Исходной для этого расчета является схема сил взаимодействия частицы бурового шлама с потоком ПГЖС в наклонном стволе скважины (По Куликову В.В., Соловьеву Е.Н.).
| N |
| FA |
| Fтр |
| Т |
| 90º-θ |
| Fт |
Fтр – сила трения частицы о поверхность стенки скважины;
T – суммарная сила внутреннего трения и критико-химических воздействий на поверхность частицы;
FА – Архимедова сила;
N – сила нормального давления частиц;
FТ – сила трения;
θ – зенитный угол.
2.1. Критическая скорость газожидкостной смеси, при которой частица шлама удерживается во взвешенном состоянии:
где:
RП – параметр пенной ГЖС, ПГЖС
МЖ – массовый расход жидкости пенного раствора (пенного раствора ПАВ)
ρЖ= 1000 кг/м3 – плотность жидкости;
QЖ – расход жидкости, м3/с.Принимаем QЖпо п. 1.2.
Р – давление, Па;
М – массовый расход воздуха, кг/с
ρ0 – плотность воздуха
P0 = 1·105Па – атмосферное давление;
R – газовая постоянная
T = T0 – температура, градус Кельвина.
· Принимаем Т = Т0 = 293ºК;
µП – пластическая вязкость, для воды µП = 0,01 Па·с;
dш – диаметр частиц шлама, м.
dш = 0,003; 0,005; 0,007; 0,008; 0,013
Ar – число Архимеда
ρш – плотность шлама
· Принимаем ρш = 2600 кг/м3
ρп – плотность пены
rП – параметр ПГЖС (см. выше)
He – число Хедстрёма
τ0 – динамическое напряжение сдвига ПГЖС;
· Принимаем τ0 = 15 Па или τ0 = 5; 10; 15; 25; 30; 45 Па
a – коэффициент учитывающий физико-химический свойства поверхности частиц шлама и водного раствора ПАВ – пенообразователя
С – коэффициент лобового сопротивления шлама при движении в ПГЖС;
2.2. Расчет величины критической скорости для различных значений диаметра частиц шлама
dш= 0,003; 0,005; 0,007; 0,008; 0,013
Построить график зависимости: Vкр. = f(dш).
График нужен для того чтобы после определения характерного размера частиц шлама скорректировать критическую скорость потока ПГЖС.
2.3. Рассчитать величину Vкр. При различных значениях С – коэффициента лобового сопротивления.
Расчет вести последовательно, определяя значения параметров d; He; C; Ar=f(dш); Vкр.
По результатам расчетов построить график зависимости Vкр = f(C).
2.4. Рассчитать значение критической скорости при различных значениях давления в скважине – Р по формуле (8).
При этом необходимо принять соответствующие значения ρ0;М; МЖ; Q0; a; dш.
Расчет вести последовательно, определяя значения следующих параметров при различных значениях давления Р: RП; ρп; Ar; He; C.
По результатам расчетов построить график зависимости Vкр. = f(P).
2.5. Рассчитываем значения Vкр. при различных значенияхстепени аэрации ПГЖС:
Степень аэрации определяется по формуле:
где: QЖ – принятые значения расхода жидкости в п.1.8.
Расчет вести последовательно, определять значения параметров: Q0; M; ρп; Ar; He; С.
По результатам расчетов построить график зависимости Vкр. = f(α).
2.6. Рассчитать значения параметра Хедстрёма (He) и критической скорости (Vкр.) падения частиц шлама для принятых значений динамического напряжения сдвига ПГЖС.
Значения динамического сдвига принять в пределах τ0 = 5÷45 Па при определенных значениях необходимых параметров: Р0; ρ0; М; МЖ; Q0; dш.
По результатам расчета построить графики зависимостей He = f(τ0) и Vкр. = f(τ0).
2.7. После получения расчетных значений параметров и их графических зависимостей отметить на графиках выбранные значения параметры ПГЖС и занести значения технологических параметров и показателей свойств ПГЖС, используя данные по их составу, в таблицу.
| Состав водного пенообразующего раствора | ρж, кг/м3 | Параметры ПГЖС | ||||||
| Qж, м3/c | Q0, м3/c | α | τ0, Па | µп, Па·с | Vкр, м/с | 
м
| ||
| См. справочник данных в источниках |
2.8. Расчет расхода воздуха при принятых и обоснованных значениях параметров:
где:α – степень аэрации;
Qж – расход водного раствора ПАВ, м3/с.
Поскольку величина Qж зависит от диаметра скважины, то рекомендуемую величину расхода пенообразующей жидкости (Qж) необходимо увязать с диаметром скважины, в которой осуществляется промывка с применением ПГЖС (см. раздел 1.8.)
2.9. Рассчитываем расход пенной ГЖС:
2.10. Принять диаметр долота (скважины) и бурильных труб:
DC – диаметр скважины, м;
DН – диаметр наружных бурильных труб, м;
dВ – внутренний диаметр бурильных труб, м.
2.11. Рассчитаем скорость потока ПГЖС в горизонтальной скважине:
2.12. Сравниваем величину скорости потока ПГЖС со скоростью витания (критической скоростью):
- Если скорость VП близка к значению Vкр., то можно увеличить подачу воздуха, обеспечив рекомендуемое (от 10 до 50%) превышение Vп:
- Если VП существенно меньше по величине, чем расчетное значение критической скорости, то увеличив расходные параметры М, МЖ, Q и QЖ провести вновь расчет величины критической скорости потока ГЖС или необходимо принять ГЖС с более высокими значениями реологических параметров;
- Для промывки горизонтальных скважин с применением пенных ГЖС можно принимать, что:
