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

Рис. 4.51. Схема комбинированной циркуляции жидкости при расширении водоносного горизонта:

1 - отверстия для восходящего потока жидкости; 2 - турбулизаторы; 3 - отверстия для нисходящего потока жидкости; 4 -верхняя граница интервала расширения пласта; 5 - раздвижные породоразрушающие лопасти; 6 - скважина

Рис. 4.52. Турбулизатор:

1 - лопасть; 2 - корпус

отверстий в промывочной трубе и далее по кольцевому зазору скважины к устью, где попадает в отстойник. Для обеспечения нисходящего направления движения промывочной жидкости на выходе из распределителя выше него в кольцевом пространстве скважины устанавливаются турбулизаторы, которые при вращении колонны создают дополнительный подпор и способствуют движению большей части выходящего из распределителя потока вниз. Создание подпора на поток осуществляется вращением лопаток турбулизатора, которые будут выполнять роль гидродинамического пакера, поставленного выше зоны расширения наподобие винтового насоса.

Турбулизатор (рис. 4.52) имеет четыре лопасти, которые привариваются к корпусу под углом на входе к лопатке 90° и на выходе 45° к горизонтальной оси. Значения выходных углов обусловлены тем, что при углах р < 90° (лопатки загнуты назад) имеет место максимальный статический напор, играющий главную роль при транспортировке жидкости. Если р < 90°, при этом условии наблюдается устойчивая работа машины при любых режимах работы и ctg р > 0. Толщину лопаток турбулизатора выбирали конструктивно не менее 4 мм.

Исходя из динамических свойств струи, действующей на лопатку, определяем силу, с которой лопатка турбулизатора действует на восходящий поток промывочной жидкости. Схема сил, действующих на лопатку турбулизатора, показана на рис. 4.53.

Рис. 4.53. Силы, действующие на лопатку турбулизатора

На лопатку действуют следующие силы: Вгд - гидродинамическая сила (сила набегания струи); Вц - центробежная сила; Втр -сила трения жидкости о стенку лопасти; R - сила реакции лопасти; Fx - искомая сила противодавления восходящему потоку. Сумма всех сил на ось x Fгд - Fц - R cos а = 0, откуда

R = (Fгд - Fц)/cos а. (4.44)

Сумма всех сил на ось Fтp - Fx - R cos а = 0, откуда

R = (Fтр - Fx)/cos а. (4.45)

Приравнивая уравнения (4.44) и (4.45), получаем

Fx = Fтр + Fц - Fгд. (4.46)

Если пренебречь Fтр как малой величиной, то Fx = Fц - Fгд. Оценим ориентировочно получаемый результат, если

Fгд = р S v,

где р - плотность жидкости; S - сечение струи; v - скорость восходящего потока;

Fц = m ю r,

где m - масса набегающей жидкости; ю - угловая скорость вращения; r - расстояние от оси вращения до кромки лопасти,

m = р S V, ю = п и/30; S = 2л r b ф;

ф - коэффициент стеснения сечения лопастью; b - ширина лопасти, м;

2пrb - zbf

z - число лопастей (z = 4); f - толщина лопастей, м. 258

Для практической оценки целесообразности применения схемы комбинированной промывки при расширении важно оценить возможные реальные значения силы гидродинамического подпора, развиваемой турбулизаторами.

Коэффициент стеснения потока лопастью турбулизатора ф = = 0,95 при r = 0,055; b = 0,078 и f = 0,004.

Центробежная сила при S = 0,026 м2, т = 17,16 кг и ю = = 10,5 м/с = 17,6-10,52-0,055 = 104,1 кг = 1,04 кН.

Гидродинамическая сила гд = 120 Н при диаметре скважины Dс = 0,243 м и диаметре труб d = 0,146 м. Подставляя значения ц и гд в уравнение (4.46), получаем Fx - 104 - 12 = 920 Н. Давление, развиваемое турбулизатором, на основании значений силы гидродинамического подпора, рт = Fx/S. Подставим значения Fx, D и d, тогда рт = 368/0,12 = 3066 Па. С учетом того, что турбулизатор имеет четыре лопатки, реальное давление, развиваемое турбулизатором, рт = 4x3066= 12 267 Па.

Итак, давление, развиваемое одним турбулизатором и создающим противодавление на восходящую часть потока промывочной жидкости, рт = 0,012 МПа.

С целью повышения КПД инструмента необходимо максимально уменьшить расход восходящего потока выше распределительного узла Оп, а расход нисходящего потока увеличить. При этом должны выполняться следующие условия:

, Рк = «Qк2

,Рп = bQп2; Qп + Qк = Q;

Яп 0; Qк/Qп (Ьрк)/арп,

где рк, Qic, а - соответственно потери напора, расход и коэффициент сопротивления на участке комбинированной циркуляции; п, Яп, b - то же, но на участке прямой циркуляции; Q - подача насоса.

Расход промывочной жидкости, распределяющийся от распределительного узла по двум направлениям, будет делиться в соотношениях, пропорциональных гидравлическому сопротивлению по данной траектории. Расчеты показывают, что потери напора на участке комбинированной циркуляции при расширенном интервале составляют от 0,03 до 0,1 МПа. Поэтому увеличивать давление турбулизаторов больше, чем потери напора на участке комбинированной циркуляции, нет смысла.