the processed objects. Findings. Bench testing of the device for the interval bore hole cleaning resulted in defining aspects of the mecha- nism of active fluid jets formation. We studied the distribution of speed components in the workflow. The use of tilted surface for the formation of the blade profile has been justified. As a result of studying the physical model of the device working body, we received data regarding its structural design. Information about the peculiar hydrody- namics of the flow around the blade node with respect to the process of removing clay-mud agglomerates has been provided. The indicators of the effectiveness of the designed device were designated. Originality. The steady flow through the blade element and consequently the removal of clay-mud agglomerates is provided by well-defined structural design characteristics which determine hydrodynamic aspects of the unit operation. Practical implications. The results of laboratory and analytical studies are the base for designing the operating pa- rameters of the process of preparing a bore hole for casing running and subsequent plugging of the bore hole with a guaranteed provision of high technical and economic indicators. Data for the study of the flow mode through the blade element are the basis for the hydrodynamic calculation of the device for the interval cleaning. Keywords: bore hole, vugg, clay-mud agglomerates, device for cleaning, drilling fluid, active jet, flow rate 1. ВВЕДЕНИЕ Надежность эксплуатации скважины, как канала, предназначенного для разведки или отработки пла- стов полезных ископаемых, почти целиком опреде- ляется качеством выполнения работ по креплению и тампонированию ее ствола. Особенно существенным этапом в цикле обозначенных операций, без преуве- личения, являются мероприятия, связанные с обра- боткой ствола скважины и конкретно его каверноз- ных интервалов (в более общем случае местных уширений) – объектов интенсивного шламонакопле- ния со всеми вытекающими из этого последствиями (Budnikov, Bulatov, & Makarenko, 1996). Отмеченное в равной мере относится к нефтегазовым, гидрогео- логическим и геотехнологическим скважинам, чему нередко не уделяется должного внимания. В полном соответствии со сказанным, поиск путей совершен- ствования схемы подготовительных работ: весьма актуальное и перспективное направление (Ashok, Ambrus, Van Oort, Zenero, & Behounek, 2015). Этому обстоятельству и была подчинена идея создания ряда O. Davydenko, B. Ratov, A. Ighnatov. (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(3), 52-58 53 устройств поинтервальной очистки, использующих энергию активных струй, формирование которых осуществляется посредством реализации тех или иных гидродинамических явлений в жидкости. Де- тальные стендовые исследования таких механизмов подтвердили правильность и обоснованность зало- женных в них конструктивных схем исполнения (Davidenko, Ratov, Ighnatov, & Tulepbergenov, 2016). В то же время, был обнаружен и достаточно сложный характер их работы, связанный с особенностями, как скважинных условий функционирования, так и про- цессов протекания жидкости сквозь исполнительный орган устройств, а в данном случае – лопастной. Задачи, стоящие перед рассматриваемыми устройствами, накладывают свой ощутимый отпеча- ток на всю структурную схему их расчета и техноло- гических основ работы, что было установлено в ре- зультате комплексного изучения всего цикла: от мо- делирования шламонакопления в кавернозных ин- тервалах до удаления отложений. Несмотря на распространенность лопастных ма- шин во многих отраслях техники (Bansal, 2005) и существование удовлетворительных методик проек- тирования последних, проведенные исследования обнаружили целый спектр бесспорно важных част- ных вопросов, не имеющих своего отражения в тео- ретических работах в рамках указанной тематики и неукоснительно требующих своего разрешения. Только на основе рассмотрения ключевых принципов действия устройства поинтервальной очистки сква- жины и разработки подробной его технологической характеристики возможно кардинальное повышение показателей буровых работ. 2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Проблематика, связанная с движением жидкости, встречается во многих сферах науки и техники (Hussian, Abdullah, & Alimuddin, 2009), причем клас- сифицировать круг возникающих задач можно по типу формирующихся течений, а именно по наличию или отсутствию свободной поверхности, а также замкнутости или безграничности пространства (Hydraulics, 1992). Все перечисленные обстоятель- ства являются взаимозависимыми и вносящими кор- рективы в гидравлику течений. Рассматривая особенности кинематики лопастно- го узла устройства поинтервальной очистки, можно увидеть, что его конструктивное оформление придает ему возможность обладать сложным движением – вращательным и поступательным. При вращении устройства, под действием сил давления рабочего органа на жидкость, создается ее вынужденное перемещение. Максимальная степень эффективности применения устройства поинтерваль- ной очистки проявится только в случае приобретения активным потоком жидкости заданных гидравличе- ских характеристик, являющихся производной числа оборотов лопастного органа с соответствующими видоизменениями, обусловленными геометрией ис- полнительного механизма и канала течения. Течения жидкости, вызванные рабочим органом устройства поинтервальной очистки, могут быть классифицированы по направлениям линий тока, визуализировать которые удалось введением в поток малоинерционных твердых частиц, при этом можно различить три их главных типа: осевое (аксиальное), радиальное, тангенциальное. На Рисунке 1 представ- лено схематичное распределение скоростей при вра- щении лопастного механизма исследуемого устрой- ства, безотносительно к его форме, где стрелками показаны наиболее характерные траектории переме- щения струй активного потока и его пространствен- ная структура. Рисунок 1. Схема разложения абсолютной скорости на составляющие при работе устройства Совершенно очевидно, что форма лопасти напря- мую будет влиять на механизм формирование актив- ного потока и соотношение в нем составляющих абсолютной скорости. Проведенными ранее стендо- выми исследованиями (Ighnatov, 2016) была убеди- тельно доказана ведущая роль в процессе разрушения шламовых скоплений именно осевой составляющей активного потока, вместе с тем, наличие прочих те- чений в некоторой степени также способствует ин- тенсификации удаления содержимого каверн. Со- гласно принятой конструктивной схеме изготовления лопасти, в основу ее образования положена винтовая поверхность, в связи с чем программой опытов было предусмотрено экспериментальное обоснование це- лесообразности такого решения. В соответствии со сказанным, стендовые исследо- вания были направлены на изучение влияния техно- логического решения в конструкции лопасти в аспек- те формирования рабочего потока с детализацией составляющих его абсолютной скорости. Следует отметить, что в ходе проведения опытов был уста- новлен довольно сложный механизм взаимодействия лопастного узла с промывочной жидкостью, прояв- ляющейся не только в строго индивидуальном гид- родинамическом характере каждой формы рабочего органа, наличии всей группы составляющих потока, но и зависимости от целого ряда скважинных факто- ров. Полученные в результате обработки экспери- O. Davydenko, B. Ratov, A. Ighnatov. (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(3), 52-58 54 ментальных материалов опытные данные, представ- лены в Таблице 1; в ней указан процентный вклад каждой из скоростей, формируемых конкретным исследуемым лопастным элементом в интегральный показатель – абсолютную скорость потока. При этом под коэффициентом перекрытия nK подразумевает- ся отношение расстояния от оси вращения устрой- ства до контрольной точки к общей длине лопасти. Таблица 1. Структура потока при различных формах рабочего органа устройства поинтервальной очистки Тип лопастей Составляющие абсолютной скорости, % осевая радиальная тангенциальная оv pv тv Коэффициент перекрытия nK 0.25 0.50 0.75 1.00 0.25 0.50 0.75 1.00 0.25 0.50 0.75 1.00 Пластинчатая 6 4 3 1 11 9 5 3 83 87 92 96 Постоянного шага 26 23 20 18 72 65 36 30 2 12 44 52 Профилированная 43 42 39 32 53 52 51 49 4 6 10 19 Винтовая 75 74 68 57 23 22 28 31 2 2 4 12 Анализ приведенных в Таблице 1 данных, убеди- тельно подтверждает вывод о кардинальном влиянии формы лопасти на структуру активных струй. В слу- чае пластинчатых лопастей поток характеризуется, в целом, лишь тангенциальной составляющей и ни- чтожно малыми значениями прочих; отсюда следует, что такая форма лопастей практически непригодна для проектируемого устройства. Претерпевает значи- тельного изменения картина обтекания при исполь- зовании других форм; они отличаются высокими показателями значений радиальной и осевой состав- ляющих скорости потока, причем в отношении фор- мирования последней винтовые наиболее эффектив- ны. Обозначенное, в отдельных случаях, трансфор- мируется при изменении частоты вращения устрой- ства; для лопастей постоянного шага и профилиро- ванных при количестве оборотов в минуту равном 150 и более возрастают тангенциальные, и, в особен- ности, радиальные составляющие при одновремен- ном значительном снижении осевых, а дальнейший рост частоты вращения приводит к их однообразию в отношении гидродинамики обтекания. Сравнительно мало подвержены влиянию частоты вращения на циркуляционные процессы винтовые лопасти; в ши- роком диапазоне величин оборотов они отличаются достаточно устойчивым режимом обтекания. Хотя профилированные лопасти и несколько проще в из- готовлении по сравнению с винтовыми и по гидро- динамическим характеристикам приближаются к ним, но все же их применение требует соблюдения определенных режимных параметров работы устрой- ства и скважинных условий, что не всегда возможно обеспечить. Кроме того, следует отметить, что пара- метры потока изменяются в зависимости от положе- ния по высоте относительно плоскости вращения лопастного органа измерительных приборов – это свидетельствует о наличии взаимного влияния кон- тролируемых составляющих. Таким образом, обос- нованность применения винтовой поверхности для образования контура лопасти можно считать экспе- риментально подтвержденной. Анализируя форму контура винтовой лопасти, можно убедиться, что радиальной и тангенциальной составляющей абсолютной скорости потока ее гид- родинамические особенности можно характеризовать лишь косвенно. Эти параметры для указанной формы лопасти будут влиять на значения скоростей потока, рассматриваемого в сложном движении относитель- но рабочего элемента и корпуса устройства, и изме- рение величин которых прямыми методами вызывает значительные затруднения (Deych & Zaryankin, 1984). На Рисунке 2 представлена подвижная система координат, связанная с лопастным элементом и вра- щающаяся относительно оси с угловой скоростью ω . Рисунок 2. Схема движения лопастного элемента устрой- ства во вращающейся системе координат Для произвольной точки L , положение которой задается радиус-вектором r  , значение переносной скорости u  , найдется как векторное произведение угловой скорости ω и радиус-вектора r  (Рис. 2) ru  ×= ω . (1) Направление скорости u  определяется нормалью к плоскости, образованной осью вращения и радиус- вектором r  . Откуда абсолютная скорость равна: ( )rwc  ×+= ω , (2) где: w  – относительная скорость потока жидкости. O. Davydenko, B. Ratov, A. Ighnatov. (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(3), 52-58 55 Уравнение движения жидкости в абсолютной си- стеме координат для любой произвольной точки примет вид (Shterenlikht, 2008): cpE dt cd  2∇+∇+= μρρ , (3) где: p – давление, Па; E  – напряженность массовых сил; ∇ – оператор Гамильтона; μ – динамическая вязкость жидкости, Па·с. Применяя векторное соотношение, будем иметь: crotrotc  −=∇2 , (4) согласно чему, получим следующую форму урав- нения (3): crotrotpE dt cd  υ ρ −∇−= 1 , (5) где: υ – кинематическая вязкость жидкости, м2/с. Однако при работе устройства будет присутство- вать также его перемещение вдоль оси скважины ow  , для учета этого необходимо преобразовать (5), выра- зив все величины в системе координат, связанной с лопастным органом. Обозначим через Lw  относи- тельную скорость жидкости в точке ( )rL  , а Lu  пере- носную скорость в той же точке, тогда: ( )rwu oL  ×+= ω ; (6) ( )rwwuwc oLLL  ×++=+= ω . (7) После проведения соответствующих преобразо- ваний окончательно получим следующее уравнение движение, учитывающие реальные условия работы устройства в скважине: crotrot rup E dt cd L  υω ρ −        −+∇−= 22 2 0 22 , (8) где: 0r – расстояние от рассматриваемой точки до оси вращения устройства. Пользуясь гипотезой Н.Е. Жуковского о стацио- нарности движения (Falkovich, 2011) примем, что оно установившееся в системе координат, связанной с устройством. Тогда будем иметь: constwo =  , const=ω , а массовые силы обладают потенциалом UE ∇−=  . При таких условиях уравнение (8) запи- шется в виде: crotrot rwp U dt cd  υω ρ −        −++∇−= 22 2 0 22 , (9) где: U – потенциал поля напряжения массовых сил. Предположение о стационарности применительно к рассматриваемому устройству будет трактоваться следующим образом. Движение жидкости относи- тельно лопастного элемента рассматривается во вра- щающейся системе координат, а значит при таких условиях оно установившееся. Кроме того, исследо- вание характера изменения скорости активного пото- ка оv (Рис. 3) позволило установить, что ее величина является периодической функцией времени, завися- щей от частоты вращения n и повторяющей свои значения после каждого полного цикла оборота ло- пастного элемента устройства иt . Рисунок 3. Циклический график изменения скорости активного потока в зависимости от часто- ты вращения устройства Таким образом, уравнение (9) будет вполне спра- ведливым в приложении к условиям работы меха- низма, но все величины, входящие в него должны быть не мгновенными, а средними. Следует подчерк- нуть, что представленные на Рисунке 3 зависимости, являются результатом обработки экспериментальных данных по одной форме лопасти минимальной ши- рины; с ее увеличением пики кривых становятся более пологими и практически сливаются в прямую, параллельную оси абсцисс. Для проверки адекватности полученных результа- тов были проведены исследования, конечной целью которых было сравнение аналитически и экспери- ментально полученных значений скорости активного потока (Рис. 4). Данные Рисунка 4 дают основание говорить о хо- рошей корреляционной сходимости величин скоро- стей (Shmoylova, 2002). Изучение совокупности дан- ных выявило следующее: расхождение 74% расчет- ных и опытных значений не превышает 12%. В отношении изложенного материала нужно за- метить, что приведенные экспериментально-аналити- ческие зависимости позволяют рассматривать лопастной механизм как сплошной диск или отдель- но действующие элементы, с соответствующими ограничительными условиями, бесспорно влияющи- ми на конечный результат. Довольно интересные результаты обнаружили опытные работы, обращен- ные на изучение процесса формирования лопастным органом осевой составляющей активного потока. O. Davydenko, B. Ratov, A. Ighnatov. (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(3), 52-58 56 Рисунок 4. Корреляционный график сходимости значе- ний скорости потока В качестве вариационных параметров исследуе- мого рабочего элемента были частота вращения и угловые характеристики его профильного сечения, изменялись также структурно-механические свойства жидкости; сравнение полученных данных осуществ- лялось с аналитически рассчитанными. На Рисунке 5 показан один из характерных графиков. Рисунок 5. Значения осевой составляющей скорости активного потока Исходя из анализа графических зависимостей, изображенных на Рисунке 5 можно сделать ряд важ- ных выводов. Экспериментальные значения осевой составляющей скорости потока заметно превышают таковые, полученные аналитическим путем, причем эта тенденция справедлива для всего диапазона ра- циональных величин угловых характеристик лопаст- ного элемента (Ighnatov, 2016). За их пределами кар- тина течения активного потока резко изменяется, в особенности для ньютоновских жидкостей (Shteren- likht, 2008). Наличие определенных структурно- механических свойств положительно сказывается на процессе формирования струй, причем, в отдельных случаях, даже для тех форм лопастного органа, для которых при использовании воды устойчивый режим течения не наблюдается. Значительный объем масси- ва опытных данных и ограниченность возможности подробного их изложения не позволяют привести весь материал исследований, однако общая его направленность и тематичность обозначены. Заслуживающими внимания будут и данные относи- тельно продолжительности времени обработки кавер- нозных интервалов, которые представлены в Таблице 2. Таблица 2. Продолжительность цикла обработки кавер- нозных скоплений Тип лопастей Коэффициент кавернозности K 2 – 3 3 – 4 Частота вращения устройства, мин-1 n 100 200 300 100 200 300 Винтовые 14 8 7 12 10 9 Профили- рованные 20 14 12 16 13 12 Из материалов, приведенных в Таблице 2, следу- ет, что на продолжительность цикла обработки влия- ет не только частота вращения, но и конструктивное исполнение формы лопасти. Очевидно следующее: рост частоты вращения приводит к более яркому проявлению радиальной составляющей абсолютной скорости, которая в целом положительно сказывается на результатах обработки каверн. Последнее может быть объяснено более масштабным влиянием на мест- ные уширения значительных поперечных размеров. 3. ВЫВОДЫ Стендовыми и теоретическими исследованиями выявлены основные гидродинамические характери- стики потока, определяющие направленность и ре- зультаты процесса обработки кавернозных зон. В результате моделирования работы лопастного органа устройства поинтервальной очистки обоснована вин- товая форма профильного сечения рабочего органа. Детально изучен механизм формирования осевой составляющей скорости активного потока. Достовер- ность полученных данных доказана методами мате- матической статистики. Итогом построения физиче- ской модели работы рассматриваемого устройства стало установление действительных форм течения жидкости сквозь лопастную систему и взаимодей- ствия со шламовыми кавернозными скоплениями. Комплексные стендовые исследования являются обя- зательным этапом на пути создания эффективной технологии подготовки ствола скважины к креплению. БЛАГОДАРНОСТЬ Авторы считают необходимым выразить слова признательности всем сотрудникам кафедр техники разведки месторождений полезных ископаемых (Национальный горный университет, Днепропет- ровск, Украина) и технологии и техники бурения скважин (Национальный исследовательский техниче- ский университет им. К.И. Сатпаева, Алматы, Казахстан), так или иначе принимавшим участие в проведении стендовых исследований. O. Davydenko, B. Ratov, A. Ighnatov. (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(3), 52-58 57 REFERENCES Ashok, P., Ambrus, A., Van Oort, E., Zenero, N., & Behounek, M. (2015). Plug the Value Leak: Fix Your Drilling Data. World Oil, 236(10), 35-42. Bansal, R. (2005). Fluid Mechanics and Hydraulic Machines. New Delhi: Laxmi publications LTD. Budnikov, V., Bulatov, A., & Makarenko, P. (1996). Problemy mekhaniki i zakanchivaniia skvazhin. Moskva: Nedra. Davidenko, A., Ratov, B., Ighnatov, A., & Tulepbergenov, A. (2016). K voprosu o neobkhodimosti obrabotki kavernoz- nykh zon skvazhin. Vestnik KazNITU, 114(2), 139-147. Deych, M., & Zaryankin, A. (1984). Gidrogazodinamika. Mos- kva: Energoatomizdat. Falkovich, G. (2011). Fluid Mechanics. Cambridge: Cambridge University Press. http://dx.doi.org/10.1017/cbo9780511794353 Hussian, Z., Abdullah, M., & Alimuddin, Z. (2009). Basic Fluid Mechanics and Hydraulic Machines. Malaysia: CRC Press. Hydraulics. (1992). Moline, IL. Ighnatov, A. (2016). Technological Characteristics of the De- vice for Bore Hole Cleaning. Mining of Mineral Deposits, 10(2), 85-90. Shmoylova, R. (2002). Obschaya teoriya statistiki. Moskva: Finansy i statistika. Shterenlikht, D. (2008). Hidravlika. Moskva: Energoatomizdat. ABSTRACT (IN UKRAINIAN) Мета. Обґрунтування конструктивного виконання технологічних і режимних параметрів роботи пристрою поінтервального очищення стовбура свердловини виходячи із встановлених закономірностей формування акти- вних струменів рідини при обтіканні лопатевого елемента. Методика. Стендовими і аналітичними прийомами досліджень встановлені основні принципи формуван- ня активних струменів при обтіканні лопатевого елемента проектованого пристрою і характер їх впливу на об’єкти обробки. Результати. В результаті проведення стендових досліджень пристрою поінтервального очищення стовбура свердловини встановлені аспекти механізму формування активних струменів рідини. Вивчено розподіл швидкі- сних складових в робочому потоці. Обґрунтовано застосування гвинтової поверхні для утворення контуру ло- паті. На основі розгляду фізичної моделі робочого органу пристрою отримані дані щодо його конструктивного оформлення. Наведено відомості про особливості гідродинаміки обтікання лопатевого вузла стосовно процесу видалення шламових скупчень. Визначені показники результативності застосування проектованого пристрою. Наукова новизна. Стійкому режиму обтікання лопатевого органу і як наслідок видалення шламових скуп- чень відповідають цілком певні конструктивні характеристики, що визначають гідродинамічну сторону функ- ціонування пристрою. Практична значимість. Отримані результати лабораторних та аналітичних досліджень є базовими для про- ектування режимних параметрів процесу підготовки свердловини до спуску обсадної колони і подальшого там- понування стовбура з гарантованим забезпеченням високих техніко-економічних показників. Дані по вивченню режиму обтікання лопатевого елемента являють собою основу гідродинамічного розрахунку пристрою поінтер- вального очищення. Ключові слова: свердловина, каверна, шламові скупчення, пристрій для обробки, промивальна рідина, активний струмінь, швидкість потоку ABSTRACT (IN RUSSIAN) Цель. Обоснование конструктивного исполнения и режимных технологических параметров работы устрой- ства поинтервальной очистки ствола скважины, исходя из установленных закономерностей формирования ак- тивных струй жидкости при обтекании лопастного элемента. Методика. Стендовыми и аналитическими приемами исследований установлены основополагающие прин- ципы формирования активных струй при обтекании лопастного элемента проектируемого устройства и харак- тер их воздействия на объекты обработки. Результаты. В результате проведения стендовых исследований устройства поинтервальной очистки ствола скважины установлены аспекты механизма формирования активных струй жидкости. Изучено распределение скоростных составляющих в рабочем потоке. Обосновано применение винтовой поверхности для образования контура лопасти. На основе рассмотрения физической модели рабочего органа устройства получены данные относительно его конструктивного оформления. Приведены сведения об особенностях гидродинамики обтека- ния лопастного узла применительно процессу удаления шламовых скоплений. Обозначены показатели резуль- тативности применения проектируемого устройства. Научная новизна. Устойчивому режиму обтекания лопастного органа и как следствие удаления шламовых скоплений соответствуют вполне определенные конструктивные характеристики, определяющие гидродинами- ческую сторону функционирования устройства. Практическая значимость. Полученные результаты лабораторных и аналитических исследований являют- ся базовыми для проектирования режимных параметров процесса подготовки скважины к спуску обсадной колонны и последующему тампонированию ствола с гарантированным обеспечением высоких технико- экономических показателей. Данные по изучению режима обтекания лопастного элемента представляют собой основу гидродинамического расчета устройства поинтервальной очистки. Ключевые слова: скважина, каверна, шламовые скопления, устройство для обработки, промывочная жидкость, активная струя, скорость потока O. Davydenko, B. Ratov, A. Ighnatov. (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(3), 52-58 58 ARTICLE INFO Received: 23 June 2016 Accepted: 3 August 2016 Available online: 30 September 2016 ABOUT AUTHORS Oleksandr Davydenko, Doctor of Technical Sciences, Head of the Techniques Prospect of Deposits Department, National Mining University, 19 Yavornytskoho Ave., 9/409, 49005, Dnipropetrovsk, Ukraine. E-mail: aleks_dan1610@rambler.ru Boranbai Ratov, Doctor of Technical Sciences, Head of the Technology and Technique of Drilling Wells Department, Kazakh National Research Technical University named after К.I. Satpayev, 22 Satpayeva St, 050013, Almaty, Republic of Kazakhstan. E-mail: ratov69@mail.ru Andrii Ighnatov, Senior Instructor of the Techniques Prospect of Deposits Department, National Mining University, 19 Yavornytskoho Ave., 9/409, 49005, Dnipropetrovsk, Ukraine. E-mail: A_3000@i.ua

Определение основных расчетных и экспериментальных параметров устройства по очистке ствола скважины

Репозитарії

Схожі ресурси