 |
Глава 5. Буровая гидроаэромеханика и элементы
|
|
|
|
ГЛАВА 5. БУРОВАЯ ГИДРОАЭРОМЕХАНИКА И ЭЛЕМЕНТЫ
ГИДРОПНЕВМОПРИВОДА
Области использования жидкостей, газов и их смесей при бурении и эксплуатации скважин очень разнообразны – от очистных (техническая вода, воздух, глинистые растворы, эмульсии, пены) и закрепляющих (смолы, цементные растворы) агентов до буферных, продавочных, смазочных (КАВС) и рабочих (для гидропневмосистем буровых установок, струйных аппаратов, эрлифтов) агентов, а также в качестве скважинных полезных ископаемых (нефть, вода, горючие газы, рассолы, жидкие руды).
Поведение жидких и газообразных тел, используемых в буровой практике, имеет свои особенности и изучается специальной прикладной дисциплиной " буровая гидроаэромеханика", имеющей ряд направлений: " фильтрация жидкостей и газов к буровым скважинам", " гидравлика тампонажа скважин", " гидроаэросопротивления при промывке (продувке) скважин" и др.
Настоящая глава посвящена в большей части последнему из указанных направлений.
Буровая гидроаэромеханика – это прикладное направление науки «механика жидкости и газа».
Буровая гидромеханика (буровая гидравлика), как и буровая аэромеханика, состоит из трех основных разделов: статики (изучает равновесие жидкостей или газов), кинематики (изучает геометрию движения) и динамики ( изучает движение жидкостей или газов и движение тел в жидких или газовых средах под действием сил). Следует учитывать некоторую условность названия «буровая гидроаэромеханика»: данное направление включает в себя не только собственно механику, но и необходимые разделы таких дисциплин как химия, термодинамика и других.
Жидкост ь – это физическое тело, обладающее свойством текучести, то есть способное изменять форму при сравнительно малых усилиях. В широком смысле слова под понятие «жидкость» попадают газообразные жидкости (газы) и капельные жидкости. Газы легко изменяют как форму, так и объем и часто называются сжимаемыми жидкостями. Капельные жидкости малосжимаемы, т. к. они находятся в сжатом состоянии под действием молекулярного (внутреннего) давления (для воды оно достигает величины 1100 МПа). Молекулярное давление направлено внутрь жидкости, его нельзя измерить простыми приборами.
|
|
|
Далее газообразные жидкости будут именоваться газами, а капельные – просто жидкостями.
5. 1. Параметры состояния жидкостей и газов
Параметрами состояния называют величины, характеризующие состояние объекта в данный момент времени (в данном месте объекта).
Основными параметрами состояния являются абсолютное давление, абсолютная температура, плотность, или объемная масса, удельный, или массовый, объем и полный объем.
1. Абсолютное давление Р.
Давление представляет собой отношение силы (Н) к площади (м2 ). Давление в жидкостях вызвано силами отталкивания молекул при их сближении под действием внешних сил, в газах – ударами молекул.
В СИ измеряется в паскалях (Па): 1 Па=1 Н/м2 = 1 Дж/м3
1 ат (атмосфера техническая) = 1 кгс/см2 = 1 кГ/см2 = 0, 980665× 105Па (точно) = 10 м вод. ст. (при ρ = 1000 кг/м3 и g = 9, 80665 Н/кг) ≈ 105 Па = 0, 1 МПа = 1 бар; 1 атм (атмосфера физическая, или нормальная) = 1 ата = 101325 Па (точно) = 760 мм рт. ст. (при ρ = 13595 кг/м3, g = 9, 80665 Н/кг) ≈ 10, 33 м вод. ст. (при ρ = 1000 кг/м3) ≈ 1 ат; 1 кр/сm2 (килопонд на см2) = 0, 980665 × 105 Па (точно); 1 Тоrr (торр) = 1 мм рт. ст. = 133, 322 Па (точно).
Р= Ра – атмосферное, или барометрическое, давление. На поверхности Земли в среднем Ра≈ 1 ат. Измеряется барометром.
2. Абсолютная, или термодинамическая, температура Т.
Температура характеризует степень нагретости. Представляет собой меру средней кинетической энергии движения молекул.
|
|
|
В СИ измеряется в кельвинах (К).
Т = 273, 15 + tоС, К; (5. 1)
tоС = 
(t°F – 32) = tоRa - 273, 15 = 
tоR, °С, (5. 2)
где tоС – температура в градусах Цельсия;
Т – температура в кельвинах;
tоF – температура в градусах Фаренгейта;
tоRa – температура в градусах Ренкина;
tоR – температура в градусах Реомюра.
3. Объем V.
В СИ измеряется в м3: 1 м3 = 1000 дм3 = 1000 л.
1 баррель нефтяной (США) = 0, 158988 м3; 1 бушель (США) = 3, 52393× 10-2м3;
1 галлон для жидкостей (США) = 3, 78543× 10-3 м3; 1 пинта для жидкостей (США) = 4, 73179× 10-4 м3.
4. Плотность, или объемная масса ρ
В СИ имеет размерность 
. Представляет собой отношение массы (кг) к объему (м3).
Объемной деформацией жидкости (газа) называется изменение плотности.
Зависимость ρ = f(t) для воды аномальна, имеет максимум при t = 3, 98 оС (табл. 5. 1).
Таблица 5. 1 Значения плотности пресной воды при Р = Ра в зависимости от температуры
| Температура t, оС | Плотность ρ, 
|
| 3, 98 | 999, 87 999, 75 998, 26 998, 2 |
Наряду с плотностью могут использоваться и другие понятия:
а) удельный, или массовый, объем υ об
υ об = 
, 
(5. 3)
б) относительная плотность 
|
|
|
