Меню

Перепад давления на долоте это

Методика расчета перепада давления на долоте.

Промывочный узел любого шарошечного долота состоит из участка, где поток ускоряет свое движение (плавное или резкое сужение) и участка свободного истечения (струйного) течения. Таким образом, происходит превращение потенциальной энергии (перепада давления) в кинетическую энергию потока. Любое превращение энергии, как известно, сопровождается потерями.

Если условно кинетическую энергию струи считать «полезной», то потери энергии будут сосредоточены на участке сужения потока. Тогда перепад давления на долоте можно выразить уравнением:

, (10.1)

где xд — коэффициент местных сопротивлений промывочной системы долота на участке сужения потока;

vo — характерная скорость в одном из сечений местного сопротивления; в данном случае — это скорость в самом узком сечении промывочного канала.

Первое слагаемое — это безвозвратные потери давления на «разгон» потока, а второе – «полезная» часть приобретенной энергии, которую буровик надеется с пользой употребить на очистку забоя или долота от шлама.

Представим формулу (10.1) несколько иначе.

. (10.2)

Выражение в скобках принято обозначать соотношением (это мы делали и в разделе 9):

, (10.3)

где mд — коэффициент расхода промывочного узла долота.

. (10.4)

Если выразить vo через Q, а суммарное сечение промывочных каналов долота обозначить через fд , то получим формулу, пригодную для долот любого типа:

. (10.5)

Для гидромониторных долот, оснащенных одинаковыми по диаметру отверстий dо насадками в количестве z штук, удобно пользоваться формулой:

. (10.6)

Коэффициент расхода mд характеризует степень гидродинамического совершенства промывочного узла конкретного долота, величина mд 2 — это, по существу, к.п.д. превращения удельной энергии рд в кинетическую энергию струй vo 2 r/2 . Поэтому mд всегда меньше 1. Каждое долото, строго говоря, имеет свое конкретное значение mд. Величину mд гидромониторного долота, оснащенного конкретными насадками, можно точно рассчитать. Получению расчетной формулы для определения mд посвящен следующий подраздел.

Читайте также:  Давление воды на глубине километр

10.2. Влияние подводящего канала на потери давления
в промывочных каналах гидромониторных долот.

На рис. 10.1. показана стандартная схема установки, герметизации и крепления сменной износостойкой гидромониторной насадки в корпусе долота.

Поток промывочной жидкости, распределяясь по промывочным отверстиям, попадает вначале в подводящий канал 1 с диаметром dn, а затем — в плавно сужающуюся насадку 2 с выходным отверстием do .

Проведем два сечения. Начальное сечение I-I разместим перед входом в подводящий канал, а сечение II-II совместим с выходным сечением насадки.

Если пренебречь разницей в отметках z1 и z2, то уравнение Бернулли для указанных сечений будет иметь вид:

, (10.7)

Рис. 10.1. Насадка гидромониторного долота.

Рис. 10.2. Схема промывочного узла гидромониторного долота.

где р1-2 — потери давления на участке от первого сечения до второго.

Скорость v1 несоизмеримо мала по сравнению со скоростью в сечении II-II, и поэтому ею можно пренебречь. Скорость v2 равна начальной скорости струи vo. Потери давления p1-2 равны сумме местных потерь давления: на входе в подводящий канал (резкое сужение) и в насадке (плавное сужение). По определению (обозначим коэффициенты местных сопротивлений соответственно xп и xн):

. (10.8)

Как видим, для каждого местного сопротивления принята своя характерная скорость.

Подставим (10.8) в (10.7):

. (10.9)

Из условия неразрывности потока

где fп и fо — площади сечения соответственно подводящего канала и насадки. Подставим последнее выражение в уравнение (10.9), помня о том, что р1 – р2 = рд – общий перепад давления на промывочном канале:

.

К выражению в круглых скобках добавим и убавим 1. Тогда:

. (10.10)

С учётом того, что 1 + x = 1/m 2 (с соответствующими индексами), имеем:

. (10.11)

.

.

. (10.12)

Сравним эту формулу с формулой (10.4). Легко обнаружить, что

Читайте также:  Меняется давление в смесителе

,

,

. (10.13)

Эта формула справедлива для случая применения на долоте одинаковых по диаметру отверстий насадок.

Величины коэффициентов расхода mп и mн хорошо известны.

Экспериментально установлено [1], что величина mп равна:

— 0,7, если из долота удалены гидромониторные насадки, и промывочный канал, представляет собой, по существу, диафрагму с диаметром отверстия, равным диаметру подводящего канала;

— 0,82, если насадка в долоте установлена, но диаметр отверстия насадки равен диаметру подводящего канала, что имитирует наличие длинного подводящего канала, а не короткого, что имеет место в реальных долотах.

Многочисленные гидравлические испытания насадок [1] показали, что у насадок с плавным оформлением проточной части, например коноидальных, mн=0,985.

С учетом взаимовлияния насадки и подводящего канала в отношении коэффициента расхода следует принять вариант mп = 0,82.

Если в формулу (10.13) подставить mп = 0,82, mн=0,985, то получим формулу:

. (10.14)

.

Подставим в (10.14):

. (10.15)

Величину dп изменить в условиях буровой невозможно, поскольку это предопределено конструкцией долота. Из формулы (10.13) следует, что dп должен быть по возможности больше, так как в этом случае mд будет больше (а это всегда выгодно). Но, к сожалению, изменять dп в нужном направлении (повторяем) технологу недоступно. С другой стороны, уменьшение dо , что доступно технологу (при dп = const), тоже выгодно, потому что в этом случае тоже будет расти mд. Следовательно, применение насадок с меньшим dо энергетически предпочтительно, так как при этом уменьшается относительная доля потерь давления на входе в подводящий канал в общем перепаде давления на долоте. Более конкретный пример. Предположим, что на первом долоте установлены 3 насадки, а на втором 2, причем суммарное сечение отверстий насадок в обоих случаях одинаково. Это означает, что во втором случае будут установлены насадки с большим dо, чем в первом. Вследствие этого mд во втором случае уменьшится. Увеличится несколько при этом рд (как следствие уменьшения mд), хотя скорость течения струи из насадок vo останется без изменения. Впрочем, надо оговориться, что выгоду оцениваем сугубо с энергетической точки зрения, а не с технологической.

Читайте также:  Когда измерять давление беременным

С учетом (10.15) формулу (10.14) можно преобразовать к виду:

.

Выразим vo через Q и (где z — число насадок):

. (10.16)

Решим это уравнение относительно do:

. (10.17)

По этой формуле следует определять dо при известных Q , r , dп и заданных рд и z.

10.3. Расчет коэффициента расхода промывочного узла
и распределение жидкости между насадками
с различными диаметрами отверстий.

На рис. 10.2 показана схема размещения в долоте трех насадок разного диаметра (d1 > d2 > d3). Диаметры подводящих каналов dп у всех трех каналов одинаковы. Следовательно, в соответствии с формулой (10.15) коэффициенты расхода у всех трех промывочных каналов тоже будут разными (m1

Дата добавления: 2018-06-27 ; просмотров: 1360 ;

Источник

Adblock
detector