Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 [ 59 ] 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182

та. Поток жидкости, истекающий из насадок гидромониторного расширителя, попадает на забой и разрушает породу.

Разрушение породы под воздействием гидромониторной струи происходит из-за создания на забое осевого давления, приводящего к разрушению структурных связей, их размыву. Разрушение структурных связей породы происходит в том случае, если создаваемое струей давление на забой превышает критическое для данного типа грунта

> [СТдоп\,

(4.10)

где а - напряжение, создаваемое струей в породе, [адоп\ - предельно допустимое напряжение в породе.

Многочисленными исследователями [15, 16\ установлено, что разрушение породы при воздействии на нее струи промывочной жидкости происходит при существенно меньшем давлении, чем предельно допустимые напряжения на сжатие. Это объясняется долговременным воздействием потока на грунт, в процессе которого структурные связи породы постепенно разрушаются и действительная прочность породы уменьшается.

Применительно к слабосцементированным и глинистым породам рекомендуется вводить в формулу (4.10) понижающий коэффициент K (табл. 4.2)

а > К[адоп\. (4.11)

Воздействие струи на забой, исходя из режима истечения и его колебаний во времени, носит различный характер. В случае прерывистого воздействия давление на забой рассчитывают по формуле гидравлического удара

Таблица 4.2

Типы пород

Предельно допустимые напряжения Гадоп\, кг/см2

Песок мелкозернистый

Супесь легкая

Песок среднезернистый

Лессовидный суглинок

Суглинок легкий, супесь средняя

Песок крупнозернистый

Супесь тяжелая, суглинок средний

Суглинок плотный

Глина

Гравийно-галечные отложения Глина полужирная

Понижающий коэффициент К

1-2 1,5-2

1,2 1,5-2,5 2-2,5 1,5-2,5 2,5-3 3-4 3-4,5 4-5 5-7

0,8 0,8 0,7 0,7 0,7 0,7 0,6 0,6 0,6 0,6 0,5

Требуемое для разрушения породы давление на забой а, кг/см2

0,8-1,6 1,2-1,6 1,05 1,05-1,75 1,4-1,75 1,05-1,75 1,5-1,8 1,8-2,4 1,8-2,7 2,4-3,0 2,5-3,5

а = р cv, (4.12)

где c - скорость волны сжатия в жидкости (при высоких скоростях удара волны сжатия распространяются со скоростью, превышающей 1500 м/с); v - скорость истечения жидкости из насадки.

Для круглых струй диаметр поверхности, на которую распространяется давление гидроудара

d = d0(v/c), (4.13)

где d0 - начальный диаметр струи.

Продолжительность ударного воздействия невелика, и через небольшой промежуток времени с момента возникновения циркуляции происходит радиальное движение жидкости вдоль забоя от ядра воздействия или оси симметрии струи. Давление на забое резко снижается и при этом

а = Р (v2/2). (4.14)

Давление, развиваемое струей, которая истекает из насадки, изменяется по мере приближения или удаления забоя, или смещения его от оси симметрии струи. Г.Н. Абрамович и А.Я. Ми-лович рекомендуют для определения снижения давления на забой по мере его удаления от насадки использовать формулу

а, = f- а 0, (4.15)

где а - опытный коэффициент (а = 66,8); l - расстояние от насадки до забоя; а0 - давление струи на выходе из насадки.

Выражение (4.15) дает хорошую сходимость при существенном удалении забоя от насадки. При малых удалениях, когда d0/l > 0,120,14, формула теряет смысл, так как давление на расстоянии l больше, чем начальное.

А.К. Козодой предложил формулу для определения осевого давления струи на забой по мере его удаления с учетом коэффициента затухания а = 0,290,3, дающую удовлетворительную сходимость и на начальном участке струи при l > (23)d0,

а i =-5,. (4.16)

В начальный период развития струи до 5-6 мм от насадки она носит компактный характер, и давление жидкости поддерживается примерно постоянным (рис. 4.14). С удалением насадки от

Рис. 4.14. Зависимость отношения аг/о0 от расстояния до забоя при разных выходных сечениях насадок:

1 - эллиптическое; 2 - коническое; 3 - цилиндрическое

забоя давление резко снижается, а при расстоянии более 1820 мм разрушение породы становится неэффективным.

В радиальном направлении от оси симметрии струи давление быстро снижается. Н. Маковей рекомендует использовать для определения давления от оси струи уравнение С.Д. Лича и Г.Л. Уолкера

а r = а0

(4.17)

радиус поверхно-

где r - расстояние от оси симметрии струи; b -сти, на которую воздействует струя (b « 1,3d0).

Уравнение (4.17) справедливо при r < b, а при r >> b ar = 0. Анализ уравнения (4.17) позволяет установить, что максимальное давление наблюдается у оси струи примерно постоянно и близко к максимальному. На расстоянии 2,5 диаметра от центра струи давление резко снижается и составляет не более 10 % максимального. При дальнейшем удалении от центра струи давление снижается медленнее и на расстоянии 8-10 диаметров составляет 3-5 % от максимального (рис. 4.15).

Неравномерность распределения давления, создаваемого струей жидкости, вытекающей из гидромониторной насадки, обусловливает формирование неравномерного по форме поверхности разрушаемого забоя. Максимальные сжимающие и касательные напряжения возникают в том месте, где забой контактирует с центральной частью струи. Поэтому разрушение забоя происходит преимущественно у оси симметрии струи, а с удалением по радиусу, интенсивность разрушения породы резко снижается.