ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АВИАЦИИ

Бурение с продувкой забоя воздухом и промывочной аэрированной жидкостью в России впервые было осуществлено в 1959 году в Башкирии и Татарии. Основными преимуществами бурения с продувкой является малая плотность и вязкость, незамерзаемость и большая сжимаемость воздуха по сравнению с промывочными жидкостями. Кроме этого при вскрытии продуктивного коллектора не происходит его загрязнение и отпадают затраты на транспорт и утилизацию выходящего из скважины воздуха (газа). Однако, не смотря на полученную высокую эффективность промысловых исследований, бурение с продувкой не нашло широкого применения из-за ряда не решенных технических и технологических проблем.

Одной из основных причин, препятствующих широкому внедрению бурения с продувкой, является поступление в скважину подземных вод или образование воды в стволе в результате конденсирования нагнетаемого воздуха. Характер таких осложнений различен и зависит от конкретных гидрогеологических, геологических и технических условий бурения и определяется, прежде всего, количеством воды, поступающей в скважину в единицу времени. Наиболее опасными являются осложнения, связанные с образованием сальников. На интенсивность сальникообразования влияет испарительная способность газового потока, количество шлама и размер его частиц. В зависимости от свойств породы для слипания частиц достаточно присутствие воды по весу от 10 до 30% от количества шлама. Поэтому рекомендуется условно разделять водопритоки по их интенсивности. Такая классификация обусловлена различиями в методах борьбы с происходящими при этом осложнениями.

При малых водопритоках (до 8 л/мин) во время бурения вода увлажняет стенки скважины и выбуриваемую породу. Смесь шлама с водой образует густую и липкую пульпу, не удаляемую потоком воздуха или газа. Она налипает на увлажненные стенки скважины и буровой инструмент, образуя сальники. При этом происходит сужение ствола скважины, отмечается рост давления на компрессоре и снижение подачи воздуха (по объему), что приводит к ухудшению очистки забоя. Первоначально образуются рыхлые и неплотные сальники, которые при подъеме инструмента уплотняются, в результате чего возникают затяжки и прихваты. Наиболее интенсивное сальникообразование отмечается в глинистых породах. Осложнения, обусловленные малыми водопритоками, настолько значительны, что бурение с продувкой в ряде случаев становится невозможным.

При умеренных (средних) водопритоках (8-120 л/мин) вода образует с выбуренной породой жидкую пульпу, которая может быть вынесена на поверхность воздушным потоком. В этом случае основная трудность при проходке скважины заключается в удалении накопившейся в скважине воды перед началом проведения спускоподъемных операций. Для восстановления циркуляции при наличии воды в скважине нередко требуется создание значительных давлений. После первого выброса воды, который может быть весьма интенсивным, давление на компрессорах понижается и устанавливается равномерное или периодическое истечение аэрированной жидкости со шламом из скважины. Значительные осложнения при средней интенсивности водопритока наблюдаются лишь при наличии в разрезе скважины неустойчивых и разрушающихся от смачивания водой пород. Вследствие малого противодавления на пласт, периодического смачивания пород водой и динамического действия эрлифта происходят обрушения и обвалы пород, в результате чего ствол скважины разрушается до значительных размеров и создается возможность прихвата бурильного инструмента.

При обильных (сильных) водопритоках (более 120 л/мин) осложнений обычно не наблюдается, но на удаление воды из скважины требуются дополнительные затраты энергии, что ухудшает технико-экономические показатели строительства скважины. Преимущества бурения с продувкой практически сразу же исчезают из-за больших расходов, затрачиваемых на эксплуатацию компрессоров.

Одним из основных признаков поступления значительного количества воды в скважину (более 10-30% воды от объема выбуренной породы) является прекращение выноса шлама на поверхность по причине его слипания со стенками скважины и бурильным инструментом. Кроме этого увеличивается давление на стояке при неизменной работе компрессора и наблюдается пульсация воздушного потока при выходе из скважины.

Учитывая характер осложнений при продувке забоя разработан ряд способов и методов предупреждения возникновения и ликвидации осложнений в зависимости от условий залегания воды и ее дебита (таблица 9.1).

Кроме представленных в таблице 9.1 методов предупреждения и ликвидации осложнений, возникающих при продувке забоя, разработан ряд других способов:

1. Добавление в поток нагнетаемого воздуха органических жидкостей типа керосина или дизельного топлива и воды, вплоть до перехода на бурение с аэрированной жидкостью.

2. Использование компрессоров с повышенными параметрами по давлению и расходу воздуха.

3. Добавление при бурении с продувкой в аэрированную жидкость ПАВ.

Таблица 9.1 – Методы предупреждения и борьбы с осложнениями при продувке

Органические жидкости типа керосина или дизельного топлива, растворимые в нефти смолы, мыла тяжелых металлов и так далее нашли широкое применение за рубежом для предупреждения образования сальников. Жидкости, введенные в скважину, образуют водонепроницаемую пленку на стенках скважины и частицах шлама, но в случае их избытка происходит образование массы типа оконной замазки, извлечение которой из скважины весьма затруднено. Это обстоятельство является серьезным препятствием распространения такого способа предупреждения сальникообразования.

Увеличение подачи воздуха и использование компрессоров с высоким рабочим давлением при малых водопритоках не обеспечивает подъема на поверхность образующейся при бурении густой, липкой шламовой пульпы, а поскольку пульпа не выносится, то происходит интенсивное сальникообразование. Увеличение производительности компрессоров дает положительный эффект при средних и обильных водопритоках.

Добавление ПАВ в воздушный поток при одновременном увеличении расхода воздуха на 20-30% будет способствовать:

1. Снижению степени слипания частиц шлама между собой и налипания их на стенки скважины и буровой инструмент. Это происходит за счет молекулярной структуры и баланса полярных и неполярных свойств ПАВ. Молекулы ПАВ концентрируются на поверхностях раздела воды с воздухом, причем полярная (гидрофильная) группа обращена в сторону воды, а неполярная (гидрофобная) в сторону воздуха. Понижение поверхностной энергии и образование ориентированного слоя молекул ПАВ на границе раздела воды с воздухом облегчает возникновение большого количества воздушных пузырьков и предохраняет их от слияния друг с другом. На поверхности горной породы также происходит повышение концентрации (адсорбция) ПАВ с образованием ориентируемого слоя его молекул толщиной в одну молекулу мономолекулярного слоя. Этот слой обладает гидрофобными свойствами и уменьшает силы слипания частиц шлама между собой и налипание их на стенки скважины и бурильный инструмент.

2. Снижению и стабилизации давления на компрессорах за счет уменьшения трения при движении смеси воздуха, жидкости и шлама о стенки скважины и бурильный инструмент.

3. Более равномерному перемешиванию всех частиц шлама в воздушном потоке. Образующиеся газообразная и жидкая фазы более равномерно распределяются по сечению кольцевого пространства ствола скважины за счет интенсивного пенообразования и механической прочности пены.

4. Улучшению смазывающих свойств потока, уменьшению пульсации давления, что снижает вероятность усталостного разрушения породы на стенках скважины.

Выбор наиболее эффективного ПАВ определяется степенью минерализации и химическим составом солей, растворенных в воде, температурой и свойствами горной породы. Определенное влияние оказывают скорость бурения, геометрические характеристки инструмента и скважины, расход воздуха и дебит воды. Например, согласно иностранным исследователям бурение с продувкой с применением ПАВ экономически не выгодно при интенсивности водопритока более 160 л/мин.

Характеристика ПАВ для бурения с применением воздуха (газа) по данным ВНИИБТ представлена в таблице 9.2.

Концентрация ПАВ в воде (таблица 9.2) для пресных и слабоминерализованных вод плотностью до 1001,5 кг/м³ составляет 0,10-0,23% в пересчете на активное вещество, для вод средней минерализации плотностью 1001,5-1028,3 кг/м³ соответственно в диапазоне 0,20-0,38%, для рассолов плотностью 1028,4-1190,0 кг/м³, особенно хлоркальциевого типа, необходимо применять сульфонат и прогресс при концентрации 1,1-1,2%. Оптимальная температура пластовой воды должна находиться в пределах 15-50^оС. Расход воды с ПАВ должен подбираться опытным путем. При этом с увеличением водопритока объем подаваемой воды с ПАВ необходимо уменьшать. Обычно подача воды с ПАВ в воздушную линию осуществляется дозирующим насосом с расходом до 3-5 л/сек. Основным признаком достаточной подачи воды с ПАВ является стабилизация выходящего на устье потока смеси (шлам, туман, пена).

Таблица 9.2 – Характеристика ПАВ для бурения с применением воздуха (по данным ВНИИБТ)

Предельный дебит водопритока, необходимый для удаления воды из скважины в один прием и ограниченный допустимым давлением компрессора, определяется по формуле:

(9.1)

где V_п – предельный объем воды в затрубном пространстве, м³; t – время технологического перерыва (СПО, смена долота и др.), сек; Р_к – допустимое давление компрессора, Па; S_кп – средневзвешенная по длине скважины площадь кольцевого пространства, м²; ρ_в– плотность пластовой воды, кг/м³; g – ускорение свободного падения, м²/сек.

Для наглядности определим предельное время технологического перерыва в бурении по формуле (9.1) при роторном способе бурения скважины с продувкой. Исходные данные для расчета: рабочее давление компрессора (Р_к) – 5 МПа; диаметр скважины (D_с) – 295,3 мм; коэффициент кавернозности (k) – 1,1; предельный дебит водопритока (Q_п) – 0,8 м³/час; плотность пластовой воды (ρ_в) – 1100 кг/м³; длина УБТ (L_УБТ) – 80 м; диаметр УБТ (D_УБТ) – 229 мм; длина бурильных труб (L_БТ) – 820 м; диаметр бурильных труб (D_БТ) – 140 мм.

Определим площади затрубного пространства в интервале УБТ (S_УБТ) и бурильных труб (S_БТ):

S_УБТ = 0,785*(k*D_c²-D_УБТ²)=0,785*(1,1*0,2953²-0,229²)=0,0341 м²

S_БТ =0,785*(k*D_c²-D_БТ²)=0,785*(1,1*0,2953²-0,14²)=0,0599 м²

Найдем площадь скважины при отсутствии в ней инструмента:

S_с=0,785*k*D_с²=0,785*1,1*0,2953²=0,0753 м²

Учитывая, что гидростатическое давление, соответствующее длине столба воды (L_в) в кольцевом пространстве при ее выбрасывании из скважины сжатым воздухом, по условиям данного примера должно быть равно рабочему давлению компрессора:

L_в=Р_к/ ρ_в*g=5*10⁶/1100*9,8=464 м

Найдем объем воды в затрубном пространстве при длине столба 464 м (инструмент спущен в скважину):

V_п=S_УБТ*L_УБТ+S_БТ*(L_в-L_УБТ)=0,0341*80+0,0599*(464-80)=25,7 м³

Определим высоту столба воды в скважине при отсутствии в ней инструмента:

h=V_п/S_с=25,7/0,0753=343 м

Из формулы (9.1) оцениваем допустимое время технологического перерыва:

t=V_п/Q_п=25,7/0,8=32,1 ч.

Для качественной очистки забоя скважины от шлама расход воздуха или газа при нормальном атмосферном давлении должен определяться по формуле (м³/сек.):

Q=0,785*V_вп*k₁* k₂* k₃*(D_c²-D_БТ²),(9.2)

где V_вп – скорость восходящего потока газообразного агента, м/сек. (при бурении сплошным забоем шарошечными долотами рекомендуется 15-25 м/сек., при бурении алмазными долотами – 15-18 м/сек., при бурении бурголовками – 10-12 м/сек.); k₁ – коэффициент, учитывающий неравномерность скорости потока по стволу из-за наличия каверн рекомендуется 1,1-1,3; k₂ – коэффициент, учитывающий водоприток в скважину (при малых и средних водопритоках рекомендуется 1,15-1,20); k₃ – коэффициент, учитывающий увеличение потерь давления в кольцевом пространстве с ростом глубины (при глубинах до 200 м рекомендуется 1, при глубинах более 200 м – 1,08-1,25); D_c– диаметр скважины, м; D_БТ – наружный диаметр бурильных труб, м.

Q=0,785*20*1,2*1,2*1,1*(0,2953²-0,14²)=1,68 м³/сек.

В реальных условиях действительный расход с ростом глубины можно определить по формуле (м³/сек.):

Q_д=Q*(Р_заб/Р_атм)^0,5,(9.3)

где Р_заб – давление в призабойной зоне кольцевого пространства скважины, Па; Р_атм – атмосферное давление на поверхности, Па.

Q_д=1,68*(5,1*10⁶/76,5*10⁶)^0,5 = 0,434 м³/сек = 26 м³/мин.

На основании расчетов требуемого расхода газообразного агента по таблице 9.3 выбирается компрессор или группа компрессоров, подача которых в сумме была бы равна или больше расчетной. Для нашего случая из таблицы 9.3 выбираем 3 компрессора типа ДК-9М.

Таблица 9.3 – Технические данные передвижных компрессоров

Параметры	ЗИФ-55	ПКС-5	ДК-9М	ПК-10	ЭК-9М	ЗИФ-51	КСЭ-5М
Подача, м3/мин.				10,5		4,65
Рабочее давление, МПа	0,7	0,7	0,6	0,7	0,6	0,7	0,8
Мощность на валу компрессора, кВт	43,7	33,8	67,6	63,2
Двигатель компрессора	бензиновый	дизельный	электродвигатель

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АВИАЦИИ

Впервые принцип оторваться от земли высказал Франческо Мано, прикрепив к шару четыре медных и выкачав из них воздух.

Первое успешное путешествие на шаре осуществил француз Монгольфье.

Но возможность управлять этим аппаратом отсутствовала, т.к. он двигался в направлении, диктуемом стихией.

1809 – англичанин Кейли описал проект аэроплана без двигателя.

У больше G – взлет;
У меньше G – посадка.

Лименталь – «Мне не хватило чутья птицы, чтобы угадать направление ветра».
Лименталь осуществил полеты на аппаратах состоящих из пары крыльев и хвостового оперения, при этом он прыгал со специально построенной башни, балансируя на грани. Прилично летал. В одном из полетов был опрокинут ветром и погиб, сказав выше приведенную фразу.

Первые годы ХХ века открывают новый этап развития авиации.

Американские братья Райт (Орвил и Уилбур) в 17 декабря 1903 осуществили первый полет.

Луи Блерио осуществил перелет пролива Ла-Манш.

Ломоносов осуществлял исследования воздушной среды, вел разработку проблем передвижения летательных аппаратов в ней, заложил основы аэродинамики.

1754 (д. Колмагоры) – создал летательный аппарат тяжелее воздуха с неподвижным крылом на подобие вертолета, используя пружину с гирями.

Первые русские проекты самолетов запатентованы в 1864 – самолет Телешева на жидком топливе.

Менделеев – «Наша страна владеет обширнейшим, против всех других образованных стран, берегом воздушного океана, поэтому русским и сподручно овладеть сим последним».

Первым Российским самолетом, построенным в натуральную величину был самолет Можайского.

1885 – после проведения наземных испытаний (два года доводки), была осуществлена попытка летного испытания. Во время разбега самолет накренился, сломал крыло и потерпел крушение в связи с недостаточной мощностью двигателя.

Братья Райт занимались научным изысканиями, изучением опыта по изобретению летательных машин и пришли к мысли, что на ЛА требуется установить не паровой, а бензиновый двигатель, а также придумали систему управления ЛА.

Для аппарата нужен был эффективный воздушный винт.

В конце концов решили самую главную проблему управления аппарата с помощью изменения положения крыльев. Оптимальный вариант профиля крыла вычислили после множества сотен попыток продувки в их собственной аэродинамической трубе.

Также продолжалась доработка двигателя с целью увеличения его мощности:
от 8-9 л.с. до 15 л.с., что дало возможность 17 декабря 1903 совершить полет на высоте 120 футов.

---

<== предыдущая страница	|	следующая страница ==>
с продувкой	|	САМОЛЕТЫ I МИРОВОЙ ВОЙНЫ

---

Дата добавления: 2014-05-28; просмотров: 393; Нарушение авторских прав

---

Поделиться с ДРУЗЬЯМИ:

Мы поможем в написании ваших работ!