Qf,; lw

  • 16 июля 2012 г.
  • 5787 Слова
Весьма перспективным является бурение глубоких скважин « замораживанием ствола при продувке охлажденным воздухом до минус 60 и минус 120 С [26]. Можно полагать, что применение упомянутого метода в восточных районах СССР позволило бы избежать ряд осложнений и значительно улучшить технико-экономические показатели сооружения скважин.
Смысл анализа и расчетов процесса бурения с одновременнымзамораживанием пород на забое сводится к отысканию условий, при которых будет обеспечена заданная глубина промерзания забоя.
Рассмотрим аналитически упрощенную схему процесса. Для промораживания грунта на глубину Z с единицы площади забоя следует отобрать AQ тепла
A<? = A<?a,-p + ACi + A<?2, (VI.12)
где Д(?агр — потери тепла при переходе пластовой воды в лед; A(?i — потери тепла мерзлого слоя; Д(?2— потери тепла талого слоя.
Представим уравнение (VI.12) в развернутом виде
z z
AQ = (I —1|>) Wbiqj^ dx + Сп1уп1 J [ Тагр — Tl (x, т)] dx + Cn.,yn, X 0 0
{
Z bZ \
— Tarp)dx+ | \Tn — T2(x, T)\dx , (VI.13)
о 0 j
где i|: — пористость горной породы в долях единицы; W — влажность породы в долях единицы; i — льдистость пород после промерзания; доли единицы; 6 — удельный вес скелетапороды в кге/м3; дл — удельная теплота кристаллизации воды, дл = 80 ккал/кг; х — текущая координата в м; Тягр — температура агрегатного перехода воды в СС; Ъ — безразмерный коэффициент; hZ — глубина сохранения естественной температуры (считая от забоя) в м;
индекс «1» относится к мерзлой породе, индекс «2» — к талой.
Применим к уравнению (VI.13) следующие граничные условия (при т > 0):
при х = 0,Т = T-i — температура поверхности забоя равна постоянной во времени температуре замораживания;
при х = Z Тг — Т2 = ТаГр — граница фазового перехода в породе;
при х — bZ Т2 = Тп — граница теплового влияния скважины на массив горных пород.
Выразим распределение температуры по глубине в любой момент времени (т >• 0) в виде степенных зависимостей:
для мерзлой зоны
7\(х, T) = 7’3-5r’an-[l -(-fTJ + ^arp; (VU4) для талой зоны
Т2(х, т) = (Гп Tarp) {l - Гагр. (VI.15)
Используя формулы (VI. 14) и (VI.15), проинтегрируем уравнение- (VI.13) с учетом граничных условий:
д q = (1 _Т) WbiqnZ - С П1'7П1 (Гз - 7^)' X
X-^-i2: + Cn2Yn2(7,n-7,arp) -^Т2' (VI16>
Выразим потери тепла при бесконечно малом увеличении глубины промерзания с помощью закона Фурье
Л?=-Чтг)~,*. (VU7)’
где А,п1 —коэффициент теплопроводности мерзлого слоя.
Введем координату у, отсчитываемую от фронта промораживания, и перепишем уравнение (VI.14) в следующем виде:
Т^(ТЯ-Т„р) (|)"4г>гр. (VI.18>
Тогда формула (VI.17) преобразуется
dQ = -lnini^a-^^dx. (VI.19)
Дифференцируя уравнение (VI.16) по dZ и сравнив результат с выражением (VI.19), получим
Кг Тагр~Тз dx = [(1 -V)ШЫЯлСп1уп1 (Тз-Т.лтр)+
+ Сп2Тп2(Гн - Гагр) (VI.20)
Из уравнения (VI.20) нетрудно oi ределить глубину промораживания городы у забоя
^ Г 2A.nlИ1 (Тяту Гз) т
V (1 - V) Гагр) -ppi + CnaYng (Гп~ Гагр)
(VI.21)
Для осуществления процесса бурения с одновременным замораживанием проходимых пород необходимо соблюдение условия: скорость промораживания породы должна быть не меньше механической скорости бурения, т. е.
dZ _ dx сгде S — механическая скорость бурения в м/ч.
Ь, им | |
80 | 80 |
60 | 60 |
40 | ЬО |
20 | \ 20 |
0 | L О |

0,5 1,0 1,5 0,5 1,0 1,5 2
Скорость бурения, м/ч а " 6
Рис. 66. Зависимость глубины промораживания породы забоя от механической скорости бурения (влажность породы 15%):
а — при продувке воздухом с начальной температурой минус 20° С; 6 — при промывке солевым раствором сначальной температурой минус 20° С
20 С a
.. _£ 1_] ;
YntCn^n — Т’агр) 2GCa &з J
860ЛГ
2GCa
860jV 2G С а
-<l)-
К(Т
агр"
S=-
Тогда допустимая в этих условиях скорость бурения выразится
формулой
g ^ni»i (Т’агр— Тз)
Г(1 Т) IVi&qji Cni \’щ (Тз — Тагр) — ^ -у Сn2Yn2 (J'n— Тarp) п > J ^
"(VI.22)
Путем соответствующего подбора значений...
tracking img