Абатты гидравликалық жарудың есебі

Қабатты гидравликалық жарудың тиімділігін талдау үшін қабатты гидравликалық жаруды жүргізуді алдын – ала есептеу мысалын, жұмыс сұйығын таңдауды қарастырайық және келесі шарттар үшін процесс көрсеткіштерін бағалайық:

Эксплуатациялық ұңғыма

Тереңдік L=1300 м;

Қашау бойынша диаметрі D=0,25м;

Қабаттың ашылған тереңдігі h=10 м;

Орташа өткізгіштік R=0,05·10^{-12 м2};

Қабаттардың қатаңдық модулі E=10⁴ МПа;

Пуассон коэффициенті υ=0,3;

Өнімді қабаттан жоғары орналасқан жыныстардың орташа тығыздығы ρ_п=2600 кг/м³;

Тау қысымын құрайтын тік:

Р_ГВ=ρ_пgL=2600·9,81·1800·10^-6=45,91 МПа

Тау қысымын құрайтын көлденең:

Р_г=ρ_ГВ υ/(1-υ)=45,91·0,3/(1-0,3)=19,68 МПа.

ҚГЖ – дың осындай шарттарында тік жарықтардың пайда болуын күтуге болады.

ҚГЖ – ды сүзілмейтін сұйықпен жүргізуді жобалайық. Жару сұйықтығы және сұйықтық – құмтасығыш ретінде тығыздығы ρ=930 кг/м3, тұтқырлығы μ= 200 мПа·с асфальтит қосылған сұйықтатылған мұнайды қолданамыз. Құмның құрамын 1 м³ сұйықтық - құмтасығышқа с=300 кг деп аламыз, жарықты жаруға мөлшері 0,8-1,2 мм фракциялы 3 т кварцтты құмды айдауды жобалайық, айдау темпі Q=12 л/с – бұл тік жарықтар жасауда минималды көрсеткіштен бірнеше есе көп.

ҚГЖ кезінде жару сұйықтығын үзіліссіз айдайды, көлемі 9 м³.

Жарықтың параметрлерін анықтау үшін Ю. П. Желтовтың жеңілдетілген методикасынан шығатын формулалар қолданылады. Біріншіден, 1 м³ жару сұйықтығы айдалғаннан кейінгі жарықтың енін анықтайық. Ол үшін осы уақыттағы түптегі қысымды p_заб формула бойынша анықтайық:

(p_заб/р_г)( p_заб/р_г-1)³=5,25Е²·Qμ/[(1-υ²)²ρ³rV_ж] = (2.3)

=5,25(10¹⁰)·12·10^-3·0,2/[(1-0,3²)²(19,68·10⁶)³1]=2·10^-4 ;

p_заб/р_г=1,057, p_заб=19,68·1,057=20,80 МПа

(2.3.1)-де V_ж - V_ж=Qt+V₀ (2.3.2) жарықта орналасқан сұйық мөлшері

мұндағы Q – айдау сұйығының шығыны;

t – айдау уақыты;

V₀ – сұйықпен жаруға дейінгі жарықта орналасқан сұйықтың

мөлшері.

Ары қарай V₀=0 деп есептеледі.

Жарықтың айдаудан кейінгі ұзындығы V_ж=1 м³:

(2.4)

Жарықтың ашылуы мен ені

(2.5)

Жарықтың ашылуы 0,8-1,2 мм фракциялы құмның 9 м³ көлемде жару сұйықтығын айдау кезінде жарықтың ішіне енуі үшін жеткілікті болып келеді, бұл сұйықтық құмұстағыш та болып келеді.

Аралас сұйықта құмның көлемдік үлесі

n₀=(G/p_пес)/(G/p_пес+1)=(3000/2500)/(300/2500+1)=0,107, (2.6)

мұндадағы G – 1 м³ – қа келетін құм массасы, кг;

p_пес – құм тығыздығы 2500 кг/м³.

Сұйықтық – құмтасығыштың тұтқырлығын келесі формула бойынша анықтаймыз:

μ_ж=μexp(3,18)n₀=200exp(3,18·0,107)=280 мПа·с (2.7)

Гидрожарудан кейінгі түптегі қысымды (2.3.1) – мен анықтайық (10 м³ сұықтықты жарыққа айдағаннан кейін)

(2.8)

Р_заб/р _r=1,030, Р_заб=20,27 МПа.

Жарық ұзындығын анықтайық

(2.9)

Жарық енін анықтайық

Құмтасығыш сұйықтық жарықтың ішінде оның ұзындығының 90 % қашықтыққа ұңғымадан алысқа енді, яғни

Қысым азайғаннан кейін жарықшақ құмтасығыш сұйықтық орналасқан аймақта толығымен жабылмайды. Жарықшақтың жабылуынан кейін құмның кеуектілігін m=0,3 деп алсақ, онда жарықшақтың қалған енін анықтаймыз.

(2.10)

Осындай ені бар жарықтың өткізгіштігі

(2.11)

Тік жарық кезінде түптік аймақтағы орташа өткізгішті мына (2.12) формула бойынша анықтайық:

Тік жарық кезінде қабаттың орташа өткізгіштігі ұңғымадан алыстаған сайын азая береді. Оны бағалау кезінде беттескеннен кейін жарық енін ұңғымадан барлық қашықтықта бірдей деп, ал оның өткізгіштігін өзгермейтін деп ескерсек, онда ұңғымадан 1 м қашықтықта орташа өткізгіштік мынадай болады:

Жарықтың ашылу радиусына тең қашықтықта R₁=1,79·10^{-12 м2} .

Есептеулер арқылы біз жарықтың таралу аймағындағы орташа өткізгіштік қабаттың өткізгіштігінен екі еседей артық. Осы себептен ұңғымаға ағыс жарық арқылы оның бастапқыда алған бағыты бойынша келеді.

Гидрожаруды сорапты – компрессорлы құбырлар арқылы жүргіземіз, оның ішкі диаметрі d=0,0062 м. Өнімді қабатты гидравликалық якоры бар пакермен оқшаулаймыз.

ҚГЖ параметрлерін анықтайық:

1. СКҚ бойымен құмтасығыш сұйықтықтың қозғалысы барысында үйкеліске кететін қысым жоғалтуы.

Тасығыш сұйықтықтың тығыздығы

Ρ_ж=ρ_н(1-n₀)+ρ_песn₀=930(1-0,107)+(2500·0,107)+2500·0,107=1098 кг/м³ (2.13)

Рейнольдс санын

Re=4Qρ_ж/(πdμ_ж)=4·12·10^-3·1098/3(3,14·0,062·0,28)=967. (2.14)

Гидравликалық кедергі коэффициенті λ=64/Re=64/967=0,066.

Ю. В. Желтов бойынша сұйықтағы құмның болуы Re>200 кезінде ағынның ерте турбуляциясы жүреді, Re= 967 және n₀=0,107 кезіндегі кедергіге жоғалтулар 1,52 есе артады:

(2.15)

2. Гидрожару кезінде ұңғыма сағасында жасау керек қысымы:

3.

Р_у=ρ_заб-ρ_жgL+ρ_T=20,80-1098·9,81·1800·10^-6+25,29=26,7МПа (2.16)

4. Гидрожарудың жұмыс сұйығын ұңғымаға MERCEDES (кесте 2.4) сорапты агрегат арқылы айдайды.

2.4 - кесте - MERCEDES техникалық сипаттамасы

Сорапты агрегаттардың керек саны:

N=p_уQ/(p_аQ_аR_ТС)+1=26,7·12/12/(29·14,6·0,8)+1=2 (2.17)

мұндағы p_а – агрегаттың жұмыс істеу қысымы;

Q_а – осы қысымдағы агрегаттың беруі;

R_ТС – агрегаттың уақытқа байланысты техникалық жағдайының коэффициенті R_ТС=0,5-0,8.

5. Құмтасығыш сұйықты айдау үшін сұйық көлемі

6.

V_П=0,785d²L=0,785·0,062²·1800=5,43 м³. (2.18)

7. Агрегаттың III жылдамдықпен жұмыс істеу барысында гидрожарудың ұзақтығы.

T=(V_ж+V_П)/Q_а=(10+5,43)/(11,6·10^-3·60)=22 мин. (2.19)

Ұңғыманың шығымы гидрожаруға дейін Q_нач = 0,5 т/тәул болды. Гидрожарудан кейін орташа өткізгіштік өзгерді және келесіге тең:

k_ср = (2.20)

r_k–қоректендіру контур радиусы (екі ұңғымалар арасындағы қашықтықтың жартысы), r_k = 300 м; r_c – ұңғыманың келтірілген радиусы, 0,0062м;

k₁ – қабаттың гидрожаруға дейінгі өткізгіштігі, k₁ = 0,22 мкм²;

k₂ – қабаттың гидрожарудаг кейінгі өткізгіштігі, k₂ = 2,88 мкм²; r₁ = r_k - r_грп = 300-59,7 = 240,3 м.

k_ср = .

Гидрожаруға дейінгі ұңғыманың шығымы

Q_нач = (2.21)

Гидрожарудан кейінгі ұңғыманың шығымы

Q =

Шараны өткізгеннен кейін ұңғыма шығымының өзгеруі

(2.22)

Сонымен, есептеулерден ұңғыма шығымы 7 есе көбейгенін 2.5, 2.6, 2.7 кестелерiнен көруге болады.

2.5 - кесте - ҚГЖ есептеу үшін алғашқы берілгендер

2.6 - кесте - ҚГЖ есептеу

2.7 - кесте - ҚГЖ параметрлерін анықтау