CC BY
17ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БУРОВОЙ ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ НА СКОРОСТЬ ПРОТАИВАНИЯ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД Соловьев А.Я.1, Саитов Р.Р.2, Курбанов Ф.Р.3
'Соловьев Александр Янович — кандидат технических наук, доцент;
2 Саитов Рифат Ринатович — магистрант;
3Курбанов Фирдаус Раисович — магистрант, кафедра бурения нефтяных и газовых скважин, горно-нефтяной факультет, Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа
Причина многих осложнений, возникающих при бурении многолетнемерзлых пород -нарушения температурного режима скважины. Нормализация температурного режима скважины при бурении в мерзлых породах достигается изменением физических и теплофизических свойств промывочного раствора.
В работе [1] был проведен сравнительный анализ методик расчета теплового поля вокруг бурящейся скважины. Было выявлено, что многие алгоритмы решения задачи Стефана, просто и доступно решается с помощью COMSOL Multiphysics. Модель на рисунке 1 показывает движение модель бурового раствора, температура которого равна Т0(х) нисходящего потока, проходящегося через интервал залегания ММП (х до х + Дх) и Т^х) восходящего потока [2].
Рис. 1. Модель скважины при бурении ММП
В процессе бурения скважины по буровой колонне (1) вниз к долоту направляется буровой раствор (3), который затем выходит из отверстий долота и направляется обратно вверх (4), как схематически показано на рис. 1. Восходящий поток бурового раствора выносит на дневную поверхность шлам разбуренной породы и воду, получающуюся при таянии льда ММП. Буровой раствор, имея на входе начальную температуру Твх и двигаясь вниз по бурильной колонне, доходит до долота и получает от него дополнительное количество тепла, выделяемого долотом при работе. Поэтому температура Т 0(х) в нисходящем потоке бурового раствора растет по пути к долоту.
Дополнительно нагретый работающим долотом буровой раствор выходит из отверстий долота и далее движется вверх, вынося шлам от разбуренной породы и подогревая его до своей температуры, а также растапливая лед в разбуренной ММП. Поэтому при обратном движении вверх температура бурового раствора в восходящем потоке падает, вследствие теплопотерь на подогрев шлама ММП и растопление льда. Кроме того, температура восходящего потока по
пути вверх падает вследствие теплообмена через стенку бурильной трубы с холодным нисходящим потоком. Получается, что фактическая температура Твых бурового раствора на выходе бывает ниже температуры на входе Твх [3].
На рисунке 2 представлена двухмерная осесимметричная модель скважины и где показана начальное распределение температуры Т0, которое находится по формуле:
Т0 =ТЬ-Нх/Ь-(ТЬ-Тс) (1) где Ть - температура бурового раствора на входе; Тс - температура ММП; Ь - ширина данной модели.
Скорость движения раздела фаз и1-2 рассчитывается по формуле:
"1-2 = (2) где Т1т - плотность теплового потока; ДН1-2 - удельная теплота плавления.
Таблица 1. Основные теплофизические параметры
Коэффициент теплопроводности, Вт/(мК) Удельная теплоемкость, Дж/(кгК) Плотность, кг/м3 Удельная теплота плавления, кДж/кг
ММП 2,25 2027 917,5 335
БПЖ 0,599 4183 998,2 -
Рис. 2. Модель скважины, при фазовом переходе 1 — многолетнемерзлые породы; 2 — буровой раствор; 3 — граница раздела фаз (ММП — скважина)
И согласно данным таблицы 1 благодаря COMSOL Multiphysics получаем движение границы раздела фаз, после начала прокачки бурового раствора (рисунок 3).
Список литературы
1. Быков И.Ю. Термозащита конструкций скважин в мерзлых породах. [Текст]: учеб. пособие / И.Ю. Быков, Т.В. Бобылёва. Ухта: УГТУ, 2007. 131 с.: ил. Термические факторы.
2. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979. 392 с.
3. Введение в COMSOL Multiphysics. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.comsol.ru/shared/ downloads/IntroductюnToCOMSOLMuШphysics_RU52a.pdf/ (дата обращения: 10.05.2017).
ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ОТКОСОВ БОРТОВ ГЛУБОКИХ КАРЬЕРОВ, СЛОЖЕННЫХ ТРЕЩИНОВАТЫМИ СКАЛЬНЫМИ ПОРОДАМИ Гасанова Н.Ю.
Гасанова Надежда Юнисовна — старший преподаватель, кафедра математики,
Ташкентский государственный технический университет, г. Ташкент, Республика Узбекистан
Аннотация: в статье анализируются некоторые особенности поведения массива пород при ведении открытых горных работ и происходящее при этом качественное преобразование компонент тензора напряжений с учетом региональных тектонических напряжений. Ключевые слова: карьер, геомеханика, сложноструктурный прибортовой массив, устойчивость массива, релаксация напряжений.
Значительное место в горной науке и геомеханике в последние десятилетия занимают проблемы изучения закономерностей деформирования и разрушения породного массива, формирования его напряженно-деформированного состояния при ведении горных работ, оценки механического состояния и управления этим состоянием с учетом механических последствий как открытых, так и подземных горных работ. Множество задач геомеханики связано, с одной стороны, с повышением эффективности разрушения горных пород при их разработке, и, с другой, - с обеспечением надежной устойчивости техногенных породных обнажений в течение необходимого временного периода.
Среди расчетных методов оценки состояния массива горных пород наиболее широко распространен метод, основанный на законе Кулона-Мора. Условие разрушения горных пород согласно этого закона описывается по так называемому паспорту прочности, основанному на
