Изчисления, свързани с използването на газово-течни смеси
Консумацията на въздух за сондиране с промиване на кладенеца с аерирана сондажна течност (ABR) се определя основно от необходимата плътност на сместа газ-въздух. За да се изчисли плътността на ABR, която осигурява условието за равновесие в системата кладенец-резервоар, може да се използва изразът [виж формула (3.5)].
Обемът на въздуха Qv (m3/min) на единица обем флуид Qf (l/s), инжектиран в кладенеца, съвместно характеризира степента на аерация
(15.22)
Поради доста високото съдържание на газообразната съставка в тях (α=5÷50), ABR са силно компресируеми. Тяхната плътност зависи от дълбочината на кладенеца и намалява по време на циркулация от дъното към устието.
За приблизително изчисляване на степента на аерация, необходима за получаване на необходимото налягане в кладенеца при специфични геоложки и технически условия, се препоръчва да се използва номограмата, построена от Ф. Поетман и В. Бергман (фиг. 15.1) за дълбочина на кладенеца до 3048 m, когато температурата на дъното по време на циркулация не надвишава 64,4 ° C.
Изчислителните формули за определяне на налягането в различни елементи на циркулационната система, получени от местни и чуждестранни изследователи, са сложни и неудобни, а в някои случаи и неприемливи за практически изчисления. В инженерните изчисления можете да използвате резултатите от експериментални изследвания.
За да установите минималното количество течна фаза, което осигурява ефективно отстраняване на изрезките, можете да използвате графиката (фиг. 15.2), построена от американски специалисти въз основа на резултатите от теренни проучвания в кладенец с дълбочина 1520 m, покрит с тръби с диаметър 219 mm.
Фиг.15.2. Графика на промяната на налягането в кладенеца (1) иотносителна повдигаща сила на потока аерирана течност (2) в зависимост от дебита на течността при постоянен въздушен поток
Крива 1 представлява действителното дънно налягане при различни степени на аерация (доставянето на различни количества флуид варира от 3,8 до 18 l/s при постоянен дебит на въздуха от 44-46 m3/min), нарастващо приблизително пропорционално на увеличаването на дебита на флуида.
Крива 2 характеризира носещата способност на възходящия поток на LBR в зависимост от степента на аерация.
На фиг. 15.3 показва промяната на налягането в циркулационната система на кладенец с дълбочина 280 m, покрит с тръби с диаметър 324 mm, при различни скорости на въздушния поток.
Отделни участъци от графиката характеризират падането на налягането в различни елементи на системата: 1-2 - в 114-mm сондажни тръби; 2-3 - и 146 mm UBT; 3-4 - в турбоборшина; 4-5 - в бита (с централен отвор с диаметър 50 mm) и в пръстеновидното пространство (между турбоборшината и бормашината); 5-6 - в пръстена зад сондажните тръби.
Ориз. 15.3. Разпределение на налягането в кладенеца с директна циркулация на аерирана течност (Q=28,7 l/s)
Когато се използва пяна като циркулиращ агент, скоростта в пръстена ve=0,5+1,5 m/s е достатъчна. Ниските стойности на плътността на печката и пяната допринасят за успешното проникване на слабо циментирани скали и зони на загуба на кал и позволяват да се препоръча при отваряне на продуктивни образувания.
Разпределението на налягането в различни елементи на циркулационната система (по-специално в пръстена) при пробиване с пяна зависи от степента на аерация (варира в широк диапазон от 20 до 200 или дори повече) и консумацията на въздух.
Опитно е установено, че при идентичниусловия (скорост на потока и степен на аерация), налягането в пръстеновидното пространство при използване на пяна е по-ниско, отколкото в случай на използване на ABR (фиг. 15.4).
Ориз. 15.4 Разпределение на налягането в пръстена (Q=3 l/s, α=40, обемна фракция на сулфанол 1%): 1 - пяна; 2 - газиран вол; 3 - вода
Промяната в налягането в потока на пяната по дълбочината на кладенеца (ако се пренебрегнат инерционните загуби) се описва с уравнението
(15.23)
където p - налягане на дълбочина h, MPa; ρ - плътност на пяната при налягане p, kg/m3; λ - коефициент на хидравлично съпротивление; v - скорост на потока на пяната, m / s [знакът "+" в уравнение (15.23) се отнася за възходящ поток от пяна, "-" - за низходящ]; D - диаметър на тръбата, m.
Обработката на експериментални данни за циркулацията на двуфазна пяна в тестов кладенец с дълбочина 1500 m позволи да се установи, че коефициентът λ може да се приеме равен на 0,03.
Пример 12.5. Определете степента на аерация на инжектирания в кладенеца ABR, ако въздушният поток Qw=35 m3/min, а течната фаза Ql=21 l/s. Решение. От израз (12.22) намираме
Пример 12.6. Изчислява се степента на аерация на изходната сондажна течност с плътност ρb.r=1020 kg/m3 за получаване на ABR с плътност ρabr=720 kg/m3 при следните първоначални данни дълбочина на сондажа 1768 m; средна температура по сондажа Т=64,4°С.
Решение. От точката на абсцисата, съответстваща на дълбочина 1768 m, се изчертава вертикална линия до пресечната точка с кривата на плътност ABR, съответстваща на плътност 720 kg/m3 (0,72 g/cm3 на номограмата).
Начертайте хоризонтална линия от пресечната точка до пресечната точка с кривата, съответстваща на разликата ρb.r - ρabr, т.е. 1,02-0,72=0,3 g/cm3. От точката на пресичане на тези линии възстановяваме перпендикуляра към горната хоризонтална скала, върху коятополучаваме стойността на необходимата степен на аерация: α=Qw/Ql=9,43 m3/m3, т.е. за единица време са необходими 9,43 m3 въздух на 1 m3 разтвор.
Изчисляването на обемните дебити на въздуха и течната фаза (воден разтвор на повърхностноактивни вещества, приток на вода) се основава на опита от пробиване с пяна. Общият обемен дебит на течната фаза, като се вземат предвид притоците на вода в кладенеца, е в диапазона 2,5·10 -4 ÷1,5·10 -3 m3/s.
Обемният дебит на въздуха за производство на пяна може да се определи от съотношението
където Qzh е обемният дебит на течната фаза, като се вземе предвид притока на вода в кладенеца. m3/s; Qv - обемен въздушен поток при атмосферно налягане (1 10 5 Pa), m3/s; α - същото като във формулата (15.22).
Изчисляването на налягането на инжектиране по време на циркулацията на пяната в кладенеца се извършва подобно на изчислението с издухване на въздух и се извършва в посока, обратна на потока.
Приблизителното налягане на впръскване на пяната Рn.p може да се изчисли по формулата
където Рzab - налягане на дъното на кладенеца при възходящ поток на дълбочина h, равна на дълбочината на кладенеца, MPa; Δρ1=0,035÷0,05 MPa - налягане за преодоляване на съпротивлението в сърцевината, бит; Δρ2=0,05 MPa - налягане за преодоляване на съпротивлението в земния сноп.