Hydrauliczne opory

przepływu

Opracowała:

mgr inż. Angelika Druzgała

Zadanie 1

Wyznaczyć strumień objętości płuczki i średnice dysz świdra przyjmując
kryterium maksymalnej prędkości wypływu płuczki z dysz świdra dla
następujących danych:

-

-- głębokość otworu H=1600 m,

-- współczynnik sprawności dysz świdra C = 0.95

Zadanie 1

Zadanie 1

Zadanie 1

Współczynnik strat na tarcie Fanninga

Przyjmujemy liczbę Reynoldsa

2100

Zadanie 1

Krytyczna prędkości przepływu płuczki

Zadanie 1

Liczba Saint Venanta

Gdy S1 i S2 będą przykładowo ≤ 14 wówczas prędkość, którą wykorzystamy

do obliczenia strumienia bierzemy z warunku dla S1≤14 czyli V

kr =

V

kr1

Zadanie 1

Strumień objętości

Następnie dla zadanej głębokości otworu wiertniczego wyznaczono

opory przepływu płuczki w stojaku, wężu płuczkowym, tulei głowicy

płuczkowej, graniatce, wewnątrz rur płuczkowych i wnętrza obciążników.
Dla wspomnianych elementów należy obliczyć:

Zadanie 1

• Współczynnik strat na tarcie Fanninga dla wnętrza rur

• Liczbę Reynoldsa

• Opory przepływu płuczki

Przy obliczaniu oporów przepływu płuczki wewnątrz rur płuczkowych

długość jest równa:
L=H-lo-lg

Zadanie 1

Wyznaczono także poszczególne opory przepływu płuczki

przepływającej w przestrzeniach pierścieniowych zawartych między rurami

płuczkowymi i ścianą otworu, obciążnikami i ścianą otworu, rurami

płuczkowymi i ścianą otworu oraz rurami płuczkowymi i rurami

okładzinowymi.

Przestrzeń pierścieniowa zawarta między rurami płuczkowymi i ścianą
otworu, obciążnikami i ścianą otworu,

• Liczba Reynoldsa

• Współczynnik strat na tarcie Fanninga dla nieorurowanej
przestrzeni pierścieniowej otworu

Zadanie 1

Przy obliczaniu oporów przepływu płuczki w przestrzeni pierścieniowej

między ścianą otworu a rurami płuczkowymi długość jest równa:
L=H-Lo-lo

• Opory przepływu płuczki

Zadanie 1

Przestrzeń pierścieniowa zawarta między rurami płuczkowymi i rurami

okładzinowymi.

• Liczba Reynoldsa

• Współczynnik strat na tarcie Fanninga dla orurowanej
przestrzeni pierścieniowej otworu

Zadanie 1

• Opory przepływu płuczki

Przy obliczaniu oporów przepływu płuczki w przestrzeni pierścieniowej

między rurami płuczkowy a rurami okładzinowymi długość jest równa:
L=Lo

Zadanie 1

Aby prawidłowo dobrać kolumny rur płuczkowych należy

kierować

się

dwoma

kryteriami:

wytrzymałościowym

oraz

hydraulicznym. Kryterium wytrzymałościowe będzie spełnione dla wielu
rodzajów rur płuczkowych, dlatego, dla lepszego doboru, skorzystamy z
kryterium hydraulicznego. Kryterium to uwzględnia jednostkowe opory
przepływu płuczki w kolumnie rur płuczkowych oraz w przestrzeni
pierścieniowej. Wybierany jest wariant dla którego suma tych oporów jest
najmniejsza.

Zadanie 1

Gdzie:

p

jc

- jednostkowe, całkowite straty ciśnienia na pokonanie oporów

przepływu płuczki wiertniczej, [Pa/m]

p

jr

- jednostkowe straty ciśnienia na pokonanie oporów przepływu

płuczki wiertniczej wewnątrz rur płuczkowych, [Pa/m]

p

jp

- jednostkowe straty ciśnienia na pokonanie oporów przepływu

płuczki wiertniczej w przestrzeni pierścieniowej, [Pa/m]

Zadanie 1

Zatem opory przepływu płuczki w całym obiegu cyrkulacyjnym są

wyrażone wzorem

Gdzie:
p

i

- jednostkowe straty ciśnienia na pokonanie oporów przepływu

płuczki wiertniczej wewnątrz rur płuczkowych, [Pa/m]
p

j

- jednostkowe straty ciśnienia na pokonanie oporów przepływu

płuczki wiertniczej w przestrzeni pierścieniowej, [Pa/m]

Zaś maksymalne opory przepływu płuczki przez dysze świdra są różnicą

ciśnienia pompy płuczkowej i oporów przepływu

Średnica ekwiwalentna dysz świdra

Zadanie 1

]

[

2

3

2

2

2

1

m

d

d

d

d

e







Dla znanych wartości średnic ekwiwalentnych dobierano

wymiary poszczególnych dysz świdra tak aby ich średnica
ekwiwalentna była jak najbliższa średnicy obliczonej i nie mniejsza
od niej. Wzór na średnicę ekwiwalentną trzech dysz:

Zadanie 1

d

1

d

2

d

3

d

e

F

e

10

-3

m

10

-3

m

10

-3

m

10

-2

m

10

-4

m

7
7
7
8
8
8
9
9
9

10
10
10

11
11
11

12
12
12
13
13
13
14
14
14
15
15
15
16

7
7
8
8
8
9
9
9

10
10
10

11
11
11

12
12
12
13
13
13
14
14
14
15
15
15
16
16

7
8
8
8
9
9
9

10
10
10

11
11
11

12
12
12
13
13
13
14
14
14
15
15
15
16
16
16

1,21
1,27
1,33
1,39
1,45
1,50
1,56
1,62
1,68
1,73
1,79
1,85
1,91
1,96
2,02
2,08
2,14
2,20
2,25
2,31
2,37
2,42
2,48
2,54
2,60
2,66
2,71
2,77

1,15
1,27
1,39
1,51
1,64
1,77
1,91
2,06
2,21
2,35
2,52
2,68
2,85
3,03
3,21
3,39
3,59
3,78
3,98
4,19
4,40
4,62
4,84
5,07
5,30
5,54
5,79
6,03

Średnice dysz w świdrze, ich

średnice ekwiwalentne i pola

ekwiwalentnego przekroju

poprzecznego F

e

.

Zadanie 2

Dane obliczeniowe:

• Średnica otworu wiertniczego: D

0

= 0,216 [m]

• Strumień objętościowy płuczki wiertniczej: Q = 0,01 [m

2

/s]

• Gęstość płuczki wiertniczej wpływającej: ρ

p

= 1590 [kg/m

3

]

• Gęstość płuczki wiertniczej wypływającej: ρ

pw

= 1610 [kg/m

3

]

• Lepkość plastyczna płuczki wiertniczej: η

p

= 0,059 [Pa·s]

• Granica płynięcia płuczki wiertniczej: τ

y

= 18,61 [Pa]

Zadanie 2

1. Obliczenie liczby Reynoldsa

A. Dla wnętrza rur płuczkowych

V

śr

= (4 · 0,01) / (3,14 · 0,109

2

)= 1,08 m/s

S = (3,14 · 0,109

3

· 18,62) / (4 · 0,01 · 0,059) = 31,73

Zadanie 2

η

er

= 1,473 · 0,059 + 0,133 · (0,109 · 18,62 / 1,08) = 0,336

Re

r

= (4 · 1590 · 0,01) / (3,14 · 0,109 · 0,336) = 43,016

Zadanie 2

B. Liczba Reynoldsa dla przestrzeni pierścieniowej

v

sp

= (4 · 0,01) / (3,14 · (0,216

2

– 0,127

2

)) = 0,417 m/s

S

p

= (3,14 (0,216 – 0,127)

2

· (0,216 + 0,127) · 18,62) / (4 · 0,01 · 0,059) = 67,307

Zadanie 2

η

ep

= 1,473 · 0,059 + 0,133 · ((0,216 – 0,127) · 18,62) / 0,417 = 0,615

Re

p

= 4 · 1610 · 0,01 / (3,14 · (0,216 – 0,127) · 0,615) = 374,478

Zadanie 2

Gdzie:

d

w

- średnica wewnętrzna rur płuczkowych, [m]

d

z

- średnica zewnętrzna rur płuczkowych, [m]

v

s

- prędkość średnia w rurach lub przestrzeni pierścieniowej [m/s]

η

e

- lepkość ekwiwalentna płuczki wiertniczej w rurach lub przestrzeni

pierścieniowej [Pa s]

Przepływ płuczki laminarny zachodzi gdy ;

Przepływ płuczki turbulentny zachodzi gdy ;

Zadanie 2

2. Obliczenie strat ciśnienia na pokonanie oporów przepływu

A. Wewnątrz rur płuczkowych

Dla przepływu laminarnego

p

jr

= (188,512 ·1·0,059·0,01 / 3,14·0,109

4

) + (4,242·1·18,62/0,109) = 981,4 Pa/m

Zadanie 2

Dla przepływu turbulentnego

Zadanie 2

B. W przestrzeni pierścieniowej

Dla przepływu laminarnego

p

jp

= ((188,512 · 1 · 0,059 · 0,01) / 3,14 (0,216 – 0,127)

3

· (0,216 · 0,127)) +

(4,242 · l · 18,62 /0,216 – 0,127) = 1100,2 Pa/m

Zadanie 2

Dla przepływu turbulentnego

Opory całkowite wynoszą 2081,6 Pa/m