WWW.BOOK.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные ресурсы
 

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

«БУРЕНИЕ СКВАЖИН 6 условиях изменения агрегатного состояния горных пород 5 5 Ъ, 6 Б. Б. Кудряшов В. К. Чистяков К $89 В. С. Литвиненко БУРЕНИЕ СКВАЖИН В УСЛОВИЯХ ...»

-- [ Страница 1 ] --

БУРЕНИЕ

СКВАЖИН

6 условиях

изменения

агрегатного

состояния

горных пород

5 5 Ъ, 6

Б. Б. Кудряшов В. К. Чистяков

К $89

В. С. Литвиненко

БУРЕНИЕ СКВАЖИН

В УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЕНИЯ

АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ

ГОРНЫХ ПОРОД

Ленинград

«Недра»

Ленинградское отделение

ББК 33.16

К 88

УДК 622.243:622.248.3(075.8) Кудряшов Б. Б., Чистяков В. К-, Литвиненко В. С.

К 88 Бурение скважин в условиях изменения агрегатного состоя­ ния горных пород.—Л.: Недра, 1991.—295 слил.

ISBN 5 -2 4 7 -0 0 6 7 0 -4 Рассмотрены условия бурения скважин с изменением агрегатного со­ стояния горных пород. Приведем методы разработки н совершенствова­ нии технических средств и технологических приемов бурения скважин: в мерзлых породах с поддержанием их естественного агрегатного состояния, с одновременным замораживанием проходимых пород, плавлением горных пород и в ледниках и ледниковых покровах полярных областей. Дана технико-экономическая оценка эффективности новых технических средств и методов бурения, определены перспективы их внедрения.

Д ля инженерно-технических работников, занятых геологоразведочным бурением в сложных условиях.

2502010300—327 ББК 33.16 * 043(01)—91 Выпущено в порядке совместной деятельности с Ленинградским горным инсти­ тутом ISBN 5—247—00670—4 © Б. Б. Кудряшов, В. К. Чистяков, В. С. Литвиненко, 1991

ПРЕДИСЛОВИЕ

Многообразные процессы, связанные с технологией бурения скважины, могут быть отнесены к следующим основным группам:

1) механические процессы — деформации и разрушение пород на забое и стенках скважины, работа и износ бурового инстру­ мента и оборудования, спуско-подъемные и специальные операции в скважине и т. п.;

2) гидравлические процессы — циркуляция промывочной среды в системе скважина — буровой снаряд, транспортировка продук­ тов разрушения или керна горных пород, тампонажных смесей, проявления пластовых флюидов и др.;

3) тепловые процессы — нагрев и охлаждение циркулирующей в скважине промывочной среды, бурового снаряда и оборудова­ ния, окружающего скважину массива горных пород в результате действия как распределенных, так и сосредоточенных источников и стоков тепла, связанных с естественными и искусственно возни­ кающими в процессе бурения тепловыми полями;

4) массообменные (диффузионные) и физико-химийеские про­ цессы, связанные с изменением структуры и концентрации отдель­ ных компонентов в циркулирующих в скважине промывочных и тампонажных средах, а также в горных породах; фазовыми пере­ ходами в этих средах; фильтрацией жидких и газообразных сред через забой и стенки скважины и пр.

Одна из характернейших черт всех традиционныхи разрабаты­ ваемых новых технологических процессов бурения скважин, в основе которых лежат методы интенсивного механического, гидро­ динамического, теплового, физико-химического воздействия на горные породы, заключается в том, что их эффективность опреде­ ляется не только затратами энергии и переносом вещества, но и характером и величинами диссипации энергии и «рассеивания»

вещества в окружающей среде. Уровень и характер этих потерь зависит от эффективности методов и средств управления процес­ сами тепломассопереноса.





На современном уровне развития технологии бурения скважин основная роль принадлежит механическим и гидравлическим про­ цессам. Однако особенности проведения буровых работ в ряде специфических природных и горно-геологических условий, даль­ нейшее увеличение глубин бурения, разработка новых, более 1* 3 прогрессивных и совершенствование существующих способов бу­ рения обусловливают возрастающее влияние тепловых процессов на всех этапах сооружения и эксплуатации скважины.

Рациональное регулирование теплового режима бурящейся скважины перерастает в важную практическую задачу, успешное решение которой в значительной мере определяет эффективность сооружения самой скважины и выполнение ее целевой функции.

Под влиянием как высоких положительных, так и отрицатель­ ных температур окружающих скважину горных пород часто возни­ кают при бурении и креплении скважин различного рода осложне­ ния и аварии, резко снижается производительность и повышается себестоимость буровых работ, существенно падает эффективность и качество исследования скважин.

Так, изменение температуры циркулирующей в скважине про­ мывочной среды оказывает заметное влияние на ее реологические свойства и связанные с ними гидравлические характеристики цир­ куляционных потоков, что приводит к возрастанию или уменьше­ нию гидродинамического давления в скважине, изменению мощ­ ности на привод насосов, меняются условия очистки скважины от продуктов разрушения породы на забое, требуются дополнитель­ ные меры по приготовлению, обработке и очистке промывочной среды.

Температурный фактор оказывает также значительное влияние на процессы крепления стенок скважин и изоляции отдельных пластов и продуктивных горизонтов, от него зависят качество там­ понирующих растворов, надежность и полнота заполнения ими затрубного пространства, образование прочного и непроницаемого тампонажного камня. Температурные условия определяют дли­ тельную устойчивость ствола скважины, работу скважинного и по­ верхностного бурового оборудования и инструмента.

С увеличением температуры снижается работоспособность по­ родоразрушающего инструмента и возрастает износ его вооруже­ ния: алмазов, синтетических сверхтвердых материалов, твердо­ сплавных вставок и резцов, зубьев и режущих кромок долот и коронок, опор долот и др. Повышаются требования к качеству при­ меняемых материалов: стали и сплавов для бурильных, колонко­ вых и обсадных труб, резине протекторов и уплотнений, изоля­ ционным материалам, подшипникам и другим изделиям, особенно при бурении сверхглубоких скважин, когда температура в при­ забойной зоне достигает 200—300 °С.

Особо важную роль температурный фактор приобретает при бурении скважин в многолетнемерзлых породах, которые распро­ странены на 49,7 % территории СССР. Осложнения при бурении скважин в многолетнемерзлых породах, связанные с замерзанием промывочной жидкости на водной основе или с потерей устойчи­ вости сцементированных льдом рыхлых пород при протаивании [23, 30], требуют детального изучения теплообменных процессов в скважине и тщательного учета температурного фактора.

Применение форсированных режимов бурения, широкое внед­ рение алмазного инструмента требуют обеспечения достаточного охлаждения породоразрушающего инструмента с целью увеличе­ ния механических скоростей, повышения его износостойкости и сни­ жения стоимости бурения, что вызывает необходимость изучения закономерностей теплообменных процессов в призабойной зоне скважины, механизма нагрева и охлаждения инструмента.

За счет соответствующего регулирования температуры промы­ вочной среды возможно получение кондиционного керна в есте­ ственном мерзлом состоянии из мерзлых пород, а также в слабо­ связных и несвязных влажных породах путем их замораживания в процессе бурения скважины, когда все прочие методы бессильны.

Замораживание пород в процессе бурения перспективно в целях борьбы с осложнениями при бурении обводненных и неустойчивых пород как средство их временного крепления, устранения поглоще­ ний промывочной жидкости. Разработка технических средств и технологических приемов бурения с одновременным заморажива­ нием буримых пород может базироваться только на детальном изучении теплообменных процессов в призабойной зоне скважины, анализе механизма их протекания.

В настоящее время в практику буровых работ все шире внед­ ряются разнообразные тепловые методы разрушения или разуп­ рочнения горных пород, эффективность которых уже в меньшей степени зависит от механических свойств, а в большей степени оп­ ределяется тепловыми свойствами и температурой горных пород.

В условиях интенсивного теплового воздействия на породу забоя обеспечивается ослабление ее прочностных свойств или разруше­ ние за счет термических напряжений в приповерхностном слое (термическое или огневое бурение), а также плавления или даже испарения (контактное бурение-плавление, электродуговое, лазер­ ное и пр.).

Плавлением с последующим затвердеванием расплава на стен­ ках скважины и керна может быть создана прочная водонепрони­ цаемая оболочка, способная заменить обсадную колонну в неус­ тойчивых породах, а также обеспечить сохранность и представи­ тельность керна.

Поскольку для большинства горных пород температура плав­ ления и удельное количество теплоты на агрегатный переход из твердого состояния в жидкое являются величинами сравнительно высокого порядка, практическое применение метода бурения горных пород плавлением требует концентрации в зоне забоя зна­ чительной тепловой энергии, создания высокотемпературных пенетраторов из жаропрочных материалов и специальных техно­ логических приемов. Однако тепловое бурение плавлением снеж­ но-фирновых и ледовых толгц уже сейчас получило широкое при­ менение (Антарктида, Гренландия, высокоширотные и высокогор­ ные ледники) [23, 55, 62, 63].

Гл. 1—5 написаны В. К. Чистяковым, кроме разделов 1.3, 2.1, 2.2, 3.4, 4.1, 4.3 и 4.4, написанных совместно Б. Б. Кудряшовым и В. К- Чистяковым, раздела 5.4, написанного совместно Б. Б. Куд­ ряшовым и В. С. Литвиненко, разделов 1.1, 5.1, 5.5. написанных совместно В. С. Литвиненко и В. К. Чистяковым, раздела 5.5.3, написанного В. С. Литвиненко, и разделов 2.3 и 2.4, написанных A. М. Яковлевым. Введение и заключение написаны Б. Б. Кудря­ шовым, им же выполнено редактирование рукописи.

Авторы приносят глубокую благодарность сотрудникам кафед­ ры технологии и техники бурения скважин, отраслевой лаборато­ рии ТТРБ и отдела антарктических исследований Проблемной лаборатории горной теплофизики Ленинградского горного инсти­ тута Н. Е. Бобину, А. А. Земцову, В. И. Коваленко, Б. С. Мои­ сееву, В. М. Пашкевичу, Г. Н. Соловьеву, А. М. Шкурко, а также сотрудникам кафедры прикладной математики Казанского госу­ дарственного университета А. Н. Саламатину, С. А. Фомину, B. А. Чугунову, принимавшим активное участие в исследованиях и разработках, послуживших основой для настоящей работы.

Глава 1

ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОС ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН

В УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЕНИЯ

АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

U. СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРАХ

Одним из важнейших направлений исследования процессов бурения скважин с целью обоснования оптимальных организа­ ционных и технико-технологических решений, принимаемых как на стадиях проектирования, так и в период сооружения скважин, является изучение свойств горных пород и закономерностей их из­ менения в естественном состоянии.

В результате воздействия на горные породы различных физи­ ческих полей они могут находиться в естественных условиях в твердом, жидком и газообразном состояниях, каждое из которых определяется так называемыми термодинамическими парамет­ рами состояния. Основными термодинамическими параметрами для горных пород являются абсолютная температура Т, абсолют­ ное давление р и плотность р (или удельный объем).

Разнообразные физические, физико-механические и физико-хи­ мические свойства горных пород и полезных ископаемых, их клас­ сификации, причины и закономерности изменения этих свойств в различных термодинамических условиях, лабораторные и полевые методы их определения изучает новая геологическая наука петро­ физика [10].

Горная порода — это многокомпонентная гетерогенная система природного образования, включающая твердую, жидкую и газооб­ разную фазы. Свойства горной породы определяются в основном ее фазовым составом, строением, неоднородностью и термодина­ мическими параметрами, характеризующими ее естественное со­ стояние.

По составу твердой фазы большинство горных пород являются полиминеральными и полидисперсными образованиями, т. е. сло­ жены кристаллами или зернами минералов различной крупности (гранит, песчаник, глина и др.). Встречаются и мономинеральные породы (известняк, доломит, мрамор, лед). Твердая фаза запол­ няет часть объема горной породы. Оставшаяся часть, называемая поровым пространством, заполняется обычно жидкими и газооб­ разными фазами, которые при определенных термодинамических параметрах могут изменять свое агрегатное состояние (например, переход воды в лед при отрицательных значениях температуры).

Строение горных пород характеризуется двумя основными при­ знаками: структурой и текстурой. Структура породы определяется минеральными компонентами и льдом-цементом. По мере пони­ жения температуры и увеличения влажности (льдистости) пород их прочностные свойства приближаются к прочности скальных и полускальных пород, при этом в большей степени это проявляется у крупнозернистых песчаных пород со сложной текстурой и в мень­ шей степени у глинистых пород со слоистой криогенной (с про­ слоями льда) текстурой.

В зависимости от характера давления могут происходить как уплотнение пород с увеличением поверхностей контакта слагаю­ щих их зерен, так и образование новых трещин с уменьшением связи между отдельными участками.

Свойства горных пород выражают и оценивают с помощью определенных показателей (характеристик), являющихся количе­ ственной их мерой. Наиболее важные из них, существенно влияю­ щие на процесс бурения скважин, — плотность и пористость, упру­ гие, деформационные, прочностные, электромагнитные и теплофи­ зические характеристики горных пород.

–  –  –

1.1.2. Упругие свойства горных пород Упругие свойства горных пород проявляются в их способ­ ности сопротивляться изменениям формы н объема под действием механических напряжений. Основными характеристиками упругих свойств горных пород являются модуль Юнга, модуль сдвига G, коэффициент сжимаемости р, коэффициент Пуассона vP, скорости распространения упругих продольных vP и поперечных vs волн.

Модули Юнга Е и сдвига G, а также коэффициент сжимае­ мости. р находятся в отчетливой зависимости от плотности пород, при этом с увеличением плотности модули Е и G возрастают, а коэффициент р соответственно уменьшается. В этой связи по­ вышение давления и температуры оказывает на эти показатели противоположное действие. Наиболее значительные изменения происходят в диапазоне возрастания давления до 50 МПа и тем­ пературы до 550—600°С; последнее связано с температурой поли­ морфных изменений одного из наиболее распространенных поро­ дообразующих минералов — кварца. Для большинства горных по­ род значение модуля Юнга изменяется в пределах 1,0—300 ГПа, а модуля сдвига — 0,4—200 ГПа. Наиболее низкие значения мо­ дуля упругости у пористого туфа, глинистых сланцев, наиболее высокие — у базальтов, диабазов, пироксенитов. Значений модуля сдвига G получено относительно мало, и они нередко примерно вдвое меньше, чем соответствующие значения модуля Юнга. На рис. 1.1 показано изменение модуля упругости Е от температуры для некоторых горных пород [42].

Коэффициент Пуассона не обнаруживает явной связи с мине­ ралогической плотностью пород и отражает в основном неодно­ родность упругих свойств самих породообразующих минералов, т. е. характеризует неоднородность среды. Для большинства пород значения коэффициента Пуассона, изменяясь от 0,04 до 0,5 чаще всего находятся в пределах 0,18—0,35. Малые значения vP наблю­ даются у пористых базальтов, а также у существенно кварцевых

–  –  –

пород, таких как кварцевидные алевролиты и песчаники, граниты, кварцевые порфиры, филлиты, диориты. Высокие значения v p о т ­ н о с я т с я к породам, содержащим минералы с различными упру­ гими свойствами.

Экспериментально установлено, что воздействия высоких тем­ ператур и давлений на различные горные породы характеризуются сложными зависимостями изменения скорости распространения в них продольных и поперечных волн [58], аномалии скорости часто связываются с полиморфными переходами в некоторых ми­ нералах.

Предельные значения упругих характеристик наиболее типич­ ных горных пород приведены в табл. 1. 1.

–  –  –

где х, у и г — оси координат.

При увеличении нагрузок и соответствующих напряжений в по­ роде деформации возрастают, при этом изменяется их зависимость от напряжения. Первая или ранняя стадия деформации большин­ ства горных пород характеризуется прямой зависимостью между напряжениями и соответствующими деформациями; последние на­ зываются упругими, так как после прекращения действия внешних сил деформированный объем горной породы, как правило, прини­ мает исходное состояние.

При дальнейшем возрастании напряжений характер зависи­ мости от них деформаций усложняется, и они уже становятся не­ обратимыми после снятия нагрузки, так как форма и размеры тела полностью не восстанавливаются. Этот вид деформации но­ сит название пластической.

И наконец, увеличение нагрузок может привести к такому воз­ растанию деформаций, при которых порода теряет свою сплош­ ность и разделяется на части. Это область разрушающих дефор­ маций.

В зависимости от характера деформаций горные породы разде­ ляются на упруго-хрупкие (пластические деформации практически не наблюдаются вплоть до разрушения), упруго-пластичные (раз­ рушающей деформации предшествуют упругая и пластическая де­ формации) и пластичные (упругая деформация практически от­ сутствует).

Способность горных пород деформироваться и разрушаться определяется характером внутренних связей между частицами по­ роды, наличием в них различных дефектов и зависит от целого ряда внешних факторов: вида и способа приложения нагрузки, давления, температуры и т. п.

Прочность породы определяется критическими напряжениями, при которых происходит ее разрушение. В зависимости от вида напряжений различают пределы прочности при сжатии аС рас­ж, тяжении оР, сдвиге тсд, изгибе оизг и т. д. Для большинства гор­ ных пород имеет место неравенство ^ тсд -^W ^ ^Р" тсж При этом пределы прочности на растяжение редко превышают 10 % прочности на сжатие, что объясняется большим количеством нарушении и неоднородностей в породах и слабыми силами сцеп­ ления между частицами.

Основным показателем, характеризующим прочностные свой­ ства горных пород применительно к процессу их разрушения при механических способах бурения скважин, является твердость — местная прочность на вдавливание в породу элемента вооружения породоразрушающего инструмента.

При повышении температуры в зависимости от величины и на­ правленности термических процессов возможен различный харак­ тер изменения прочностных характеристик горных пород.

Если в породе в каком-то диапазоне температур ее нагрева отсутствуют термохимические и физические превращения, то в этом случае основную роль в изменении ее прочностных свойств будут играть термонапряжения, возникающие из-за неравномерного теп­ лового расширения различных минеральных зерен или их поли­ морфных превращений.

Экспериментальные данные показывают, что возникновение в этих условиях растягивающих напряжений способствует расши­ рению микротрещин и снижению прочности пород, а появление сжимающих напряжений приводит к уменьшению микротрещино­ ватости и к некоторому увеличению прочности при первоначаль­ ном повышении температуры. Об этом говорит появление макси­ мумов на кривых зависимости предела прочности при сжатии не­ которых пород от степени их нагревания (рис. 1.2,о).

Опыты показывают, что упрочнение в основном характерно для плотных мелкозернистых пород. Повышение прочности до темпе­ ратур примерно 800°С обнаружено у мелкозернистого песчаника (размер зерен d — 0,02-у-0,3 мм),серпентинита (d = 0,l -f-0,6мм), халькозиновой руды, уртнта (рис. 1.2,6). У многих крупнозерни­ стых пород, например гранитов, наблюдается снижение прочности с самого начала нагревания (рис. 1.2,б).

При температурах выше 800 °С почти во всех породах начинает преобладать разупрочняющий эффект термонапряжений.

Физические и термохимические эффекты при нагревании гор­ ных пород чаще всего приводят к их разупрочнению. Однако неко­ торые фазовые переходы могут вызвать скачкообразное увеличе­ ние механических параметров породы.

Так, для кварцсодержащих пород (например, кварцитов, пес­ чаников) существует точка минимума значения модуля упругости около температуры 573°С, выше которой происходит резкое его возрастание. Это объясняется полиморфным превращением квар­ ца — переходом низкотемпературной тригональной модификации кварца (а-кварц) в высокотемпературную гексагональную 'ф-кварц) (см. рис. 1.1,а).

Глинистые породы, имеющие водно-коллоидный характер связи между частицами, с повышением температуры спекаются, упроч­ f !

i j ) Рис. 1.2. Температурные зависимости прочностных свойств горных пород.

а —максимумы на кривых осж = f(Г) (/ уголь, 2—мелкозернистый гранит); б —повышение °сж ПРИ нагревании (/ —халькозиновая руда, 2 —уртит); в —понижение осж при нагревании (/ —железистый кварцит, Лебединский ГОК, 2 —гранит, месторождение Ровное. 3—плавленый кварц, 4—габбро, Ждановский ГОК, 5—лабрадорит).

няются, и поэтому их параметры прочности и упругости возрас­ тают в несколько раз.

Во всех случаях, когда высокие температуры приводят к выго­ ранию породы (уголь, углистые аргиллиты, сланцы), наблюдается уменьшение прочности и модулей упругости с увеличением темпе­ ратуры.

Если нагревание породы не приводит к необратимым измене­ ниям в ее составе или структуре, то при ее охлаждении восста­ навливаются параметры упругости. То же наблюдается и в кварц­ содержащих породах, так как переход а-кварца в p-кварц явле­ ние обратимое. ' •' - '. Z' V 2 Г. Б. Кудряшов и др.

чучеВ ь П Г ТРЫ ПОрОД’ х а Р а к т е Р и з У ю щ ие их пластичность, полгте Г ть, релаксацию напряжений, с повышением температуры уве­ У личиваются. Вязкость пород с нагреванием снижается УР У топ коМ Н ерГппг ТСМПерг1ТурЫ породы приводит к изменению не только ее прочности, но и механизма разрушения. Повышение температуры способствует проявлению п л а в н о г о характера разрушения пород. F 1Ср Понижение температуры приводит к уменьшению пластичности [ ппчнпст,еНя° МОдуля УпРУгости пород, возрастает их статическая 'Р“ ость- В то же вРемя при глубоком охлаждении пород резко возрастает их хрупкость. При динамических нагрузках они разру­ шаются легче, чем в условиях положительных температур. Так удельная работа разрушения габбро-диабаза и различных песча­ ников при температурах ниже -1 5 0 °С в 4 - 6 раз меньше работы разрушения при нормальной температуре, несмотря на то, что предел прочности этих пород при низких температурах сгж’ уве­ личивается в 1,1—1,7 раза. у Упрочняющие и разупрочняющие эффекты, возникающие при нагревании или охлаждении горных пород, приводят к остаточ­ ным изменениям их свойств. Так, прочность фосфоритовых руд Каратау, равномерно нагретых до 500°С и затем охлажденных снижается на 30—40 %; энергоемкость разрушения неокисленных железистых кварцитов меняется в зависимости от температуры предварительного нагревания. Породы, склонные к значительным проявлениям пластических деформаций при нагревании (например, Таблица 1.2 Механические свойства основных типов горных пород

–  –  –

1.1.4. Электромагнитные свойства горных пород Изменение удельного электрического сопротивления горных пород с повышением температуры подчиняется законам зонной теории электрической проводимости. Подвижность ионов в ди­ электриках с повышением температуры увеличивается, растет их кинетическая энергия и облегчается их вырывание из решетки.

Поэтому электрическая проводимость диэлектрика возрастает.

Зависимость электрической проводимости оэ чистого диэлектрика от температуры выражается формулой [57] О = оэ0ехр[—QJ(kT)], э (1.7) где 7эо— некоторая постоянная, См/м; Q3 — ширина запрещенной зоны, представляющая собой энергию активации, необходимую для вырывания и перемещения иона, Дж; k — постоянная Больц­ мана (й = 1,38-10— Д ж /К ); Г — абсолютная температура, К.

В полупроводниках повышение температуры приводит к уве­ личению концентрации электронов в зоне проводимости и соот­ ветственно к росту их электрической проводимости. Зависимость электрической проводимости полупроводника от температуры вы­ ражается формулой [57] оэ = о Сexp [—QJ(2kT)].

гэ1 (1.7а) При повышении температуры до 600 °С удельное электрическое сопротивление пород рэ уменьшается от 20 до 109 раз. Наиболь­ шее понижение сопротивления с повышением температуры при­ суще породам с большим начальным сопротивлением.

2* Рис. 1.3. Температурные зависимости удельного электрического сопротивления Рэ пород.

/ —мрамор; 2 —тальковый камень; 3 —апатито-нефелиновая руда; # —уртит-порфир; 5 —бурый железняк (Коршуновское месторождение).

Рис. 1.4. Температурные зависимости диэлектрической проницаемости ег мине­ ралов.

/ —кварц; 2—тальк; S— ангидрит; 4 — хромит В породах и минералах при низких температурах, когда основ­ ные ионы решетки еще мало диссоциированы, значительное уча­ стие в переносе зарядов принимают примесные ионы. Поэтому при низких температурах наблюдается изменение сопротивления в ши­ роких пределах, при более высоких температурах — значительно меньшие изменения, а кривые зависимости рэ = Д1/7’) имеют точки перегиба (рис. 1.3).

Повышение температуры влажной пористой породы вызывает испарение влаги, в связи с чем зависимость электрического со­ противления такой породы от температуры начинает отличаться от экспоненциальной. Так, чаще всего повышение температуры по­ роды примерно до 200 °С приводит к некоторому" увеличению сопротивления (за счет высушивания) и только в дальнейшем на­ чинается его уменьшение. Например, данные по изучению камен­ ных углей (бурых, жирных, газовых) и горючих сланцев показы­ вают, что до температур 50—100°С электрическое сопротивление испытуемого образца снижается, а при дальнейшем повышении температуры до 200 °С возрастает.

Фазовые превращения, приводящие к изменению состава по­ роды или минерала, четко отражаются на температурной зависи­ мости электрического сопротивления пород. Так, у сидерита на­ блюдается минимум рэ в области 670°С, что связано с его раз­ ложением (FeC03-^-FeO + С 02).

Диэлектрическая проницаемость гг большинства пород с повы­ шением температуры также возрастает. Установлено, что с повы­ шением температуры происходит дифференциация пород и мине­ ралов до диэлектрической проницаемости. Так, если ег породооб­ разующих минералов при комнатных температурах не превышает 10, то в области 600°С ег разных минералов меняется от 6 до 33 (рис. 1.4). Характерно, что в жидкостях, в которых бтсутствуют жесткие связи между молекулами, диэлектрическая проницаемость с повышением температуры повышается. В ряде случаев такая закономерность возможна и в породах. При фазовых переходах минералов наблюдаются аномалии в зависимости sr = f(T). Так, у серы при температуре 96°С замечен скачок ег, соответствующий переходу ромбической серы в моноклинную. Переход от арагонита К кальциту в температурном интервале 360—470°С также сопро­ вождается изменением диэлектрической проницаемости.

Влияние температуры на магнитные свойства пород наиболее выражено в группе ферромагнетиков. С повышением температуры растет подвижность атомов, составляющих домены. При опреде­ ленной температуре, называемой точкой Кюри, домены полностью лишаются магнитных моментов. Выше этой температуры ферро­ магнетик переходит в парамагнетик. Температура Кюри пород за­ висит от их строения и минерального состава. Если порода содер­ жит несколько ферромагнитных минералов, то она может иметь ряд точек Кюри, соответствующих каждому минералу.

Ферромагнитным породам присуще также снижение остаточ­ ной намагниченности / ост и коэрцитивной силы Нс с повышением температуры. Интересно, что отношение 1От/Нс имеет максимум С в области 500—600 °С (рис. 1.5).

У некоторых минералов-антиферромагнетиков в кристалличе­ ской решетке существуют антипараллельно ориентированные, друг друга взаимно компенсирующие магнитные диполи (подрешетки).

Поэтому в определенном диапазоне температур их магнитные про­ ницаемости малы, и они ведут себя как парамагнетики. При тем­ пературе фазового перехода происходит опрокидывание подрешеток — они оказываются направленными в одну сторону, и их маг­ нитные моменты суммируются. Это сопровождается резким

–  –  –

кость с„, Д ж /(кг-К ), температуропроводность а п, м2/с между которыми устанавливается следующим выражением:

ап ^п/(С п) пР ( 1.8) где спрп — объемная теплоемкость, Д ж /(м 3-К).

Кроме «ого, теплофизическими характеристиками горных по­ род являются коэффициенты линейного и объемного расширения горных пород, температуры фазовых (изменение структурного класса) и агрегатных (твердое тело — жидкость — газ) изменений в породе, удельное количество теплоты, необходимое для осуще­ ствления последних. } Так как горные породы в общем случае полидисперсные гетег рогенные системы, то понятия теплофизических свойств приме­ няются к ним^условно как эффективные (эквивалентные). Значе­ ния этих свойств зависят от многих факторов, важнейшими из которых являются литологический и гранулометрический состав, пористость, нефтеводогазонасыщенность и термодинамические па­ раметры (р, Т).

Коэффициент теплопроводности горной породы Яп зависит от коэффициентов теплопроводности твердой фазы Ят, жидкой и газоооразной фаз Яж и Яг, пористости /(„, характера связи между фазами, абсолютного давления р и температуры Т.

Анализ результатов исследований зависимости коэффициента теплопроводности от всестороннего давления р приводит к вы­ воду, что влиянием его на низкопористые породы (плотные изве­ стняки, мелкозернистые песчаники, плотные магматические и ме­ таморфические породы) можно пренебречь. Однако теплопровод­ ность высокопористых крупнозернистых песчаников, насыщенных нефтью или водой, увеличивается на 25 %, а сухих — на 40—70% при изменении давления от 0,1 до 40 МПа [53].

Так как основным источником переноса энергии в горных по­ родах являются фононы (звуковые кванты), возникающие в ре­ зультате колебания атомов и ионов в узлах кристаллической ре­ шетки, то с увеличением температуры, как правило, увеличивается и рассеивание фононов, их сталкивание друг с другом и с дефек­ тами кристаллической решетки реальных кристаллов. Это снижает путь свободного пробега отдельных фононов и время их существо­ вания. Поэтому при повышении температуры снижается теплопро­ водность многих кристаллических минералов и пород. При этом наблюдается соответствие известной из фононной теории тепло­ проводности зависимости I J = А, (1.9) где А — некоторая постоянная, равная для плотных изверженных и метаморфических пород (кварцитов, гранитов, пегматитов) 110—1900 Вт/м.

Такая закономерность изменения с температурой наблю­ дается только в области до 400°С. При более высоких темпера­ турах теплопроводность стремится к постоянному значению, для некоторых пород отмечено даже возрастание % Наиболее значи­ п.

тельное снижение лм с повышением температуры характерно для пород, обладающих большими исходными ее значениями.

Теплопроводность пород, имеющих высокую пористость, с по­ вышением температуры изменяется немного, что связано в основ­ ном с наличием радиационной составляющей теплопроводности в пористых породах. В практических расчетах можно принять теп­ лопроводность этих пород независимой от температуры.

Теплопроводность аморфных и скрытокристаллических мине­ ралов и пород (обсидиан, аморфные разновидности S102 и др.) с повышением температуры возрастает. Некоторый рост тепло­ проводности с повышением температуры наблюдается также у анортозитов, глин и углей. Это связано с большой нарушенностью кристаллической решетки пород при исходных темпе­ ратурах.

С повышением температуры кристаллических пород приближается к теплопроводности аморфных пород и при 1200 1400 К почти для всех горных пород оказывается в довольно уз­ ком диапазоне— -1,1—2,3 В т/(м • К ).

Если при нагревании в породах происходят различные фазовые превращения, дегидратация и т. д., то на кривой зависимости = ЦТ) таких пород возникают области максимумов или мини­ мумов. Например, известняки имеют область минимума при температурах 300—400 °С.

При повышении температуры влажных пород влага испаряется.

Поэтому кривые теплопроводности таких пород при нагревании до 100—200 °С имеют область максимума: вначале, так как теп­ лопроводность воды с повышением температуры увеличивается, % всей породы возрастает, а затем при испарении влаги происхо­ п дит уменьшение теплопроводности.

Удельная теплоемкость горных пород обычно выше удельной теплоемкости металлов и изменяется в пределах от 0,4 до 2 кП ж /(кг-К ). При этом объемная теплоемкость спрп изменяется в значительно меньших пределах 1,5-103 спрп 3 - 1 0 3 кДж/(м

•К). Удельная теплоемкость плотных пород зависит только от их минерального состава и практически не зависит от их строе­ ния (структуры и текстуры). В пористых породах удельная теплоемкость зависит от коэффициента пористости и удельной Т а б л и ц а ' 1.3 Теплофизические свойства некоторых горных пород (по данным [53, 58])

–  –  –

теплоемкости заполняющей поры среды. Поэтому теплоемкость водонасыщенных пород из-за высокой теплоемкости воды посто­ янно растет с увеличением их влагонасыщенности. По этой же причине при насыщении пород жидкими или газообразными угле­ водородами их теплоемкость значительно ниже теплоемкости во­ донасыщенных аналогов.

Увеличение энергии собственных колебаний частиц в минераль­ ной фазе горной породы, обусловленное ростом частоты колеба­ ний, приводит к увеличению удельной теплоемкости породы с по­ вышением температуры. Максимальная частота tomax и соответ­ ственно максимум энергии в твердых телах наблюдаются при определенной, так называемой характеристической температуре (температура Дебая). Однако из-за наложения термохимических эффектов дебаевская закономерность изменения теплоемкости с повышением температуры в горных породах сохраняется далеко не всегда. Так, удельная теплоемкость каменного угля в области 200—400°С имеет максимум, после чего происходит падение ее вплоть до 1000 °С. Отношение теплоемкости при 600 °С к теплоем­ кости при 100 °С для скарнов составляет 1,4, для кварца, плавлен­ ного кварца, кварцитов— 1,36, для гранитов— 1,26.

Температурную зависимость теплоемкости сп(Т) многих пород можно выразить формулой сп (У) = сп0(1 + ЬТ), (1.10) где спо — удельная массовая теплоемкость породы при Т — О С ;

Ь — температурный коэффициент, составляющий (4 Ч-8)-10 4 К-1.

Температуропроводность а„ кристаллических пород с повыше­ нием температуры в большинстве случаев уменьшается, в то время как температуропроводность аморфных пород, углей и глин с по­ вышением температуры увеличивается. Наибольшее снижение а п с увеличением температуры наблюдается у гранитов, наимень­ шее— у базальтов. Так, если при 400 К температуропроводность базальтов в 2,5 раза ниже, чем гранитов, то при 1200 К темпера­ туропроводность обеих пород сравнивается.

Коэффициент линейного теплового расширения со большин­ ства твердых тел, в том числе и горных пород, с повышением температуры увеличивается. У многих минералов наблюдаются аномалии коэффициента со, обусловленные термическими измене­ ниями. Наиболее известен четкий максимум коэффициента линей­ ного теплового расширения кварца и кварцсодержащих пород в Рис. 1.6. Температурные зависимости тепловых свойств горных пород.

а —температуропроводность ап (I —гранит, 2 —пироксенит, 3 базальт, 4 уголь), б коэф фнциеит (Ц теплового расширения минералов, имеющих область максимума (/ — пнрит, 2 — кальцит, 3— кварц, 4 -серпентинит), и пород, не имеющих области максимума (5.. нефелино­ вый сиенит, 6 — днорит, 7 —габбро).

области 573 С, связанный с полиморфным превращением а-кварца в (3-кварц.

Плавные максимумы щ в области 400—600°С характерны для ангидрита, сидерита, кальцита, а в области 200°С — для пирита.

Температурные зависимости а/ многих минералов, у которых не происходит фазовых изменений, представляют собой прямые ли­ нии типа сц — Ц/о (1 + Ь'1), ( 1.11) где а,о — коэффициент линейного теплового расширения при Т = = 0 С; Ь' температурный коэффициент, составляющий при­ мерно 1,25-10~3 К-1. F Несмотря на снижение модуля упругости с повышением тем­ пературы, параметр a tE, определяющий термические напряжения в породах, возрастает, поскольку щ увеличивается в большей сте­ пени. Так, с повышением температуры от 60 до 600 °С atE воз­ растает у гранодиорита в 3,3 раза, у кварцевого порфира — в 20,5 раза.

Коэффициент объемного теплового расширения пород и мине­ ралов с повышением температуры также возрастает.

Основные теплофизические свойства некоторых распростра­ ненных горных пород приведены в табл. 1.3 и на рис. 1.6.

1.1.6. Свойства расплавов горных пород и образующихся при их твердении и кристаллизации материалов В результате теплового воздействия на горные породы в них протекают сложные физико-химические процессы, обусловленные повышением температуры.

При низких (до 400—500 °С) и средних (до 1000—1100 °С) температурах протекают физические процессы, связанные с нагреванием породы, испарением влаги, выгоранием органических примесей, полиморфными превращениями отдельных минералов, размягчением стеклообразной фазы и частичное рас­ плавление легкоплавких компонентов. При этих же температурах происходят химические процессы — потеря химически связанной воды и диссоциация карбонатов.

При более высоких температурах протекают физико-химиче­ ские процессы, связанные с образованием первичных расплавов, растворением в этих расплавах тугоплавких компонентов горной породы и образованием новых химических соединений в составе жидкой стекловидной фазы.

В том случае, если в расплавленное состояние переходят без изменения все минеральные составляющие горной породы и полу­ чается расплав первоначального соединения, то такое плавление называется конгруентным. Если же при плавлении пород полу­ чается расплав и новое твердое соединение, отличное по свойствам от исходного, то такой тип плавления называется инконгруентным.

При плавлении горных пород образуется в большинстве слу­ чаев силикатный расплав, состоящий из различных химических соединений, между которыми протекают сложные физико-химиче­ ские процессы.

Температура плавления горных пород зависит главным обра­ зом от химического и минералогического составов. Согласно со­ временным представлениям горная порода рассматривается как единая большая молекула, все химические элементы которой представлены в виде оксидов и их соединений, образующих две ведущие группы: кислую (S i02, А120 3 и др.) и основную (СаО, MgO, Fe20 3, FeO и др.).

Оксиды элементов в большинстве случаев имеют высокую по­ стоянную температуру плавления (MgO ~ 2800 °С, СаО ~ 2570 °С, А120 3 ~ 2050°С, S i02 ~ 1713°С), а их многочисленные соедине­ ния плавятся при более низких температурах.

Как правило, кислые породы с повышенным содержанием Si02 и А120 3 имеют более высокую температуру плавления, а бо­ лее основные породы из-за присутствия оксидов натрия, калия и железа — относительно низкую температуру плавления. Наиболее легкоплавкими являются породы, минералогический состав кото­ рых представлен моноклинными пироксенами, полевыми шпатами, железистыми разновидностями оливина. Fipn возрастании содер­ жания минералов кварца, плагиоклаза, ромбического пироксена и некоторых других температура плавления породы увеличивается.

На температуру плавления пород оказывает влияние и их струк­ тура: породы мелкозернистой структуры являются более легко­ плавкими. Так как горная порода состоит из ряда минералов, то прежде всего начинает плавиться их эвтектическая смесь.

Важное влияние на процесс плавления породы оказывает от­ ношение оксидов Fe20 3/F e 0, входящих в химический состав ее минералов, и атмосфера, в которой протекает плавление. Чем меньше отношение Fe20 3/F e0, тем легче протекает процесс плав­ ления, при этом понижается вязкость образующегося расплава и повышается его кристаллизационная способность. Увеличение со­ держания FeO происходит в восстановительной атмосфере за счет Fe20 3, в окислительной среде процесс обратим.

С технологической точки зрения наибольший интерес представ­ ляют вязкостные и кристаллизационные свойства расплава. Со­ гласно ионной теории, вязкость расплава определяется наличием в нем укрупненных, недостаточно подвижных анионов, широко представленных в силикатных расплавах кремнекислородными комплексами, сложность которых зависит от соотношения кисло­ рода и кремния. С повышением температуры связи внутри анио­ нов уменьшаются и в результате диссоциации упрощаются с при­ обретением большей подвижности. FleperpeTbie силикатные рас­ плавы по свойствам близки к ньютоновским жидкостям, но при появлении твердых фаз, наличии растворенных флюидов (Н20, НС1, HF, С 02) и вблизи точки кристаллизации они приобретают свойства’неньютоновских жидкостей, характеристики которых ме­ няются от бингамовских пластиков до дилатантных жидкостей ЦТ] Рис. 1.7. Температурная зависимость вяз­ кости базальтовых расплавов.

101—диабаз; 515 —андезнто-базальт; 221-3 и I — камчатские базальты; 404 —алагезский базальт.

–  –  –

1300°С на 25—30 % То же самое уста­ новлено при исследовании вязкостных свойств расплава светлокаменного литья из пород различного состава (рис. 1.9) [35].

Непосредственную связь с вязкостью расплава имеет его плотность, знание ко­ торой для целого ряда технологических процессов особенно необходимо, так как позволяет рассчитать усадку расплава при кристаллизации. Зависимость обратной вели­ чины плотности удельного объема расплава от температуры для некоторых горных пород показана на рис. 1.10, а значения изме­ нения плотности для исследуемого интервала температур приведе­ ны в табл. 1.5.

Анализ результатов исследования силикатных расплавов позво­ ляет установить определенную связь между вязкостью, другими физическими свойствами расплавов и их химическими особенно­ стями [35]. Так, на вязкостные свойства силикатного расплава большое влияние оказывает отношение кислорода к кремнию, с увеличением которого вязкость понижается. Оксиды различных элементов оказывают на вязкость расплава и другие его свойства разное влияние. Оксид кремния S1O2 повышает температуру плав­ ления горных пород, вязкость расплава и снижает его кристалли­ зационную способность. Чем выше содержание S i0 2 в породе, тем в большей степени изменение вязкости зависит от температуры Рис. 1.9. Температурная зависимость вязкости расплава светлокаменного литья.

I эвтектическая смесь диопсида, полластонита и трндимита; 2 —диопсид с избытком SiC2i а эвтектическая смесь диопсида и анортита; 4 —сплав анортита н диопсида с добавкой плавикового шпата; 5 сплав анортита н диопсида с добавкой кремнефторнстого натрия; 6 — пи­ роксен с избытком СаО и AI2O3; 7—чистый диопсид.

Рис. 1.10. Зависимость удельного объема расплава V от температуры Т.

I —диабаз Ю1; 2—диабаз 102; 3 —диабаз 104;

4 —базальт из Закавказья; 5 — диорит с Ура­ ла (Н----повторные измерения плотности).

расплава. А120 3 также повы­ шает вязкость расплава, но при содержании в расплаве до 10 % вязкость его несколько понижается. Оксид магния MgO снижает вязкость рас­ плава и температуру плавле­ ния пород, однако с увеличе­ нием его содержания снижа­ ется возможность получения однородного расплава Рег03 в целом снижает температуру плавления породы и вязкость расплава, повышает кристаллизационную способность последнего. Важное значение при этом имеет отношение Fe203/Fe0, характеризующее степень окисления расплава. Активный катион Fe2+ разрушает кремнекислородные анионы, препятствует окислению расплава за счет кислорода воздуха и тем самым снижает вязкость рас­ плава. Оксид кальция СаО в меньшей степени, чем магния, снижает вязкость расплава и повышает его кристаллизационную спо­ собность. МпО снижает вязкость, но ухудшает кристаллизацион­ ную способность. Оксиды натрия Na20 и калия КгО существенно снижают вязкость расплава, но практически не влияют на его кристаллизационные свойства.

Свойства расплава горной породы существенно зависят от на­ блюдаемой в нем дифференциации за счет диффузионных и гра­ витационных процессов.

Кристаллизация расплава породы происходит с понижением его температуры и уменьшением теплового движения атомов.

В итоге создается дальний порядок в расположении атомов с постепенным выделением кристаллов отдельных минералов.

Таблица 1.5 Плотность расплава горных пород (по данным [Хаи Б.

X. и др., 1969 г.])

–  –  –

S4 мического и минералогического состава горных пород регулировать температурный режим как плавления, так и кристаллизации расшгава, чтобы получить нужное минеральное образование и со­ ответствующую структуру.

1.2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ

ТЕПЛО- И МАССОПЕРЕНОСА ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН

Процессы тепло- и массопереноса, происходящие в скважине при бурении, разнообразны и подвержены влиянию большого ко­ личества разнородных по своему действию факторов. Их прогно­ зирование и нормализация являются весьма сложной задачей, для решения которой целесообразно привлечение методов моделиро­ вания [5, 11, 23, 31, 45].

В самом общем виде модель есть искусственно создаваемый объект исследования, отражающий свойства, характеристики и связи оригинала, существенные для решения поставленной задачи.

Модель отражает действительные свойства и состояние объектаоригинала только приближенно, в некоторой области характери­ зующих его параметров и, как правило, намного проще оригинала.

В соответствии с формой представления все модели можно раз­ делить на идеальные или теоретические и материальные или экс­ периментальные.

В общем случае теоретическая модель — это система матема­ тических соотношений, которая отражает наиболее существенные свойства реального объекта или устанавливает взаимосвязи ме­ жду определяющими параметрами исследуемого процесса.

Моделирование на прикладном уровне заключается в первую очередь в выборе для описания заданного процесса достаточно об­ щей «стандартной» модели, схематизацию геометрических форм и квалификацию тел в качестве материальных точек, абсолютно твердых и деформируемых сред с теми или иными реологическими свойствами. Взаимодействие тел учитывается понятием силы.

«Стандартные». математические модели используют универсаль­ ные физические законы (сохранения массы, движения, энергии, второй закон Ньютона и т. п.). Для составления систем уравне­ ний часто применяют хорошо обоснованные полуэмпирические и чисто эмпирические соотношения. При выборе законов или гипо­ тез, полагаемых в основу модели, нужно останавливаться на са­ мых простых, которые легко подтвердить или опровергнуть экспе­ риментально.

Тепловые явления характеризуются процессами теплопереноса, которые часто сопровождаются переносом вещества (при агрегат­ ных превращениях, диффузии и пр.), называемым массообменом.

В этих случаях имеет место сложный процесс тепло- и массопере­ носа или тепло- и массообмена.

Основой математического описания явлений тепло- и массо­ переноса являются законы сохранения массы, импульса и энергии, к которым для конкретных условий присоединяются дополнитель­ 3* ные соотношения связи между параметрами среды и процесса.

Эти законы и соотношения формулируются в виде системы диф­ ференциальных уравнений. Для описания конкретного процесса к системе дифференциальных уравнений добавляются краевые условия или условия однозначности.

При анализе происходящих в бурящейся скважине процессов она рассматривается как тёплообменная система с изменяющи­ мися по глубине и во времени условиями и параметрами. Опреде­ ляющими являются конструкция скважины, технология бурения, и прежде всего способ очистки забоя от продуктов разрушения по­ роды: качество и расход очистного агента как холодо- или тепло­ носителя, схема и характер циркуляции. Обычно приходится иметь дело с течением жидких, газообразных и газожидкостных промы­ вочных агентов в цилиндрических каналах колонн бурильных и об­ садных труб, в кольцевых каналах между бурильными и обсад­ ными трубами и стенками скважины, а также в каналах трубо­ проводов и соединительных шлангов поверхностной обвязки.

В циркуляционной системе скважины встречаются различные ме­ стные сопротивления (сужения и расширения сечений, изгибы, повороты и т. д.).

Анализ гидравлических и связанных с ними тепловых процес­ сов существенно облегчается, если циркуляционную систему сква­ жины разделить на четыре характерные и относительно самостоя­ тельные части (рис. 1.12).

I. Ствол скважины, заполненный в процессе бурения промы­ вочной средой, обеспечивающей очистку забоя и вынос продуктов разрушения породы, а также устойчивость стенок скважины. При механическом способе бурения эта часть состоит из связанных между собой двух зон. Первая представляет собой внутренний ка­ нал бурильных или обсадных труб, через который происходит по­ дача промывочной среды в зону забоя в процессе бурения или продавливание тампонажного раствора в затрубное пространство в процессе цементирования, вторая — кольцевой канал между ко­ лонной бурильных труб и стенками скважины или обсадными тру­ бами. Тепло- и массообмен в этой зоне опреде­ ляется интенсивностью циркуляции среды, ее взаимодействием с окружающим скважину гор­ ным массивом, в том числе с пластовыми жид­ костями и газами. При цементации тепло- и массообмен определяется характером и вре­ менем вытеснения одного раствора другим, а также условиями формирования цементного камня.

II. Массив окружающих скважину горных пород, характеризующийся определенными Рис. 1.12. Схема для анализа процессов тепломассопереноса при бурении скважины.

физическими и тепловыми свойствами, процессами тепло- и массопереноса и др.

III. Зона забоя скважины, где происходит разрушение горной породы, образующийся буровой шлам выносится потоком промы­ вочной среды, которая участвует в теплообмене с породоразру­ шающим инструментом, породой забоя и буровым шламом. Для передачи энергии породоразрушающему инструменту вблизи этой зоны может быть размещен забойный двигатель или другой пре­ образователь энергии.

IV. Поверхностная обвязка устья скважины, включающая в себя емкости и устройства, где происходят очистка, об­ работка и приготовление промывочной среды и тампонажных рас­ творов.

При бурении характер протекающих в скважине гидравличе­ ских и тепловых процессов часто меняется, но может считаться относительно установившимся для следующих основных техноло­ гических процессов.

1. Нормальное бурение (углубка) скважины без существен­ ных геологических и технологических нарушений, когда в зоне забоя при работе породоразрушающего инструмента выделяется теплота, а циркуляция промывочной среды в системе происходит по схеме «противотока».

2. Промывка скважины, когда циркуляция промывочной среды происходит без углубки скважины, т. е. без разрушения породы забоя.

3. Спуско-подъемные операции, связанные с необходимостью извлечения керна или замены бурового инструмента, когда от­ сутствуют процесс разрушения породы забоя и циркуляция про­ мывочной среды, теплообменные процессы происходят между за­ полняющей скважину средой и массивом горных пород.

4. Цементирование обсадной колонны и создание вокруг нее оболочки из цементного камня. Одна жидкость вытесняется другой, тепло- и массообменные процессы определяются динамикой и теплофизическими свойствами этих жидкостей, физико-химиче­ скими процессами образования цементного камня и влиянием ок­ ружающих горных пород.

Тепло- и массообмен во всех частях рассматриваемой области взаимосвязан, однако для конкретных технологических операций определяющими становятся процессы, происходящие в какой-ни­ будь одной или двух из четырех частей. Например, температур­ ный режим бурящейся скважины определяется в основном тепло­ обменными процессами в стволе скважины и в окружающем его горном массиве, а влияние призабойной и поверхностной частей исследуемой области может быть учтено условиями на границах.

При изучении температурного режима породоразрушающего ин­ струмента или процессов разрушения горных пород нетрадицион­ ными способами возникает необходимость исследования тепломас­ сообмена в призабойной части скважины, а влияние остальных частей области можно отразить в граничных условиях.

Изучение процессов тепло- и массопереноса в бурящейся сква­ жине начнем с рассмотрения задачи о распределении температуры вдоль оси скважины во встречных потоках промывочной среды, т. е. задачи о температурном режиме бурящейся скважины. Эта задача крайне сложна, так как распределение температуры в стволе скважины зависит от большого числа факторов: конструк­ ции скважины, геометрических характеристик колонн обсадных и бурильных труб, физических и теплофизических свойств промьи вочной среды, металла, цементного камня и окружающих горных пород; режима течения и реологических характеристик бурового раствора, его расхода; распределения температуры в массиве гор­ ных пород; наличия местных источников тепла; длительности циркуляции и ее перерывов и т. д. Кроме того, значения целого ряда характеристик и параметров сами по себе зависят от тем­ пературы, а граничные и начальные условия не всегда легко и просто сформулировать. Поэтому в качестве исходной и наиболее общей рассмотрим следующую задачу.

Пусть в скважину радиусом R0 опущена колонна бурильных труб с радиусом внутреннего канала г\, через которую нагнетается промывочная среда с массовым расходом G и начальной темпе­ ратурой /|„. В процессе бурения поток промывочной среды в бу­ рильной колонне по мере приближения к забою изменяет свою температуру, которая всегда остается отличной от температуры окружающей среды. В области забоя за счет теплоты, выделяемой при работе породоразрушающего инструмента, промывочная среда претерпевает местный нагрев на величину Дt3. Изменив в зоне забоя направление на противоположное, промывочная среда по затрубному кольцевому каналу устремляется к устью скважины (см. рис. 1.12). Восходящий поток промывочной среды в кольце­ вом канале находится в тепловом взаимодействии с массивом гор­ ных пород и с нисходящим потоком. Кроме того, промывочная среда воспринимает теплоту, в которую превращается практи­ чески вся энергия, необходимая на преодоление гидравлических сопротивлений и на вращение бурового инструмента- в скважине.

Требуется определить температурные поля во внутреннем ка­ нале колонны бурильных труб, в кольцевом канале и в окружаю­ щем скважину массиве горных пород.

Рассмотрим связь между движением промывочной среды и теп­ лопередачей в отдельных частях исследуемой области. Процессы передачи теплоты и движения среды неразрывно связаны друг с другом. Состояние потока промывочной среды (жидкости или газа) можно считать определенным, если известны пять его основ­ ных гидродинамических характеристик: давление р, температура t и три компонента вектора скорости v, т. е. известны зависимости Р = Р (х, у, z, т);

i — t(x, у, г, т); (1.14) v == v {х, у, z, т), где х, у и г — декартовы координаты; т — время.

Теоретическое изучение теплообмена и движения промывочной среды сводится к отысканию соотношений (1.14). Для определе­ ния пяти неизвестных целесообразно вывести систему из не менее чем пяти общих уравнений, которыми в гидродинамике являются соотношения, выражающие законы сохранения массы, импульса (количества движения) и энергии.

Дополнительные уравнения, связывающие физические свойства среды и внутреннюю энергию с давлением и температурой (тер­ модинамические уравнения состояния и реологические соотноше­ ния) позволяют составить замкнутую систему, описывающую про­ цесс конвективного тепломассопереноса. Решение такой системы уравнений в сочетании с граничными и начальными условиями позволяет в общем решить поставленную задачу и определить зависимости (1.14) в любой точке и в любой момент времени.

Если обозначить концентрацию субстанции (массы, импульса, энергии) через с, мощность источников или стоков субстанции — через J, удельный диффузионный поток субстанции — через /.урав­ нение, выражающее закон сохранения субстанции, запишется в виде (U 5)

–  –  –

Отсюда / = (pvg) — div (vP) + pe.

Подставив полученные выражения в уравнение (1.16), найдем зависимость, характеризующую перенос энергии (д/дх) (ри + у pt2) + div [(pt + у Р^2) а] + + div g = (pvg) — div (vP) + pe. (1.20) Первый член в левой части полученного уравнения характе­ ризует локальное изменение энергии в единицу времени, второй член— конвективный перенос энергии со скоростью текущей среды и третий член — диффузионный поток энергии. Правая часть урав­ нения состоит из суммы трех источников энергии: работы сил тя­ жести, работы сил давления и внутреннего трения и объемного1 выделения теплоты.

Уравнению (1.20) можно придать иную форму, записав его как уравнение переноса энтальпии h = v -f- Р/р:

р dh/dx = — div q + dP/dx — [(oxV) v] + pe. (1.20a) Здесь [(o*V) v] = (ox dv/dx) -f (a„ dv/dy) + (az dv/dz).

Получение трех уравнений недостаточно для полного описания явлений тепломассопереноса, так как число искомых переменных превышает число уравнений. Действительно, к членам уравнений (1.14) добавились плотность, компоненты тензора напряжений и поток тепла q. В качестве недостающих уравнений воспользуемся так называемыми феноменологическими законами, устанавливаю­ щими связь перечисленных выше параметров со скоростью потока, давлением и температурой. Так, например, уравнение состояния связывает плотность среды с давлением и температурой. Вид этой связи зависит от вида рассматриваемой жидкости или газа. Про­ стейшей структурой обладает уравнение для несжимаемой жид­ кости (1.2 1) р = const.

Весьма употребительна баротропная форма уравнения состоя­ ния— р = р(,р).

в случае реального газа можно воспользоваться уравнением Клайперона — Менделеева, широко применяемым для зон, удаленных от критической области движения:

р/р = Z R T. (1.22) Здесь Т — абсолютная температура, К; R = ( R / M ) g \ R — уни­ версальная газовая постоянная (R = 843 моль/К); М — молеку­ лярная масса; g — ускорение свободного падения; Z — коэффидиент сжимаемости, характеризующий отклонение реального газа от идеального.

Зависимость вектора теплового потока q от температуры уста­ навливается законом Фурье, согласно которому q = —Лу/, (1.23) гДе t — температура, °С; к — коэффициент теплопроводности, за­ висящий от свойств рассматриваемой среды.

Течение представляет собой один из видов деформации, кото­ рая очевидно связана с возникшими в среде напряжениями, ха­ рактеризуемыми тензором о. Структура этой связи зависит от вида промывочной среды, от нагрузки, ее направления и др.

В случае вязкой ньютоновской жидкости уравнения связи ме­ жду тензором напряжений и тензором скоростей деформации записываются в виде линейных зависимостей Навье — Стокса где р, — коэффициент вязкости.

Для того чтобы перейти к температуре, необходимо восполь­ зоваться термодинамическими соотношениями между внутренней энергией и удельным объемом 1 /р, давлением и температурой:

dU = [ р + Г (д р / д Г ) р ] d ( 1 / р ) + d’, f (1.25) где cv — удельная изохорная теплоемкость.

Уравнения (1.17), (1.18а), (1.20) совместно с равенствами (1.21) или (1.22), (1.23), (1.24), (1.25) составляют уже замкнутую систему для определения основных параметров промывочной среды (1.

14). Однако, как уже отмечалось, скважина не является изолированной в тепловом отношении системой. Она постоянно взаимодействует с окружающим массивом. При исследовании те­ чения в скважине необходимо учитывать процессы переноса теп­ лоты в окружающем ее массиве горных пород. С этой целью на­ пишем уравнение энергии для пород, считая их неподвижной недеформируемой средой. Оно выводится из общего уравнения ( 1.20а), если в последнем положить р dh сэф(/п) dtn, v 0, е = 0, q = —AnV/n.

Тогда

–  –  –

где а с — безразмерный коэффициент теплоотдачи.

При отсутствии в породах фазовых переходов анализ точного, но довольно сложного решения уравнения (1.43) с условиями (1.44), приведенный в работах [11, 40, 68], позволил обосновать возможность использования для расчета температурного режима бурящейся скважины с необходимой для практических целей точ­ ностью понятия о коэффициенте нестационарного теплообмена, ко­ торый определяется следующим соотношением [11]:

К = «, ( ', ( 1.

4 5 ) Идея основана на предположении о том, что производными по времени в уравнениях теплопереноса можно пренебречь, а нестационарность процесса учесть специальным поправочным коэффи­ циентом k x, определяя с его помощью тепловой поток на стенке скважины следующим образом:

–  –  –

В качестве примера использования полученных приближенных решений проведем расчеты по следующим четырем вариантам (рис. 1.13).

Вариант I. Глубокое разведочное бурение, промывочная сре­ д а — полимерный раствор.

Вариант 2. Глубокое разведочное бурение, промывочная сре­ да — техническая вода.

Вариант 3. Бурение неглубоких скважин, промывочная среда — глинистый раствор.

Вариант 4. Бурение неглубоких скважин, промывочная сре­ да — сжатый воздух.

Значения исходных данных для расчетов приведены в табл. 1.8, а значения параметров и критериев даются в табл. 1.9.

Необходимые для тепловых расчетов значения физических и теплофизических характеристик горных пород и буровых промы­ вочных агентов приведены в прил. 1 и 2.

Глава 2

БУРЕНИЕ СКВАЖИН В МЕРЗЛЫХ ПОРОДАХ

С СОХРАНЕНИЕМ ИХ ЕСТЕСТВЕННОГО

агрегатн о го состояния

2.1. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ СКВАЖИНЫ ПРИ БУРЕНИИ

В МЕРЗЛЫХ ПОРОДАХ И УСЛОВИЯ ЕГО НОРМАЛИЗАЦИИ

Особо важную роль тепло- и массообменные процессы при­ обретают при бурении скважин в многолетнемерзлых породах, ко­ торые распространены приблизительно на половине территории СССР [23, 30, 38, 44]. Высокая чувствительность сцементирован­ ных льдом рыхлых отложений и разрушенных коренных скаль­ ных пород к нарушению их температурного и агрегатного состоя­ ния, ^влияние аккумулированного горными породами холода на устойчивость ствола скважины и протекающие в нем процессы яв­ ляются причинами частых, разнообразных по природе и тяжелых по последствиям осложнений.

Главной причиной этих осложнений является недоучет темпе­ ратурного фактора, нарушение нормального температурного ре­ жима скважины, при котором интенсивность теплообменных про­ цессов между мерзлыми породами и циркулирующей в скважине промывочной средой, оставаясь в допустимых пределах, не вызы­ вает нарушения агрегатного состояния льда как связующего це­ мента. Примерами неверного подхода в этом вопросе являются известные в практике попытки применять нагретую воду или гли­ нистый раствор в целях борьбы с образованием шуги, ледяных пробок, намерзанием сальников и т. п., что приводило к наруше­ нию связности сцементированных льдом пород и их обрушению, обвалам и тяжелым авариям. Эффективнее оказалось применение солевых и подсоленных глинистых растворов, но и в этих случаях осложнения не устранялись полностью из-за недоучета влияния положительной температуры раствора и растворяющего действия соли на лед [23, 24, 30, 44].

Возможность искусственного регулирования температуры в стволе бурящейся скважины зависит от физических и теплофизи­ ческих свойств промывочной среды. Замена замерзающей при 0°С воды незамерзающими при естественной температуре мерз­ лых пород (до —15 °С) достаточно концентрированными раство­ рами NaCl или СаСЬ, растворами на углеводородной основе или воздухом еще не решает задачи, не обеспечивает нормального тем­ пературного режима скважины при бурении в мерзлоте. Даже охлаждение той или иной незамерзающей промывочной среды на поверхности до отрицательных температур не всегда гарантирует от осложнений и аварий без знания закономерностей теплообмен­ ных процессов в стволе бурящейся скважины, характера распре­ деления температуры по глубине. Температура жидкой или газо­ образной промывочной среды различна в каждой точке циркуля­ ционной системы скважины, является результатом нестационар­ ного (зависящего от времени, продолжительности процесса) теплообмена между окружающим скважину массивом мерзлых или «морозных» пород и циркулирующей в скважине промывоч­ ной среды и зависит от физических и теплофизических свойств по­ следней.

Частые и разнообразные по природе осложнения, связанные с высокой чувствительностью мерзлых пород к нарушению их тем­ пературного режима и агрегатного состояния содержащейся в них влаги, требуют детального изучения и учета температурного фак­ тора при выборе технических средств и разработке рациональной технологии бурения как сравнительно неглубоких разведочных, гидрогеологических и инженерно-геологических скважин, так и глубоких скважин на нефть и газ.

В соответствии со спецификой протекания тепло- и массооб­ менных процессов при бурении скважин в мерзлых породах рас­ смотрим следующую упрощенную постановку задачи о ее темпе­ ратурном режиме.

Пусть температура циркулирующего в кольцевом канале сква­ жины потока промывочной среды t2 будет выше температуры агре­ гатного перехода содержащегося в мерзлых породах льда ^агР, т. е.

t2 гр- Тогда в результате теплового взаимодействия потока про­ мывочной среды с массивом мерзлых пород в процессе бурения вокруг ствола скважины будет образовываться зона талых пород радиусом Гагр1 т ), т. е. область с температурой горных пород (2, ^ ^агр, толщина которой будет зависеть от теплофизических свойств горных пород, интенсивности и времени теплового взаи­ модействия и от глубины рассматриваемого интервала скважины.

Так как температура мерзлых пород, как правило, ниже тем­ пературы замерзания (протаивания) содержащейся в них влаги, то образование зоны талых пород вокруг скважины начнется тогда, когда температура на ее стенке станет равной taT т. е.

p, 1г= = ^агро Таким образом, задача о температурном режиме скважины при бурении в мерзлых породах может быть разделена на две вполне самостоятельные задачи. Первая задача характеризуется тем, что температура на стенке скважины не превышает темпера­ туры протаивания мерзлых пород, и теплообмен последних с по­ током циркулирующей среды происходит без агрегатного пере­ хода лед — вода. Вторая задача сводится к определению темпера­ турных полей в потоках промывочной среды и в горных породах, когда вокруг скважины начинают образовываться две зоны — та­ лая и мерзлая — с подвижной границей между ними гагp(z, т).

Первая задача аналогична ранее рассмотренной задаче о тем­ пературном режиме бурящейся скважины до периода времени от то до Тагр, за который температура пород на стенке скважины достигнет температуры агрегатного перехода tarp. Для этого слу­ чая температурные поля в восходящем и нисходящем потоках 2 и tx можно рассчитать по методике, рассмотренной в разделе 1.3.

Температурное поле в окружающем скважину мерзлом мас­ сиве при отсутствии в последнем фазовых (агрегатных) изменений может быть определено из решения задачи о переносе тепла в гор­ ных породах.

Для скважины при R Я можно пренебречь в окружающих горных породах переносом тепла вдоль оси г, и тогда задача о распределении температуры в горных породах может быть упрощена и сформулирована в следующем виде:

д( „ 1 д ( dt„ ч.

д7 = ^ 7 ~ для R o r o o и т0 т т агр (2.1) с начальными и граничными условиями

а) т = т0, tn = tn0(r, т0);

б) r = R0, Апdtjdx = оа (/„ — t2)', (2.2)

в) г = оо, Нш (tu — tun) 0.

Исследование задачи (2.1) с условиями (2.2) было проведено в работе [40]. Предполагаемое решение отыскивалось в виде П = По (П т0 + т) + U (г, т).

(2.3) После перехода к безразмерным параметрам F o = a nT//?2, R = ~ rIRо Bi = а2/?0/Ап задача (2.1) — (2.2) путем подстановки в нее выражения (2.3) была преобразована к следующему виду:

dU д / „ dU \ 1. ^ „ Ж = для 1 0 F o F o arp (2.4) с начальными и граничными условиями

а) Fo = 0, U — 0;

б) R = 1, dU/dR = Bi [U - П0(Fo)]; (2.5)

в) R- оо, U — 0.

Здесь U°Fo) = '* - ('"О - -В Т Г ( Т ;

аптагр С помощью метода интегральных соотношений в работе [40] было получено приближенное решение задачи (2.4) с условиями (2.5) в виде

–  –  –

(210) Таким образом, с помощью выражений (2.9) и (2.10) мы мо­ жем определить момент времени Foarp, соответствующий установ­ лению на стенке скважины при бурении температуры 0°С.

После достижения этого момента начинается процесс измене­ ния агрегатного состояния содержащегося в породе льда, и тем­ пературный режим в скважине будет определяться решением вто­ рой задачи. Следует отметить, что, так как /(Foarp) = /(/2), а /2 зависит от глубины скважины, т. е. в нашем случае от ее безраз­ мерной координаты Z = z/H, значение безразмерного времени Foarp будет зависеть от координаты Z. Следовательно, процесс агрегатного перехода в мерзлых породах по глубине скважины будет начинаться в разные моменты времени.

Для решения второй задачи, связанной с определением темпе­ ратурного режима скважины в условиях происходящих в окру­ жающих ее мерзлых породах агрегатных изменений, восполь­ зуемся понятием об интенсификации теплообмена при агрегатном Z Pn Z f ! 1 аГИ’ С0^.ержащейся в горных породах /гагр. Этот коэф­, фициент впервые был предложен Ю. Д. Дядькиным [231 дпя Г бГ Г Н Ы расчетов температурных полей в горных выработ­ НХ ках и успешно применен для решения аналогичных задач при бу­ рении скважин [23, 24]. Для условий нестационарного теплооб­ мена, сопровождающегося процессами промерзания или протаигориых П0Р0Д. в работе [40] предлагается использовать коэффициент нестационарного теплообмена при наличии в поро­ дах агрегатных переходов & который удобно записать в следуюта, Щбм виде: J &ха ^агр^т (2.11 Таким образом, с физической точки зрения коэффициент теп­ лопередачи ята учитывает изменение количества теплоты на агре­ гатный переход влаги в связи с продвижением границы оттаива­ ния мерзлых пород, окружающих в данном интервале ствол сква­ жины, и на увеличение теплосодержания окружающих скважину пород, т. е. увеличение температуры последних. Наличие агрегат­ ного перехода в окружающих скважину породах существенно сни­ жает границы зоны с возмущенной (измененной) температурой особенно в начальные моменты времени. Это приводит к умень­ шению теплового сопротивления этой зоны при теплообмене цир­ кулирующего в кольцевом канале очистного агента с окружающим горным массивом и тем самым повышает коэффициент теплопере­ дачи, т. е. Лагр^ 1. В случае, когда теплообмен протекает без агрегатных переходов, /гагр = 1, a fcta = kx.

В условиях изменения агрегатного состояния влаги в горных породах при бурении скважины связь между температурой ее стенки и температурой промывочной среды в кольцевом канале с использованием понятия о коэффициенте нестационарного тепло­ обмена при агрегатных переходах kxi можно записать по анало­ гии с выражением (1.48) в безразмерном виде:

–  –  –

Для удобства практического использования расчетной зависи­ мости (2.25) необходимо границу оттаявшей зоны в мерзлых поро­ дах считать параметром и для каждого его значения определять соответствующие значения температуры промывочной среды в кольцевом канале скважины при фиксированных значениях вре­ мени циркуляции Fo или наоборот.

Анализ выражений (2.15), (2.24) и (2.25) показывает, что в общем случае коэффициент kxa является функцией многих пара­ метров, так как зависит от времени, от начальной температуры пород, температуры промывочной среды в скважине, теплофизи­ ческих характеристик пород, от критерия Bi. Как показал анализ, выполненный в работе [40], для практических расчетов исполь­ зование kxa возможно во всех случаях, когда соблюдается условие а/„ дL (2.26) д1а г р dZ « К т. е. когда температура промывочной среды в кольцевом канале незначительно меняется с перемещением границы фронта оттаи­ вания мерзлых пород вокруг скважины и изменение этой границы по глубине скважины также незначительно. Первое условие прак­ тически всегда выполняется при бурении разведочных скважин глубиной до нескольких сотен метров, что отвечает реальным глу­ бинам распространения мерзлых горных пород для большинства геологических разрезов. Второе условие иногда может не выпол­ няться, особенно при нарушении технологического режима буре­ ния в мерзлых породах, связанном с использованием промывоч­ ных агентов с высокими положительными температурами. Однако для нормализованных условий бурения и это условие должно со­ блюдаться. Поэтому использование коэффициента теплопередачи kX для практических расчетов температурного режима скважины a при бурении мерзлых пород вполне правомочно.

Для расчета температурного режима скважины при бурении в мерзлых породах с учетом возможного растепления ее стенок на отдельных интервалах (устье, призабойная зона) или по всему стволу воспользуемся полученными в разделе 1.3 приближенными выражениями для распределения температуры промывочной среды в канале бурильных труб ti (1.55) и в кольцевом затрубном про­ странстве t2 (1.56). Влияние агрегатных изменений в мерзлых по­ родах на температуру промывочной среды будет учитываться при вычислении корней характеристического уравнения Si и S2 для определения переменных значений векторов Xj, Х2, Yi и Y2. Для этого kx в характеристическом уравнении нужно заменить на kta, вычисляемый по формуле (2.23).

Так как /агр в общем виде зависит от времени циркуляции и глубины скважины, решение второй задачи представим в виде и (X, Fo) = tH (X, /агр) + Af3Y, (X, /агр);

Xi (2.27) h (X, Fo) = tH (X, /агр) + At3 (X, /агр).

X2 Y2 (2.28) Для определения /агр можно использовать точное выражение (2.21) или приближенное (2.25). Если нужны точные расчеты, сле­ дует использовать описанный ниже алгоритм вычислений по фор­ мулам (2.27) и (2.28).

1. Задается параметрически граница фронта оттаивания мерз­ лых пород /агр в необходимом по глубине скважины сечении, опре­ деляемом координатой Z = z / H.

2. По формуле (2.23) вычисляется соответствующий заданному значению /агр коэффициент нестационарного теплообмена с учетом агрегатных изменений, происходящих в мерзлых породах.

3. С помощью выражений (2.27) и (2.28) определяется темпе­ ратура циркулирующей промывочной среды в заданном сечении и при заданном положении границы раздела фаз.

4. Из выражения (2.25), имея значения /агр и h для данного сечения, определяем время, которому соответствует заданная гра­ ница оттаявшей области в мерзлых породах и определенная уже нами температура промывочной среды.

Для реализации этого алгоритма разработана программа в ре­ жиме диалога на языке BASIC для персональных ЭВМ IBM РС-ХТ, а также совместимых с ними отечественных ЕС-1842, «ИСКРА-1030-11».

Для приближенных практических расчетов этот алгоритм мож­ но значительно упростить, используя при определении агр другие, менее сложные методы.

Так, для определения значений karp в конкретных условиях проветривания горных выработок Ю. Д. Дядькиным [23] пред­ ложена приближенная (не учитывающая длительности циркуля­ ции Fo) формула I 2W n (2.29) va r p ' где Wn — активная массовая влажность породы (отношение массы льда или свободной воды в единице объема мерзлой или немерз­ лой породы к ее объемной плотности), доли единицы; ф — удель­ ная теплота плавления льда (кристаллизации воды), Дж/кг; |^| — абсолютное значение температуры циркулирующей среды, осредненное по протяженности расчетного участка и длительности цир­ куляции, °С; Kr — безразмерный коэффициент, зависящий от ха­ рактера поля температур вокруг цилиндрической выработки.

Применительно к проветриванию подземных горных вырабо­ ток в мерзлых породах при постоянной температуре воздуха Kr = 4,8, тогда как при ее сезонных колебаниях Kr = 10.

€4 Поскольку при бурении с продувкой или промывкой темпера­ тура нагнетаемой в скважину промывочной среды практически постоянна и не переходит через 0°С, подставим в выражение (2.29) /(* = 4,8, а также ф = 3,34-105 Д ж /кг и после численных преобразований для определения karp в условиях бурения скважин получим приближенную расчетную формулу ^ = 1 + 1,4 - 1 0 ^. (2.30)

–  –  –

^1н— температура промывочной среды, нагнетаемой в бурильные трубы, °С; То— условная постоянная температура поверхности (температура нейтрального слоя), °С; а — геотермический гра­ диент, °С/м; h, Н и D — глубина (текущая координата), конечная глубина и диаметр скважины, м; G и с — массовый расход и удельная теплоемкость промывочной жидкости, кг/с и Д ж /(м-°С );

Лг'з — прирост температуры промывочной среды у забоя за счет охлаждения работающего породоразрушающего инструмента, °С;

k — коэффициент теплопередачи через стенку бурильной колонны, отнесенной к единице длины трубы, Вт/(м-°С); kx — коэффициент нестационарного теплообмена, Вт/(м2-°С).

Аналитические выражения (2.

33) и (2.34) позволяют опреде­ лить температуру в любой системе бурильные трубы — затрубное пространство в любой момент времени от начала циркуляции при известной конечной глубине скважины Я или некотором ее отно­ сительном изменении в течение одного рейса Я = Я0 + v x и при­ менимы при любом виде промывочной среды (глинистые и другие растворы, вода, воздух, пена) как в случае ее охлаждения при бурении по многолетнемерзлым породам, так и в случае нагрева­ ния, например, при глубоком бурении [40].

Для определения по формулам (2.33) и (3.24) температуры промывочной среды при бурении скважины в условиях происходя­ щих в мерзлых породах агрегатных превращений влаги при вы­ числении корней характеристического уравнения Si, S2 коэффи­ циент нестационарного теплообмена kx умножается на коэффи­ циент & агр, определяемый из выражения (2.30). При этом также предполагается, что значение коэффициента kaT не зависит от P глубины скважины и интенсивности и длительнос-ти протекания теплообменных процессов. Однако поскольку смысл анализа теп­ лообменных процессов при бурении скважин в мерзлых породах сводится к определению условий, при которых плавление льдацемента (агрегатное превращение влаги в породах) не будет про­ исходить, сложные аналитические построения и расчеты, связан­ ные с определением k a P и учетом его влияния на температурное T поле в скважине, имеют только теоретическое значение. Важное практическое значение они имеют, например, при анализе темпе­ ратурного режима скважины, бурящейся с одновременным замо­ раживанием слабосвязных влажных пород за счет циркуляции в стволе низкотемпературной промывочной среды — хладоносителя, когда интенсивность теплообменных процессов повышенна за счет кристаллизации влаги в окружающем массиве.

Результаты расчетов, выполненных по рассмотренным трем методикам — формулы (2.27) — (2.28), (2.31) — (2.32), (2.33) — Рис 2 1 Расчетное распределение температуры промывочной среды в бурящейся скважине с учетом (а) и без учета (б) агрегатных переходов.

/-н ач ал ьн ое распределение температуры; 2 -тем пература в бурильной колонне: 3 темпераTVDa в затрубном пространстве.

–  –  –

5* Как видно из графиков, если в качестве очистного агента ис пользуется сжатый воздух, то оттаивание мерзлых пород проис­ ходит главным образом в районе устья скважины и в районе за­ боя. Этот факт подтверждается и практикой бурения с продувкой в мерзлых породах: образование сальников при бурении, связан­ ное с налипанием шлама на оттаявшие стенки скважины, наблю­ дается, как правило, в призабойной зоне и в зоне устья скважины.

При бурении с использованием в качестве очистного агента жид­ кости с положительной температурой растепление стенок сква­ жины происходит по всей ее глубине, что также подтверждается практикой бурения скважин в мерзлых породах.

Полное устранение осложнений, связанных с растеплением мерзлоты, возможно в случае, когда ни в одной точке циркуля­ ционной системы скважины температура промывочной среды не превышает 0°С. Как показал расчетный анализ [23, 24], даже в случае бурения с продувкой охлажденным до отрицательных температур сжатым воздухом не исключена его положительная температура в призабойной зоне за счет теплоты, выделяющейся при работе породоразрушающего инструмента. Однако при доста­ точно высокой механической скорости бурения это не влечет ос­ ложнений, поскольку вполне допустимо растепление мерзлых по­ род в пределах их отрицательных температур вплоть до 0°С, так как для потери связности рыхлой породы при 0°С она еше должна воспринять скрытую теплоту плавления льда. Для оценки максимально допустимой положительной температуры промывоч­ ной среды в кольцевом канале скважины при бурении в мерзлых породах в работе [23] получено выражение ___ _ бю t *тах * Bi -y/Fo наглядно показывающее влияние продолжительности циркуляции (Fo) и природы промывочной среды (Bi) на ее величину. В силу малых значений Bi, характерных для воздушной продувки, й не­ больших значений Fo по причине кратковременности рейсов ко­ лонкового бурения температура воздуха + 5 -F lO °C не вызывает осложнений, что подтверждается опытными данными ВИТР и практическими наблюдениями [23, 24]. В случае применения жид­ кой промывочной среды (Bi-э-оо) с положительной температурой растепление мерзлоты неизбежно в течение весьма ограниченного отрезка времени.

С помощью приближенных выражений типа (2.31), (2.32) или (2.33), (2.34) можно получить простые выражения, позволяющие с достаточной для практики точностью определять температуру нагнетаемого в бурильную колонну очистного агента, при которой ни в одной точке кольцевого канала скважины температура не бу­ дет превышать бпах. Это условие должно быть обеспечено техно­ логическими приемами.

2.2. БУРЕНИЕ СКВАЖИН

В МЕРЗЛЫХ ПОРОДАХ С ПРОДУВКОЙ ВОЗДУХОМ

Сжатый воздух в отличие от воды и "глинистых растворов не замерзает при бурении в мерзлых породах. Поэтому полностью устраняются осложнения, связанные с замерзанием промывочной среды.

Массовые расходы воздуха обычно в 15—25 раз меньше мас­ совых расходов любой промывочной жидкости, а его теплоемкость в 4 раза меньше. При одной и той же начальной температуре воздух песет в 60—100 раз меньше тепла, чем промывочная жид­ кость. Это существенно снижает опасность осложнений, связан­ ных с протаиванием мерзлых пород. Воздух значительно эф­ фективнее солевого раствора, который хотя и не замерзает в скважине, но легко может нарушить естественное агрегатное состояние льда в мерзлых породах путем его растворения.

Сжатый воздух, снижая опасность и остроту осложнений, свя­ занных с протаиванием пород, не устраняет этих осложнений пол­ ностью. На выходе из компрессора он имеет повышенную темпе­ ратуру (70—80°С), которая может приводить к протаиванию мерзлоты и всегда вызывает выпадение и замерзание в циркуля­ ционной системе конденсата с последующими осложнениями.

При выпадении конденсата из воздуха могут возникнуть спе­ цифические осложнения: слипание частиц шлама, образование сальников, намерзание конденсата в соединениях, уменьшение проходных сечений, прижоги породоразрушающего инструмента, прихваты и др. Эти осложнения также вызваны недоучетом тем­ пературного фактора при бурении.

Для практических расчетов по прогнозированию и регулиро­ ванию температурного режима скважин с продувкой воздухом можно получить более простые формулы, нежели приведенные в разделе 2.1 аналитические зависимости.

Применительно к ко­ лонковому бурению в мерзлых породах с продувкой воздухом без большой ошибки можно в формулах (2.33) и (2.34) принять ст = 0, es,H = 0, что позволяет получить простые выражения для распределения температуры в потоках промывочной среды:

в бурильных трубах (2.35) в кольцевом канале S (2.36) ^2 = = (^ I и ' 7 п) "Tj где 7'п — средняя постоянная по глубине естественная температура пород, °С.

Эти формулы можно применять в случае использования обыч­ ных нетеплоизолированных бурильных труб.

Рассмотрим расчетным путем особенности температурного режима в двух крайних случаях: бурение скважин большого диаметра со значительным расходом воздуха (разведка россыпей) и малого диаметра с небольшим расходом (алмазное бурение).

цВ первом случае принято: скважина диаметром 180 мм, глуби­ ной до 150 м; бурильные трубы муфтово-замкового соединения диаметром 63,5 мм; породы типа мерзлого суглинка с р~ = = 2070 кг/м3, с~ = 1,21 • 103 Дж/(кг • °С), к~а = 2,33 Вт/(м • °С), со средней температурой 7’п = —3°С; расход воздуха 9 м3/мин с на­ чальными температурами tln = +30, —5 и —30 °С; мощность на забое 3 кВт.

Во втором случае: скважина диаметром 76 мм, глубиной до 200 м; бурильные трубы ниппельного соединения диаметром 50 мм;

породы типа песчаников с р“ =2600 кг/м3, сл = 1,05 • 103 Дж/(кг • °С);

К = *.86 Вт/(м • °С), со средней температурой 7П= —5 °С; расход воздуха 4 м3/мин с начальными температурами tln = + 3 0 и —20°С;

мощность на забое 1,5 кВт.

В обоих случаях принято Ят = 46,5 Вт/(м-°С). Расчеты про­ ведены -по формулам (2.35) и (2.36) при т = 2 ч. Изменение агре­ гатного состояния не учитывалось (агр= 1 ).

Результаты расчетов на ЭВМ представлены графически на рис. 2.3 и 2.4. Кривые на рис. 2.3 и 2.4 показывают, что даже при глубинах до 100—200 м температура в скважине резко изменяется и тем больше, чем сильнее начальная температура воздуха отли­ чается от температуры пород в большую или меньшую сторону.

Причина в том, что воздух несет малый запас холода или тепла н быстро приобретает с глубиной температуру, близкую к темпе­ ратуре пород. Этот процесс протекает тем быстрее, чем меньше расход воздуха и интенсивнее теплообмен. Во втором из примеРис. 2.3. Расчетное распределение температуры в бурильных трубах (I ) н коль­ цевом канале (2) скважины диаметром 180 мм при бурении на россыпях при расходе воздуха 9 м3 /мин, конечных глубинах 50, 100 и 150 м, продолжитель­ ности циркуляции 2 ч и начальных температурах нагнетаемого в скважину воз­ духа + 30° С (а), — 5° С (б) и — 30° С (в).

H; h, м Рис. 2.4. Расчетное распределение температуры в бурильных трубах (1) и кольцевом канале (2) скважины диаметром 76 мм (алмазное бурение) при рас­ ходе воздуха 4 м'/мин, конечной глубине 200 м, продолжительности циркуляции 2 ч и начальных температурах нагнетаемого в скважину воздуха + 3 0 ° С (я), — 0°С (б) и — 20° С (в).

ров (алмазное бурение) из-за малого расхода воздуха, высоких скоростей его движения и, следовательно, больших значений коэф­ фициента теплоотдачи температура в скважине уже на глубине 50—70 м становится равной температуре пород независимо от на­ чальной температуры воздуха (см. рис. 2.4).

Наиболее неблагоприятны условия бурения по мерзлым поро­ дам при высоких начальных температурах воздуха и больших его расходах. При этом по всему стволу может сохраняться положи­ тельная температура (рис. 2.3, а), что ведет к осложнениям. При малых расходах высокая начальная температура воздуха с глу­ биной перестает играть отрицательную роль. На верхнем участке ствола, где влияние начальной температуры сохраняется, ослож­ нения предупреждаются установкой обсадной колонны.

Во всех случаях бурения с продувкой температура воздуха резко возрастает у забоя скважины за счет теплоты, отбираемой от породоразрушающегб инструмента. При охлажденном воздухе максимум температуры при нетеплоизолированных бурильных трубах устанавливается, как правило, у забоя, и лишь при малой глубине и большом расходе — несколько выше забоя (рис. 2.4,в).

При начальной температуре воздуха, близкой к температуре породы, ее распределение по скважине определяется теплотой, ге­ нерируемой на забое (рис. 2.3,6 и 2.4,6).

Важнейшими являются значения температуры воздуха в коль­ цевом канале у забоя и устья.

Их определение возможно с по­ мощью приближенных зависимостей, полученных из выражения (2.3 4 ) при у сл о в и я х h = Н и h = 0:

–  –  –

Последние выражения показывают, что при достаточно боль­ шой глубине скважины забойная и устьевая температуры прак­ тически не зависят от глубины и определяются температурой мерзлых пород, условиями и продолжительностью теплообмена.

Решающее влияние на призабойную температуру оказывает мощ­ ность, развиваемая на забое при разрушении породы, а на устье­ вую— начальная температура воздуха.

Нормальным следует считать такой температурный режим скважины, при котором ни на одном из участков ствола не про­ исходит протаивания пород с потерей связности. Условием сохра­ нения устойчивости является поддержание в стволе температуры не выше максимально допустимой, которая определяется выраже­ нием [23] 2) ^тах == О (2.39) и зависит от продолжительности теплового воздействия, т. е. от механической скорости бурения. Чем последняя выше, тем меньше продолжительность рейса (kx — аг) и соответственно выше допу­ стимая температура воздуха в кольцевом канале.

Из рис. 2.3, в и 2.4, в следует, что в условиях продувки охлаж­ денным воздухом его температура превышает естественную тем­ пературу мерзлых пород лишь в призабойной зоне, которая в про­ цессе бурения непрерывно перемещается. Чем выше механическая скорость, тем меньше растепляющее действие воздуха. Эти рас­ суждения справедливы, когда механическая скорость опреде­ ляется буримостью пород, а не мощностью N3, пропорциональной осевой нагрузке и частоте вращения снаряда. Форсирование ре­ жима бурения ведет к увеличению N3 и самой температуры воз­ духа в призабойной зоне. Создаваемый на поверхности запас хо­ лода в процессе теплообмена между нисходящим и восходящим потоками затрачивается на бесполезное понижение температуры верхних горизонтов пород, не достигая забоя скважины.

Эффективное использование холода при производстве его на поверхности может быть достигнуто с помощью теплоизолиро­ ванной бурильной колонны. На рис. 2.5 представлены расчеты зависимости потребной температуры охлажденного на поверх­ ности воздуха для обеспечения Р, = 0°С при обычных и теплоизо­ лированных бурильных трубах в условиях первого из рассмотрен­ ных примеров [23]. Уже при глубине скважины 100 м потребное охлаждение воздуха на поверхности при теплоизолированных тру­ бах в несколько раз меньше, чем при обычных. Современные теп­ лоизоляционные материалы позволяют обеспечить столь надежРис. 2.5. Зависимость темпе­ ратуры охлажденного и а по­ верхности сжатого воздуха, потребной для обеспечения ну­ левой температуры в призабой­ ной зоне скважины в процессе бурения, от глубины скважины при обычных (/) и теплоизоли­ рованных (2) бурильных трубах.

ную изоляцию, что холод будет достигать забоя практически без потерь.

Устранение резкого прироста температуры воздуха в приза­ бойной зоне может быть достигнуто на основе сочетания охлаж­ дения воздуха на поверхности с использованием пневматического забойного двигателя или обычного пневмоударника.

Охлаждение и осушение сжатого воздуха на поверхности позво­ ляет простейшим образом устранить осложнения, связанные с вы­ падением конденса-fa. Подаваемый в бурильные трубы непосред­ ственно от компрессора теплый сжатый воздух при движении по скважине охлаждается, что вызывает выпадение конденсата в бу­ рильных трубах и кольцевом канале. Предварительно охлажден­ ный и осушенный сжатый воздух может лишь поглощать влагу в призабойной зоне и кольцевом канале, где он контактирует с по­ родами, содержащими влагу в жидкой или твердой фазах. При этом полностью устраняются выпадение конденсата и все связан­ ные с ним осложнения. Нагревающийся при движении по сква­ жине охлажденный воздух осушает ее.

Для регулирования и нормализации температурного режима скважин при бурении с продувкой в мерзлых породах необходимо в первую очередь разработать и внедрить на производстве эффек­ тивную систему принудительного охлаждения и осушения сжатого воздуха.

При колонковом разведочном бурении используются двухсту­ пенчатые компрессоры, оснащенные одним промежуточным холо­ дильником между первой и второй ступенями для снижения за­ трат энергии на сжатие воздуха. После второй ступени сжатый воздух без принудительного охлаждения поступает в ресивер. По­ этому его температура на выходе из ресивера компрессорных стан­ ций типа ДК-9 или ЗИФ-55 может составлять 70—80 °С. Техни­ ческая характеристика основных типов компрессорных станций приведена в табл. 2.2.

Для полного устранения осложнений при бурении в мерзлых породах вполне достаточно снизить температуру нагнетаемого в бурильные трубы сжатого воздуха приблизительно до —10°С.

Из существующих способов охлаждения сжатого воздуха наи­ более простым и дешевым является теплообмен с естественным хладоносителем. На Крайнем Севере и Северо-Востоке в зимний Т ехн и ческая х а р ак т ер и с т и к а ком прессорны х станци й, и спользуем ы х

–  –  –

период имеются идеальные условия для охлаждения сжатого воз­ духа до отрицательных температур за счет теплообмена с атмо­ сферным воздухом в поверхностных (разделительных) теплооб­ менниках. Возможно применение и других естественных хладоноеителей (многолетнемерзлых пород и льда). Так, в практике буровых работ известен способ охлаждения сжатого воздуха с по­ мощью поверхностного теплообменника, погружаемого в шурф, пройденный в мерзлых породах, а также с помощью двухнитевого трубопровода, помещенного в скважину, пройденную в мерзлых породах и заполненную незамерзающей жидкостью. ЭффективТаблица 2.2 иа геологоразведочных работах в организациях Министерства геологии СССР

–  –  –

ОД 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,7 0,6 0,7 0.8 0,8 0,8

–  –  –

А-01МД ЗИЛ-1575М ЯМЗ-236 '— • — 180 130 — 108 — ВАО-81-4 АК2-81-4 — — — —

–  –  –

ность охлаждения можно повысить, пропуская сжатый воздух по герметичной выработке в мерзлых породах, что дает возможность достижения отрицательных температур как зимои, так и летом.

Однако необходимость дорогостоящих горных работ исключает широкое применение этого варианта охлаждения.

Использование льда в зимнии период связано с трудностями его заготовки и доставки к месту работ, а в летний период воз­ можно лишь за счет искусственного создания его запасов. То и другое в сложных условиях организации буровых работ нецеле­ сообразно.

Наиболее рационально охлаждение сжатого воздуха за счет теплообмена с атмосферным. На практике этот способ применяет­ ся в зимнее время. Используются дополнительные ресиверы от компрессора, длинные трубопроводы или сварные из труб бата­ реи. Эти устройства громоздки, неудобны в условиях частных пере­ возок и малоэффективны.

Отличные результаты дает применение компактного ребристо­ трубчатого холодильника с большей поверхностью теплообмена со стороны холодного атмосферного воздуха в сочетании с прину­ дительной его циркуляцией с помощью вентилятора. Поскольку сжатый воздух охлаждается с давлением до 0,7— -0,8 МПа, при­ менять водяные и масляные радиаторы или калориферы нельзя.

Целесообразно использовать применяемые в разнообразных рефрижераторных установках ребристо-трубчатые конденсаторы КВ-30 с внешней площадью теплообмена 25—30 м2 рас­ считанные на рабочее давление 1,6 МПа. Для циркуляции атмосферного воздуха удобно использовать осевые вентиляторы типа 1Ц № 4 или № 5 с электро- или механическим приводом мощ­ ностью 0,5—1 кВт, а также другие вентиляторы для местного проветривания горных выработок.

В летний период, когда температура даже в условиях Севера и Северо-Востока может достигать 25—30 °С, охладить сжатый воздух до отрицательных температур этим способом невозможно.

Однако охлаждение выходящего из компрессора горячего сжа­ того воздуха за счет теплообмена с атмосферным очень полезно для повышения экономичности системы охлаждения, которая должна содержать две ступени — предварительного и окончатель­ ного охлаждения. Снижение в предварительной ступени охлажде­ ния температуры сжатого воздуха с + 80 °С (на выходе из реси­ вера компрессора) до + 2 5 °С (на выходе из теплообменника) позволяет более чем вдвое снизить потребную хладопронзводнтельность второй ступени охлаждения. В зимний период может эксплу­ атироваться лишь первая ступень охлаждения, достаточная для « - У ™ сжатого воздуха с отрицательной температурой около

И) С, а в летнии период — в сочетании со второй ступенью охлаждения.

Из существующих способов искусственного охлаждения наи-, более приемлемыми следует считать: а) охлаждение в результате изменения внутреннего баланса энергии при расширении воздуха с отдачей внешней работы; б) охлаждение за счет теплообмена с искусственным хладоносителем — хладагентом с помощью паро­ вой холодильной машины. ^ Расширение воздуха с отдачей работы проводится в поршне­ вых или турбодетандерах. Турбодетандеры требуют тщательной очистки и осушения воздуха, нуждаются в высококвалифициро­ ванном обслуживании и весьма дороги. Специальные турбодетан­ деры для охлаждения воздуха при бурении с продувкой скважин на нефть и газ разрабатывались в Куйбышевском авиационном институте под руководством В. И. Метенина, но практического применения не нашли. г т „ Напыпл Поршневые детандеры, серийно выпускаемые для специальных целей, также не соответствуют требованиям колонкового бурени С "пршюденные в ЛГИ и ЦНИГРИ исследования [23] позволили сделать вывод о возможности использования в условиях колон о вого разведочного бурения в качестве детандера серийного порш­ невого пневматического двигателя, широко применяемого на гор­ ных работах.

Техническая характеристика поршневых пневмодвигателей завода «Пневматика»

П6.3-12 П7.5-12 Тип поршневого пневмодвигателя....

Номинальное рабочее давление сжатого 0,4 -0,5 0,4 - 0,5 воздуха на входе в пневмодвигатель, МПа 8,75-10,4 7,1—8,1 Расход воздуха, м3/ м и н

Номинальная частота вращения выходно­ 12,5-13,3 12,5 го вала, с- 1

7,5 - 9,6 6,3—7,5 Мощность, к В т

Масса, к г

Процесс расширения воздуха в поршневом пневмодвигателе является политропным. Для влажного сжатого воздуха в срав­ нительно тихоходных пневмодвигателях показатель политропы мо­ жет быть принят п — 1,25 [22]. Тогда для наиболее тяжелых условий при начальной температуре сжатого воздуха после пред­ варительного охлаждения в ребристо-трубчатом теплообменнике, равной 25 °С, и падении абсолютного давления с р, = 0,8 МПа до р2 = 0,4 МПа на основании известной формулы политропного расширения температура на выходе из пневмодвигателя я -1 1.25 - 1 ) " = 2 9 8 ( ^ 1 - ) 1,25 =259К== —14°С, Т 2— Т 1( “ (2.40) где Ti-2 — абсолютная температура воздуха, К.

На основании полученных результатов разработана, изготов­ лена и испытана в лабораторных условиях воздушная холодильная машина ВХМ-ЛГИ (рис. 2.6). Сжатый воздух с давлением 0,7— 0,8 МПа и температурой 70—80С от ресивера компрессора по С шлангу 1 подается на первую ступень охлаждения — в компакт­ ный ребристо-трубчатый теплообменник 2 марки КВ-25 (30) вы­ сокого давления, принудительно вентилируемый атмосферным воздухом с помощью осевого вентилятора 6 марки МЦ № 5, по­ мещенного в диффузоре. В теплообменнике 2 горячий сжатый воз­ дух охлаждается практически до температуры атмосферного, при этом из него выпадает конденсат, периодически выпускаемый с по­ мощью вентиля в нижней части теплообменника.

Охлажденный и осушенный сжатый воздух поступает на вто­ рую ступень охлаждения — в поршневой пневмодвигатель ДР-5^ ( П 6,3-12) — детандер 5, где в процессе частичного расширения и падения избыточного давления до 0,2—0,3 МПа отдает свою Рис. 2.6. Воздушная холодильная машина ВХМ-ЛГИ.

J —нагнетательный шланг от компрессора; 2 —ребристо-трубчатый теплообменник КВ-30 с диффузором; 3 -нагнетательный шланг к скважине; 4—влагомаслоотделители; 5—поршневой пне­ вматический двигатель ДР-5У; 6—осевой вентилятор МЦ № 5.

внутреннюю тепловую энергию в виде внешней механической ра­ боты, полезно затрачиваемой на привод вентилятора 6 с помощью клиноременной передачи.

Для лучшего осушения сжатого воздуха между теплообменни­ ком 2 и детандером 5, а также на выходе из последнего установ­ лены дополнительные влагомаслоотделители 4 для сбора масла, жид­ кого конденсата и снега (на выходе из детандера). Охлажденный и осушенный воздух по нагнетательному шлангу 3 подается в скважину с избыточным давлением 0,2—0,3 МПа, что в условиях неглубокого бурения при правильно подобранном сочетании диа­ метра скважины и конструкции бурильной колонны достаточно для создания устойчивой циркуляции охлажденного воздуха. Техническая характеристика установки ВХМ-ЛГИ Минимальный расход воздуха, м3/ м и н

Максимальное давление на входе, М П а

Максимальное давление воздуха на выходе из пневмодвига­ теля, М П а

Максимальная температура воздуха на входе в промежуточ­ ный радиаторный холодильник, ° С

Перепад температуры, обеспечиваемый машиной, °С. 40 Масса, кг.

Испытания при бурении мелких скважин для инженерных изы­ сканий подтвердили работоспособность данной системы охлажде­ ния. Ее преимущества в простоте, безотказности, дешевизне и до­ ступности комплектующих элементов, возможности монтажа в ус­ ловиях механических мастерских ГРП. Однако так как процесс охлаждения происходит за счет расширения воздуха с отдачей внешней работы, то при этом резко снижается его давление, необ­ ходимое для устойчивой циркуляции воздуха в скважине. Данная система охлаждения рациональна только при бурении мелких скважин до 20—30 м и может найти применение при бурении в це­ лях инженерных изысканий или поисков и разведки россыпей.

В настоящее время Ленгидропроектом вместе с ЛГИ создана усовершенствованная система охлаждения данного типа для бу­ рения с продувкой охлажденным воздухом изыскательских сква­ жин глубиной до 100 м.

Охлаждение сжатого воздуха до необходимых при бурении от­ рицательных температур при практически полном сохранении развиваемого компрессором рабочего давления воздуха возможно с помощью современных фреоновых парокомпрессорных холодиль­ ных машин. Давно освоенные промышленностью эти машины до­ ведены до высокой степени совершенства, оснащены автоматикой, позволяющей в течение многих тысяч часов поддерживать задан­ ный режим охлаждения. Надежность и безотказность этих машин проверена в тяжелых условиях эксплуатации на судах, автомо­ бильном транспорте и др.

Двухступенчатая система охлаждения сжатого воздуха с пер­ вой ступенью охлаждения за счет теплообмена с атмосферным воздухом, принудительно циркулирующим через ребристо-трубча­ тый теплообменник высокого давления, и второй ступенью в виде фреоновой парокомпрессорной холодильной машины оптимальна для условий бурения скважин с продувкой воздухом в многолет­ немерзлых породах.

Целесообразно применять компрессорно-конденсаторные агре­ гаты с воздушным охлаждением, работающие на доступном и де­ шевом фреоне-12 (табл. 2.3).

Т аблица 2.3 Технические характеристики малых фреоновых парокомпрессорных холодильных машин с воздушным охлаждением коидеисатора

–  –  –

Рис. 2.7. Принципиальная схема двухступенчатой системы охлаждения сжатого воздуха с фреоновой холодильной машиной.

/ и I I — первая и вторая ступени охлаждения. I -ребристо-трубчатый теплообменник; 2 —инерцвонные влагоотделителн; 3 —фреоновый испаритель; 4 — ресивер для фреона; 5—фреоновый компрессор; б —фреоновый конденсатор. А —движение сжатого воздуха; Б —движение фреона.

Принципиальная схема разработанной в ЛГИ двухступенча­ той системы охлаждения сжатого воздуха с фреоновой холодиль­ ной машиной в качестве второй ступени представлена на рис. 2.7.

Разработка комплексной установки для выработки охлажден­ ного сжатого воздуха при бурении с продувкой и опыт ее приме­ нения подробно описаны в работах [23, 25].

Пневмоударное бурение в мерзлых породах показало очень хорошие результаты в зимних условиях, когда сжатый воздух до­ статочно глубоко охлаждается и осушается в первой ступени за счет теплообмена с морозным атмосферным воздухом. В пневмо­ ударнике сжатый воздух отдает свою внутреннюю потенциальную энергию в виде внешней механической работы и поэтому на вы­ ходе дополнительно охлаждается. Правда, механическая работа пневмоударника по разрушению горной породы рассеивается в форме тепла, которое частично вновь воспринимается воздухом, а частично — горным массивом. При этом в отличие* от обычного случая вращательного бурения с продувкой не только отсутствует местный прирост температуры воздуха у забоя, но отмечается не­ которое ее снижение. Последнее способствует сохранению есте­ ственной устойчивости мерзлых пород, увеличивает выход и по­ вышает качество керна.

Опыт показал, что в летний период целесообразно не только охлаждение сжатого воздуха до отрицательных температур, но и принудительное его осушение за счет адсорбции содержащейся в нем влаги. Широкое применение для этой цели находят различ­ ные твердые, твердо-жидкие и жидкие вещества-сорбенты, спо­ собные в большом количестве поглощать водяной пар. Наиболее пригоден для использования в полевых условиях силикагель. Это вещество имеет пористость порядка 50 % и сорбционную способ­ ность — 18—20;% его массы. Для осушения воздуха его приме­ няют в виде массы зерен крупностью 2—4 мм. Наилучший способ регенерации заключается в прогреве силикагеля потоком горячего воздуха с температурой 220—240 °С и точкой росы 28—30 °С.

В ОНИЛ ТТРБ разработан для бурения с продувкой сжатым воздухом осушающе-охлаждающий агрегат. Первая ступень ох­ лаждения сжатого воздуха представляет собой ребристо-трубча­ тый теплообменник с вентилятором. Блок осушки состоит из двух адсорберов, воздухоподогревателя, щита управления. Адсорберы работают поочередно: в одном идет процесс осушки воздуха, в другом — регенерация силикагеля. Блок осушки может работать в ручном и автоматическом режимах.

Техническая характеристика блока осушки производства завода Кургаихиммаш М а р к а

Производительность при рабочей температуре 30 °С и ра­ бочем давлении 0,8 МПа, м3/мин..

1,0 Рабочее давление, М П а

Температура воздуха на входе в блок осушки, °С.... + 3 0 Температура нагревания воздуха в воздухонагревателе, ° С

1,7 Расход воздуха на регенерацию, м3/ м и н

Масса силикагеля для загрузки двух адсорберов, кг

-4 0 Точка росы осушенного воздуха, ° С

9—12 Потребляемая на регенерацию мощность, кВт.

Масса блока без силикагеля, кг

–  –  –

расширяясь истекает через сопло 1 (рис. 2.8) со сверхзвуковой ско­ ростью тангенциально внутрь полого цилиндра, где образует мощ­ ный вихрь со сложным полем температур. В центре вихря уста­ навливается низкая, а по периферии высокая температура. Через диафрагму 2 с центральным отверстием выходит холодный воз­ дух, а через дроссель 5 с зазором по периферии — горячий. При перепаде давления 0,5 МПа и начальной температуре 0°С можно получить примерно одинаковые по расходу потоки воздуха с тем­ пературами —50 и + 50 °С.

Вихревой холодильник отличается очень малыми размерами и не имеет движущихся частей, что позволяет использовать его в качестве призабойного генератора холода при бурении сква­ жин. Вихревой холодильник 5 (см. рис. 2.9) встраивается в состав бурового снаряда над колонковой трубой. Сжатый воздух из ре­ сивера 2 компрессора 1 по шлангу 3 и бурильным трубам 4 по­ дается в вихревую камеру 6, где разделяется на холодный и го­ рячий потоки. Холодный поток направляется внутрь колонковой трубы 7, попадает на забой и по узкому кольцевому зазору между стенками скважины и колонковой трубой направляется вверх, транспортируя шлам с забоя. Горячий воздух выпускается непо­ средственно в широкий зазор между стенками скважины и буриль­ ными трубами, где сливается с холодным потоком. Смешанный по­ ток приобретает температуру, близкую к начальной. Благодаря тому, что холодный воздух (составляющий часть общего расхода) транспортирует шлам только на участке узкого зазора, сохра­ няются нормальные условия для очистки забоя от шлама.

Разработки погружного вихревого холодильника и опыт его применения, в частности при алмазном бурении, описаны в ра­ боте [23].

Наиболее эффективно вихревой холодильник может быть ис­ пользован в сочетании с предварительным охлаждением сжатого воздуха на поверхности.

Помимо использования вихревого холодильника как приза­ бойного генератора холода имеются возможности применения его в качестве простейшего средства охлаждения воздуха на поверх­ ности при бурении мелких скважин, например, на россыпях. В этом случае вихревой холодильник устанавливается между сальником и ведущей трубой. Поток горячего воздуха выпускается в атмо­ сферу. Непременное условие успеха — обеспечение минимальных аэродинамических сопротивлений в бурильных трубах и кольце­ вом канале скважины.

При бурении в мерзлых породах наиболее ответственной в теп­ ловом отношении является призабойная зона. Единственное сред­ ство рациональной доставки холода с поверхности к забою — теп­ лоизоляция бурильной колонны.

С точки зрения эффективности теплоизоляции покрытие труб изнутри при равной толщине существенно выгоднее, чем снаружи.

Внутреннее покрытие бурильной колонны неизмеримо долговеч­ нее наружного. Расход теплоизолирующего материала при внут­ реннем покрытии труб значительно меньше. В практике бурения и эксплуатации скважин внутреннее покрытие труб известно и уже применяется в трубной промышленности и на промыслах для борьбы с коррозией, отложениями парафина, для снижения гид­ равлических потерь давления вследствие сглаживания шерохова­ тости и в других целях. В качестве покрывающих материалов применяются или могут быть использованы стеклоэмаль, органо­ силикаты, эпоксидные смолы, полиэтилен, винипласт, фторопласты, плотные пенополистиролы, пенофенопласт, пенополиуретан и мно­ гие другие синтетические материалы. В США наряду с другими покрытиями успешно применяют в различных целях тефлон и тефлонгласс.

Наилучшим для внутреннего покрытия бурильных труб сле­ дует считать пенополиуретан (ППУ), который после вскипания и затвердевания отличается высокой механической прочностью (на сжатие примерно 20 МПа), не боится ударов и имеет глазирован­ ную водонепроницаемую поверхность. Покрытия из него, обла­ дающие высокой адгезией к металлу, наносятся слоем любой тол­ щины методом напыления исходной смеси.

Осуществить внутреннее покрытие трубы полимеризующимся материалом (например, эпоксидной смолой) значительно проще, чем наружное. Для этого предварительно очищенную изнутри трубу заливают расчетным количеством исходной смеси, изоли­ руют торцы и приводят трубу во вращение в горизонтальном по­ ложении. Для ускорения процесса нетрудно организовать прогрев трубы в процессе вращения.

Простейший способ внутренней теплоизоляции бурильных труб был предложен и с успехом практически опробован в ЛГИ. Вну­ три бурильных труб муфтово-замкового соединения диаметром 50 и 63,5 мм после выглаживания шероховатостей высаженных внутрь концов прокладывали полиэтиленовые шланги диаметром соответственно 30 и 40 мм с толщиной стенки 3—5 мм. Концы шлангов на торцах труб развальцовывали, после чего трубы муф­ тами соединяли в свечи.

Практическая целесообразность способа бурения мерзлых по­ род с продувкой охлажденным воздухом была предварительно проверена физическим моделированием в процессе совместных ис­ следований ЛГИ и ЦНИГРИ [23].

Опытное бурение велось по искусственным блокам мерзлых пород различного гранулометрического состава с температурой от 0 до —12°С и влажностью (льдистостью) от 5 до 30% твердо­ сплавными коронками различных марок диаметром от 76 до 178 мм.

Во всех случаях бурения с продувкой воздухом, охлажденным до отрицательных температур, сохранялись устойчивость и проч­ ность стенок скважины. Признаки поверхностного протаивания от­ мечались при форсированных режимах, но стенки скважины со­ храняли монолитность.

Анализ результатов почти 100 м опытного бурения по искус­ ственным мерзлым породам различного гранулометрического состава, близкого к реальным породам, подтверждает справедли­ вость теоретических предпосылок, что охлаждение сжатого воз­ духа максимум до —10°С является эффективным средством устра­ нения осложнений, обеспечения высокого выхода керна мерзлых пород в их естественном, ненарушенном состоянии.

Преимущества охлажденного сжатого воздуха в качестве очи­ стного агента при бурении скважин в мерзлых породах оконча­ тельно проверены практикой внедрения этого эффективного^ тех­ нологического средства на буровых работах в районах Крайнего Севера, Северо-Востока страны и в приполярных районах.

Этот способ бурения сочетает в себе преимущества воздушной продувки перед жидкостной промывкой (решение проблемы водо­ снабжения, особенно в зимнее время) с надежным регулирова­ нием температурного режима скважины. Большую часть года в районах распространения мерзлоты охлаждение сжатого воз­ духа до отрицательных температур возможно за счет теплооб­ мена с холодным атмосферным воздухом. Лишь в летний период необходима та или иная система принудительного охлаждения, составные элементы которой доступны, недороги и долговечны.

В остальном способ бурения с очисткой забоя охлажденным воздухом не отличается от обычного и с успехом освоен во мно­ гих районах. Рекомендации по расчету необходимого расхода и давления воздуха, выбору оборудования и инструмента, техноло­ гическим режимам бурения с продувкой остаются в силе и для применения охлажденного воздуха. Но в последнем случае нет необходимости в погружных влагоотделителях и средствах борьбы с осложнениями из-за выпадения конденсата.

Разработкой вопросов технологии бурения в мерзлых породах и льдах, в частности с продувкой охлажденным воздухом, с 1953 г.

занимается специальная лаборатория армии США по инженерным исследованиям в северных районах (CRREL). Накоплен значи­ тельный опыт бурения с продувкой на крайнем севере США и Ка­ нады, в Гренландии и Исландии. При бурении по ледовым отло­ жениям в Гренландии инженерные войска США применяли сжа­ тый воздух, охлаждаемый последовательно в теплообменнике, ресивере-влагоотделителе и газовой турбине приблизительно до температуры льда. Сконструирована специальная буровая уста­ новка «Фейлинт». Охлажденный сжатый воздух успешно приме­ няется также при механическом бурении с продувкой во льдах Антарктиды [72].

Канадцы для охлаждения сжатого воздуха при бурении при­ меняли длинную нагнетательную линию, проложенную по поверх­ ности земли [72].

При бурении в целях инженерных изысканий в районах мерз­ лоты американскими специалистами использовалась фреоновая установка для охлаждения сжатого воздуха в летний период до —9°С [23]. Примером высокой эффективности этого способа бу­ рения могут служить инженерные изыскания под трансконтинен­ тальную линию электропередачи на севере Канады и Аляске, вы­ полненные на его основе в течение всего лишь трех летних ме­ сяцев.

1 1олучение более подробной информации об имеющихся за ру­ бежом достижениях в области технологии и техники бурения мно­ голетнемерзлых пород затруднено, поскольку эти работы ведутся главным образом инженерными войсками США при строительстве военных объектов и разведке стратегического сырья.

Имеются примеры успешного бурения по мерзлым породам на Севере и Северо-Востоке СССР с продувкой воздухом, охлажден­ ным с помощью проложенных по земле длинных трубопроводов с влагоотделителями, простейших сварных из обсадных труб теп­ лообменников с кранами для спуска конденсата, устанавливае­ мых в зимний период на ветру или погружаемых в летний период в мерзлый грунт [25], и др.

На одном из россыпных месторождений Северо-Востока со­ трудниками ЦНИГРИ под руководством П. М. Степанова прове­ ден производственный опыт колонкового бурения с продувкой воздухом, принудительно охлажденным до отрицательных темпе­ ратур в летнее время с помощью холодильной установки ВХМЛГИ [23].

Бурение велось ребристыми твердосплавными коронками диа­ метром 178 мм с помощью станка ЗИФ-650А, смонтированного на тележке БУ-20-2, и компрессорной станции ЗИФ-51. Из-за не­ достаточного расхода воздуха в состав колонкового набора вклю­ чили шламовую трубу. В результате большого диаметра скважин и применения труб муфтово-замкового соединения диаметром 63,5 мм противодавление на выходе пневмодвигателя в нормаль­ ных условиях при глубине скважины до 40 м не превышало 0,1 МПа, в силу чего сжатый воздух охлаждался до —23 °С. От­ мечено многократное увеличение механической скорости и стой­ кости коронок. В сильнольдистых песках обеспечивался практи­ чески полный выход высококачественного керна, тогда как при бурении «всухую» из-за протаивания льда он резко снижался и полностью искажалась первоначальная криологическая структура.

В слабосцементированных льдом рыхлых мерзлых породах выход керна снижается при продувке вследствие избирательного истира­ ния, выдувания мелких фракций, но извлекаемые фрагменты керна сохраняли естественную структуру. При бурении «всухую» в тех же породах, несмотря на полный выход керна, его представитель­ ность мала в результате полного разрушения структуры, переме­ шивания и уплотнения материала.

Полевые исследования ЛГИ в летних, и зимних условиях про­ водились на объектах ГПИ Дальстройпроект и в геологоразве­ дочных партиях ПГО «Якутгеология» и «Севвостгеология». Буре­ ние велось твердосплавными и алмазными коронками, а также частично штыревыми долотами в многолетнемерзлых и сезонно­ мерзлых породах различного гранулометрического состава от мел­ кодисперсных до крупнообломочных и в коренных скальных по­ родах— от сильновыветрелых и трещиноватых до монолитных и плотных от III до XI категорий по буримости влажностью (льдистостью) от 41,7 до 0 % (рыхлые «сушенцы» и монолитные «мо­ розные» породы) с естественной температурой от —0,1 до —11 °С, а также в ряде случаев в таликовых зонах. Рыхлые, в различной степени сцементированные льдом породы представлены глинами, суглинками, супесями, разнозернистыми песками, дресвой, пес­ чано-гравийными, гравийно-галечными и валунно-галечными от­ ложениями, скальные — песчаниками, глинистыми сланцами, гранодиоритами, липаритами, андезитами и другими породами раз­ ной степени нарушенности.

–  –  –

0,15-0,22 5,0 -6,0 0,15-0,22 0,14 0,15 ВЦДО ‘ВХЛГЕОВ 0,17 ЭНЬ В ИЭ’НГ

–  –  –

1,50 1,60 0,50 0,20 0,40 0,50 1,20

–  –  –

0,30

–  –  –

21.0 3,0 49.0 46.0

–  –  –

М3 М3

–  –  –

Практически во всех случаях твердосплавного бурения по сце­ ментированным льдом рыхлым мерзлым породам выход керна составлял 100 % как при бурении с продувкой охлажденным воз­ духом, так и «всухую». Однако качество керна совершенно не­ сравнимо. По керну, получаемому при бурении «всухую», не толь­ ко нельзя судить о физико-механических свойствах и несущей спо­ собности грунта, но часто невозможно с уверенностью отнести пробуренные породы к мерзлым или талым. Керн, получаемый при бурении с продувкой охлажденным воздухом, полностью со­ храняет естественное агрегатное состояние и все особенности структуры, что очень важно для достоверности инженерных изы­ сканий.

В породах с льдистостью 20 % и более бурение проводилось, как правило, без ограничения рейса одинарным колонковым сна­ рядом. Керн получался в виде ровных столбиков, максимальная длина которых во многих случаях была равна проходке за рейс (1—2 м). На рис. 2.10, а показан керн, представленный мерзлым гравелистым песком с прослойками супеси и суглинка. Общая длина керна 1,9 м. При извлечении из колонковой трубы он рас­ кололся на три части. На рис. 2.10,6 представлен керн мерзлого песка средней льдистости 20 %. Частичное его разрушение про­ изошло уже на поверхности под действием солнечных лучей.

При бурении скальных трещиноватых и выветрелых пород с льдистостью 10—15 % (лед в виде прослоек, линз и цемента) выход керна составлял 100,%, но для его предохранения от раз­ рушения в колонковой трубе рейс приходилось сокращать до 0,6—0,8 м при бурении одинарным снарядом со стандартной ко­ ронкой типа СМ или усиленной дополнительными подрезными резцами, выступающими на 3 мм наружу и внутрь. В этих слу­ чаях керн извлекался, как правило, одним куском.

На рис. 2.10, в изображен керн мерзлых выветрелых гранодиоритов в момент извлечения из колонковой трубы. При бурении той же породы «всухую» происходило не только полное протаивание цементирующего керн льда, но и разрушение минеральной струк­ туры породы. В результате выветрелые гранодиориты перетира­ лись в песок и дресву, а прослойки андезитов превращались в крупнообломочные включения. Интересно отметить, что на основа­ нии проводившегося ранее бурения «всухую» выветрелые трещи­ новатые гранодиориты и андезиты, прочно сцементированные в естественном состоянии льдом, по терминологии бурового персо­ нала ГПИ Дальстройпроект назывались «галечниками», в то вре­ мя как керн этих же пород, полученный при бурении с продувкой охлажденным воздухом, с трудом раскалывался на куски (рис. 2.10, г).

Высокое качество образцов мерзлых пород, полученных из скв.

535а на площадке Аркагалинской ГРЭС при бурении с продув­ кой охлажденным сжатым воздухом, подтверждается полным со­ впадением результатов их исследования с результатами исследо­ вания образцов, отобранных из разведочного шурфа, пройденного вблизи этой скважины. Объемная плотность и влажность образ­ цов мерзлых пород, полученных при бурении «всухую» и с про­ дувкой охлажденным воздухом, существенно различаются. Сни­ жение влажности под воздействием теплоты, выделяющейся при бурении «всухую», минимально для однородных дисперсных мерз­ лых пород — 0,2—0,4% и возрастает для сцементированных льдом крупнообломочных отложений и трещиноватых скальных пород до 4—5 % и выше. Объемная плотность в результате выплавления конституционного льда, как правило, снижается на 0,05—0,17 г/см3, но в переувлажненных породах из-за протаивания сегрегационно­ го, инъекционного или пещерно-жильного льда и уплотнения ми­ нерального скелета может резко возрастать.

Возможность эффективного бурения мерзлых пород с продув­ кой воздухом, охлаждаемым в зимний период с помощью одной компактной первой ступени охлаждения, проверена в процессе бу­ рения двух неглубоких скважин в Магадане. Ребристо-трубчатый теплообменник с вентилятором, приводимым клиновым ремнем от трансмиссионного вала дизеля Д-33, был смонтирован непосред­ ственно на раме самоходной буровой установки УГБ-50М (рис. 2.11). Компрессорная станция ПКС-5 перемещалась вместе с установкой в качестве прицепа. В табл. 2.5 приводится темпера­ тура охлажденного сжатого воздуха (при расходе 3,5 м3/мин и давлении 0,3—0,4 МПа) в различных точках циркуляционной си­ стемы в зависимости от температуры атмосферного воздуха при его относительной влажности 20—52 %.

Породы V—IX категорий по буримости, представленные гравийно-галечниковыми отложениями на песчано-глинистом цементе с включением валунов размером до 20 см, имели температуру Рис. 2.11. Самоходная буровая установка УГБ-50М с одноступенчатой системой охлаждения.

_2 ----- 4°С и влажность 6—20%. При указанном режиме про­ дувки, осевой нагрузке 8—10 кН и частотах вращения снаряда 65—115 об/мин средняя механическая скорость бурения твердо­ сплавными коронками СТ и СМ диаметром 132 мм составила 5 м/ч при рейсовой проходке и проходке на коронку 0,5—1 м.

В породах льдистостью 15 % и выше керн выходил в виде мо­ но питов При меньшей льдистости тонкодисперсный связующий материал потоком воздуха выносился в шламовую трубу и на по­ верхность, наблюдалось снижение выхода керна, потребовавшее применения двойной колонковой трубы.

Благодаря низкой температуре сжатого воздуха, признаков рас­ тепления керна и стенок скважины не отмечалось даже при встрече валунов.

Для оценки эффективности применения охлажденного сжатог воздуха при бурении геологоразведочных скважин различными ти­ пами породоразрушающего инструмента для твердых скальных пород были проведены опытные рейсы в плановых скважинах на одном из рудных месторождений Северо-Востока. Использовалис буровой агрегат СБЛ-500 с электроприводом и мачтой МР-5 на передвижных санях, передвижная компрессорная станция ДК-9, Т аблица 2.5 Температура воздуха в различных точках циркуляционной системы, °С

–  –  –

w2 *s *§ ч§ кЕ8 о о “ О,. И ra 1 ч H «OQb о h wс §,2 ЬЙ о я pi О ° ° И сз “ KCU* 1*к 2i Г чP К ° *gg К мОи'.

5 „ « о-« О 3 Лс ь ь C jooo Q IV • *OО О Pi « о,С О О о Ь"- « О Oh I ” О О e 2 е...

S ^ вW j К*^ к 2 сс н о, uп к 5 « L ь Iя % о ISw g® I § О 4 gS Ё g о sS-.g 52 0 5 t- г о о5я оЗ ” 1§5 Он “ &Эн оЗ *4 ?«к 1= а Л3 х »

О --S U у 5« О f- сс as} й и CN Сой Sm i 0йи “ *« 1Iг Плановые скв. 133, 135, 137, 139, 142 и 148 бурили станком ЗИФ-650А с применением пневмоударников РП-130 и РП -111 по мерзлым ледниковым и межледниковым отложениям с большим содержанием льда. Глубина скважин — до 120 м. В процессе ис­ пытаний пройдено 535 м с хорошими результатами.

Скважины 133 и 135 пробурены при температуре атмосферного воздуха ниже 0°С только с применением блока осушки (во время ремонта второй ступени охлаждения) без каких-либо осложнений, что подтверждает важность осушения сжатого воздуха при пневмоударном бурении по мерзлым породам.

В 1982—1983 гг. на объектах работ экспедиции № 12 ПГО «Приленскгеология» проводились производственные испытания опытной установки для охлаждения и осушки сжатого воздуха.

Принципиальное отличие разработанной двухступенчатой уста­ новки для получения сжатого воздуха с отрицательной темпера­ турой в любое время года заключалось в использовании между предварительной системой охлаждения (воздушным теплообмен­ ником) и второй ступенью (фреоновой холодильной машиной) специального осушительного устройства с использованием хими­ чески активных веществ — адсорбентов. Это позволяло добиться не только полного удаления конденсата из сжатого воздуха, но и понизить точку росы (до —20 °С), что существенно снижает необ­ ходимую холодопроизводительность второй ступени охлаждения, а также в условиях отрицательных температур предотвращает на­ мерзание на теплопередающих поверхностях конденсата в виде «снежной шубы». Принципиальная схема устройства показана на рис. 2.13.

Горячий сжатый воздух от компрессора производительностью до 10 м3/мин с давлением 0,8 МПа и температурой до 100 °С по­ ступает в первую ступень охлаждения, где его температура сни­ жается до близкой к атмосферной за счет развитой поверхности (25-—30 м2) ребристо-трубчатого теплообменника 2. Принудитель­ ная циркуляция атмосферного воздуха создается вентилятором 3.

Большая часть (до 80—90 %) выделившегося конденсата улавли­ вается в инерционном вихревом влагоотделителе 4, а масла — в блоке масляных фильтров 5.

После первой ступени охлаждения воздух поступает в блок осушки, состоящий из двух попеременно работающих адсорбе­ ров 6. Работа блока основана на адсорбции водяных паров и ос­ татков капельной влаги. Для регенерации адсорбента использует­ ся осушенный воздух, отбираемый из основной магистрали в воз­ духонагреватель, откуда с температурой 220—240 °С воздух проходит слой адсорбента, выпаривает влагу и сбрасывается в атмосферу. Сухой сжатый воздух из блока осушки поступает во вторую ступень охлаждения, где его температура понижается до отрицательных значений. В качестве второй ступени охлаждения используется фреоновый компрессорно-конденсаторный агрегат с воздушным охлаждением ХМ.В ФУБС-9 с номинальной холодопроизводительностью 7—10 кВт при температуре испарения фре

–  –  –

Производственные испытания системы охлаждения и осушки сжатого воздуха проводились в экспедиции № 12 ПГО «Приленскгеология» на участке поискового бурения. В процессе испытаний установка проработала 200 ч, из них объем чистого бурения со­ ставил 50 ч. С применением установки пробурено около 100 м в интервале глубин от 0 до 120 м (скважины 77,5/450, 79,3/450, 80,0/450).

Температура атмосферного воздуха днем достигала + 29 °С, ночью + 10°С.

Бурение велось станком ЗИФ-650М с применением твердо­ сплавного породоразрушающего инструмента по следующим лито­ логическим разностям мерзлых пород: песчаники с глинистым це­ ментом, долериты, переслаивание аргиллитов и алевролитов, туфы с прослоями льда, известняки.

Сжатый воздух подавался от компрессора КВ-10 производи­ тельностью 10 м3/мин. Под давлением 0,8 МПа с температурой 90—95 °С он поступал в первую ступень системы, где охлаждался до температуры, близкой к температуре окружающего воздуха (+ 30-+ — °С днем и + 10ч-+13°С ночью), а затем в инер­ [-33 ционный влагоотделитель вихревого типа М-30. После удаления капельной влаги и отделения минерального масла в блоке филь­ тров БМФ воздух подавался в одну из башен с адсорбентом блока осушки типа А10М1. Осушенный воздух поступал в реси­ вер вместимостью 1 м3, а из него к распределительному устрой­ ству, установленному в буровом здании. В качестве адсорбента применялся силикагель марки КСМ.

Все агрегаты системы охлаждения и осушки сжатого воздуха были соединены последовательно, отвод конденсата производился через спускные краны, установленные в нижней части влагомаслоотделителя.

Применение установки осушки позволило избежать аварий, связанных с выпадением конденсата в системе «бурильные трубы — скважина» и образованием сальников на стенках сква­ жины. При бурении удалось добиться почти полного выноса нерастепленного шлама на поверхность или в шламовые трубы, и при этом стенки скважины оставались сухими. Кроме того, по всем интервалам колонкового бурения был получен 10 0 %-ный выход высококачественного нерастепленного керна. Основные результаты бурения приведены в табл. 2.6.

Анализ результатов испытаний, позволил сделать следующие выводы.

1. Установка для охлаждения и осушки сжатого воздуха без фреоновой системы охлаждения позволяет получать сжатый воз­ дух с температурой, превышающей температуру окружающего воз­ духа лишь на 2—5°С, и степенью осушки, достаточной не только для предотвращения выпадения конденсата при дальнейшем ох­ лаждении сжатого воздуха в циркуляционной системе, но и для удовлетворительной осушки частично растепляемых в процессе бу­ рения стенок скважины и керна, а также частичек шлама.

2. Использование при бурении мерзлых пород осушенного сжатого воздуха даже при относительно высокой его температуре позволяет повысить эффективность очистки скважины от шлама и в значительной степени уменьшить осложнения, связанные с об­ разованней сальников. Все это повышает механическую и рейсо­ вую скорости бурения, а также рейсовую проходку.

Таблица 2.6 Основные показатели экспериментального бурения в экспедиции № 12 ПГО «Прилеискгеология»

–  –  –

7 др.

Б. Б. Кудряш ов и 97

3. Для полного предотвращения растепления мерзлых стенок скважины и керна в процессе бурения и окончательной ликвида­ ции связанных с этим явлением осложнений, осушенный воздух необходимо охлаждать до отрицательной температуры.

Теория и расчет, лабораторные эксперименты и накопленный практический опыт бурения убедительно показывают, что вполне осуществимое в зимний и летний периоды года охлаждение сжатого воздуха до отрицательной температуры —10 °С во всех случаях достаточно для резкого повышения произво­ дительности и качества буровых работ в районах многолетней мерзлоты.

Если не считать сильно обводненных минерализованными во­ дами или напорных горизонтов, где продувка вообще неприем­ лема, единственной разновидностью неблагоприятных для этого способа условий является бурение слабосвязных «сушенцов». Воз­ можные осложнения в виде сальникообразования при слабых водопроявлениях легко устраняются применением новых пенообра­ зователей, активных в минерализованной среде при повышенных температурах. Во влажных таликовых зонах с успехом можно ис­ пользовать одновременное с бурением поверхностное подморажи­ вание буримых пород продувкой морозным воздухом.

Для повышения выхода керна в малольдистых «сушенцах»

вполне применимы двойные колонковые трубы. Кроме того, сле­ дует учитывать, что в условиях, когда целью буровых работ яв­ ляется изучение состава, строения и физико-механических свойств мерзлых пород, как при инженерных изысканиях, использование охлажденного воздуха даже при пониженном выходе керна дает существенно более объективную информацию, нежели широко при­ меняемое бурение «всухую». В тех случаях, когда нас интересует содержание и распределение полезного ископаемого по мощности продуктивного горизонта, как при геологоразведочных буровых работах, в целях обеспечения высокого выхода керна в слабосцементированных рыхлых мерзлых отложениях на россыпях или в силыютрещиноватых раздробленных сухих «морозных» поро­ дах коренных месторождений возможны предварительное увлаж­ нение, «крепление льдом» этих пород и затем бурение с продув­ кой охлажденным воздухом.

Как известно, достоверность разведки россыпных месторожде­ ний Северо-Востока на основе ударно-механического бурения не удовлетворяет современным требованиям и для подтверждения получаемых данных часто необходимо проходить дорогостоящие шурфы. Переход в этих условиях на колонковое бурение с продув­ кой охлажденным воздухом в целях сохранения естественного аг­ регатного состояния мерзлых пород и высокого выхода керна обес­ печит получение вполне объективных сведений о содержании и распределении полезного ископаемого. Объемы буровых разве­ дочных работ на россыпях весьма велики. Резкое повышение до­ стоверности опробования по высококачественному керну с учетом возможного разрежения сети скважин и отказа от поверочных шурфов может значительно сократить сроки, улучшить качество и снизить стоимость разведки россыпных месторождений.

2.3. БУРЕНИЕ СКВАЖИН В МЕРЗЛЫХ ПОРОДАХ

С ПРИМЕНЕНИЕМ ГАЗОЖИДКОСТНЫХ СИСТЕМ

Газожидкостные системы, используемые как очистные агенты, делятся на аэрированные жидкости, туманы и пены. Пены — это, как правило, многофазные дисперсные системы, где дисперсион­ ной средой служит жидкость, а дисперсной фазой — газ, который составляет до 99 % объема системы; пузырьки газа разделены тонкими пленками воды и могут иметь форму многогранников.

В аэрированных жидкостях концентрация газа значительно ниже, его пузырьки, имеющие сферическую форму, не контактируют между собой. Степень аэрации жидкости а' определяется отноше­ нием расходов газа и жидкости при атмосферном давлении, т. е.

a ' — Vq/V. При а' ^ 50 дисперсная система — аэрированная жид­ кость, при а' = 50 — 300 — пена, при « ' 3 0 0 — туман.

Существенные технологические достоинства систем жидкость — газ обусловливаются известными преимуществами входящих в них компонентов: присутствие газовой фазы способствует снижению в широком диапазоне гидростатического давления столба очи­ стного агента, обеспечивает лучшие условия удаления из сква­ жины бурового шлама и т. д.; жидкая фаза, содержащая поверх­ ностно-активные вещества (Г1АВ), химические реагенты (КМЦ, Гипан и др.), глинопорошок, смазывающие, ингибирующие, противоморозные и прочие добавки, позволяющие управлять техно­ логическими свойствами пен, определяет их высокую эффектив­ ность в осложненных условиях.

Газожидкостные системы широко применяются при бурении скважин на твердые, жидкие и газообразные полезные ископае­ мые во многих странах мира в самых разнообразных геологиче­ ских и горно-технических условиях [5, 23, 24, 31]. В настоящее время быстро распространяется применение пен, за счет чего резко сокращается частота осложнений, особенно прихватов буро­ вого инструмента в скважине. Отмечаются снижение затрат энер­ гии, расхода дизельного топлива до 30 °/о по сравнению с продув­ кой скважин сжатым воздухом, а также почти вдвое меньшие эксплуатационные расходы при бурении по многолетнемерзльш породам. Пены обладают высокой несущей и выносной способ­ ностью при малой скорости восходящего потока — почти в 10 раз меньшей, чем при бурении скважин с продувкой сжатым воздухом.

Успех бурения зон поглощений с пеной определяется кольматирующим эффектом, в десятки раз меньшим по сравнению с водой давлением столба пены на пласт. При использовании пен для бу­ рения поглощающих пород расход глины сокращается в 5—6 раз, многократно снижается и расход воды, что имеет немаловажное 7* 99 значение для районов Крайнего Севера, особенно в зимних усло­ виях. Гидрофобность сухих пен позволяет использовать их для бурения в глинистых породах, способных к обрушению при взаимо­ действии с водой. Применение пен обеспечивает минимальное загрязнение окружающей среды.

Фирма Forward Resaurces совместно с фирмой Winterhawk Petroleum Consulting Services в 1982—1983 гг. проводила бурение на Северо-Западе Канады в зонах водопрптоков и поглощений с очисткой забоя воздухом, аэрированной жидкостью, туманом и пеной. Скважины глубиной до 1000 м с пеной проходились за 16 сут против 35-—65 сут. с применением других промывочных агентов, т. е. в 2,2—4,1 раза быстрее. Использование пен обеспе­ чило получение керна в полном объеме, сократило транспортные расходы за счет меньшего объема потребления воды, глиноматериалов и химических реагентов, способствовало улучшению усло­ вий проведения работ в экологическом отношении [24].

В последние годы в отечественной и зарубежной практике бу­ рения скважин на нефть и газ все чаще для получения пен ис­ пользуется азот. Газ инертен, не горюч, содержание в атмосфере — 78%. На буровые азот доставляют в сжиженном виде в специ­ альных контейнерах. При его вводе в промывочную жидкость об­ разуется пена. Содержание азота в промывочных жидкостях из­ меняют от 50 до 95 % в зависимости от решаемой технологической задачи. Для придания стабильности в состав пен вводят ПАВ1.

При вводе азота до 65 % промывочная жидкость имеет низкую вязкость, при 85 % и более пена с трудом закачивается в сква­ жину насосом, при увеличении содержания азота выше 96 % об­ разуется туман. Такие системы позволяют успешно проходить зоны поглощений в трещиноватых и пористых породах, предотвращают обрушение пород и сокращают время на возбуждение продуктив­ ных пластов [14, 24].

Отечественный и зарубежный опыт позволяет определить об­ ласть эффективного применения газожидкостных (дисперсных) систем. Так, аэрированные промывочные жидкости и пены исполь­ зуются в основном при вскрытии зон с низким пластовым давле­ нием, представленных проницаемыми трещиноватыми и каверноз­ ными устойчивыми породами. Наиболее рационально применять пены в районах распространения многолетнемерзлых пород, без­ водных и с трудным водоснабжением, в условиях развития кар­ стовых зон.

При бурении по мерзлым породам особенно важно установить максимально допустимую температуру пены. Определим ее по формуле [23] и * = ------ т=. 2.4П Bi V F o где Т„ — средняя естественная температура мерзлых пород, °С.

Поскольку опытные значения коэффициента теплоотдачи пен отсутствуют, определим а, пользуясь правилом аддитивности:

а = а, тх + а^т2, (2.42) где ai и аг — коэффициенты теплоотдачи соответственно жидкости и сжатого воздуха; т\ и т2— относительное содержание в пене составляющих компонентов (жидкости и газа) в долях ед; при этом а\ и а2 рассчитываются по известным формулам [5] [исход­ ные данные: D == 93 и 112 мм, d2 = 50 мм, У = 1,3 -1 0 -4 м3/с (8 л/мин); Vo = 2,8-10-2 м3/с (1,68 м3/мин); X, = 0,566 Вт/(м-°С) при 8 °С; Х2 = 0,027 Вт/(м-°С) при 30 °С].

Полученные результаты для разных скоростей движения пены в кольцевом канале приведены на рис. 2.14. Зная температуру пены на входе в скважину и изменяя скорость ее движения в затрубном пространстве, можно поддерживать такую температуру пены, при которой не произойдет растепления стенок скважины.

Учитывая, что бурение с пеной в настоящее время ведется по системе незамкнутой циркуляции, ее начальную температуру в смесителе /н определим по правилу Рихмана c C t, + cpG0t 2 (2.43) сС + срС0 где с и ср — удельная массовая теплоемкость соответственно жид­ кости и газа, Дж/(кг-°С); G и G0— массовый расход соответствен­ но жидкости и газа, кг./с; t\ и t2— температура жидкости и газа, °С.

Определим начальную температуру пены для условий: G — = 0,13 кг/с, Go = 0,035 кг/с; f, = 8 ° С ; ta = 30°С; с = 4207 Д ж / (кг-°С) ср — 1006 Дж/(кг-°С). Она составит 9,33°С.

Для того чтобы не происходило растепления многолетнемерз­ лых пород с 7’п= —3,5°С при поперечных размерах кольцевого Рис. 2.14. Расчетные значения критерия Нуссельта в зависимости от безразмер­ ной скорости движения пены в кольцевом канале Nu = 1,29 Ре0’2 (по данным А. В. Козлова) канала D = 93 мм и d2 = 50 мм, скорость движения пены должна быть 4,2 м/с (см. рис. 2.14).

Начальная температура пены в значительной мере зависит от температуры жидкости. Температура воды в районах Крайнего Севера и Северо-Востока СССР в летний период не превышает 6— 10 °С. В этих условиях при температуре сжатого воздуха 30 °С, как показали расчеты, температура пены при входе в скважину не превышает 8— 15°С (табл. 2.7). Из-за малых массовых расхо­ дов и особых теплофизических свойств пена несет весьма малый запас тепла. Поэтому при бурении по многолетнемерзлым породам температура ее начиная с небольшой глубины скважины приобре­ тает температуру окружающих пород. Охлаждение пены будет происходить тем быстрее, чем ниже ее начальная температура.

Таким образом, пена не требует специального предварительного охлаждения в отличие от всех других очистных агентов, что де­ лает ее наиболее экономичной и технологически эффективной для бурения скважин по многолетнемерзлым породам, цементирую­ щим материалом которых служит лед.

ОНИЛ ТТРБ разработаны и внедрены в Норильском районе устройство для получения пены и ее нагнетания [24] и обвязка скважины (рис. 2.15) применительно к местным климатическим и организационным условиям, включающая эжектор для разруше­ ния пены. Совместно с технологической группой Норильской КГРЭ разработано герметизирующее устройство, устанавливае­ мое при статическом уровне воды в скважине до 100 м, поскольку при этом необходимо создание повышенного давления пены для снижения притока пластовых вод в ствол скважины. При буре­ нии из скважины пеной выносится до 5 л/мин пластовых вод, часть которых вторично используется для получения раствора пенообра­ зователя. Для сокращения времени на восстановление циркуляции пены в стволе применены разработанные ОНИЛ ТТРБ специаль­ ные клапаны (верхний и нижний), устанавливаемые в колонне бу­ рильных труб, специальный переходник, скважинный обратный клапан и др.

С целью получения однородной стабильной пены испытаны по­ лиакриламид ПАА, КМЦ-500 и сульфонол НП-1. В результате ре­ комендовано вводить в состав пен ПАА как более эффективный и дешевый по сравнению с КМЦ продукт (стоимость 102 руб. про­ тив 1770 руб. за 1 т). Это дало возможность одновременно снизить расход дорогостоящего ПАВ (сульфонол, 700 руб./т) до 0,1 %. Со­ став рекомендуемой композиционной добавки: ПАА — 0,25% и сульфонол — 0,1 % (по объему). Общий расход сульфонола сни­ жен до 1,28 кг на 1 м скважины, т. е. в 2,1 раза по сравнению с первоначальными рекомендациями.

Применением однородных стабильных пен повышена устойчи­ вость стенок скважин при бурении пикрптовых базальтов.

Дальнейшие исследования по снижению расхода пенообразую­ щей добавки и ее стоимости позволят повысить эффективность использования пены при бурении разведочных скважин.

Т аблица 2.7 Начальная температура пены, °С

–  –  –

5 0 /2 0 2 0,8 1 2 1,5 8 2 2,3 3 2 3,0 0 2 4,3 3 5 0 /1 0 1 1,1 1 1 2,1 6 1 4,2 1 1 4,0 0 1 5,9 5 5 0 /5 5,6 1 6,2 0 6,8 0 7,3 5 8,4 6 3 0 /2 0 2 0,2 6 2 0,5 1 2 0,7 5 2 0,9 7 2 1,4 0 3 0 /1 0 1 0,8 3 1 0,0 5 1 1,5 4 1 2,0 0 1 2,8 6 3 0 /5 5,3 3 5,6 5 5,9 6 6,2 7 6,8 6 Рис. 2.15. Схема расположения оборудования и обвязки при бурении с очист­ кой скважины пеной.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |



Похожие работы:

«Л.П. МОИСЕЕВА Мы жили тогда на планете другой. Тема России в поэзии русского зарубежья первой волны эмиграции Мы волна России, вышедшей из берегов. Владимир Набоков. Юбилей. Узнает ли когда-нибудь о...»

«УДК 159.922.7 ВЛИЯНИЕ ТЕЛЕВИЗИОННОГО КОНТЕНТА НА ПОВЕДЕНИЕ МЛАДШЕГО ШКОЛЬНИКА М.Г. Бочило Иркутский государственный университет Аннотация. Статья посвящена осмыслению влияния телевизионного контента на поведение детей младшего школьного возраста в современном обществе. Особое внимание уделяется анали...»

«ОАО "Газпром" и НПФ "Газфонд" сообщают о проведении торгов по продаже 50% пакета акций ЗАО "ИК "Горизонт" Продавцы: Открытое акционерное общество "Газпром", Негосударственный пенсионный...»

«Экосистемы, их оптимизация и охрана. 2009. Вып. 20. С. 154–164. УДК 913 (477.75):551.583.2 АНАЛИЗ КЛИМАТИЧЕСКИХ РЯДОВ КРЫМСКОГО ПОЛУОСТРОВА Парубец О. В. Таврический национальный университет им. В. И. Вернадского, Симферополь, yarkaya2006@mail.ru Произведен анализ среднегодовых температур воздуха и среднего...»

«НСК Коммуникации Сибири УТВЕРЖДАЮ Директор ООО НСК Коммуникации С.В. Давыдов "" _ 2014 г. Руководство по эксплуатации РЭ6665-005-62880827-2013 SPRINTER TX Сертификат соответствия № ОС-1-СП-1251 от 18.02.2014. Декларация соответствия № СПД-4064 от 22.12.2010 г. Новосибирск, 2014 Sprinter TX ТУ6665-00...»

«Российский рынок акций АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 14 марта 2014 Текущая ситуация на рынке Проблема противостояния России и Запада по вопросу Крыма обвалила вчера и европейские и заокеанские биржевые индексы. Индекс S&P-500 просел на 1,17%, вернувшись...»

«ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЕ КОЛЕСА И БАНДАЖИ KLW I ЖелезнодороЖные колеса и бандаЖи KLW KLW — колесный бренд международной трубноПродукция под брендом KLW соответствует всем колесной компании ИНТЕРПАЙП. Компания требованиям международных и межго...»

«МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ (МГС) INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION (ISC) ГОСТ ISO MЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ 11640— СТАНДАРТ КОЖА Определение прочности окраски к трению в прямом и обратном направлении...»

«Приложение № 4 к Условиям открытия и обслуживания расчетного счета Перечень тарифов и услуг, оказываемых клиентам подразделений Северного банка ПАО Сбербанк на территории Ярославской области (действуют с 30.11.2015) Стоимость услуги1 Н...»

«Приложение к свидетельству № 54413 Лист № 1 об утверждении типа средств измерений Всего листов 6 ОПИСАНИЕ ТИПА СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ Спектрометры рентгенофлуоресцентные моделей ARL 9800, ARL...»

«АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "ТРОЙКА-Д БАНК" УТВЕРЖДЕНО Решением Правления АО "ТРОЙКА-Д БАНК" (Протокол № 02-08/36 от 27.09. 2016г.) Президент А.М. Дронов Договор доверительного управления ценными бумагами и дене...»

«Издается с октября Р¤ 1956 г. Р 27 мая 2011 г. № 18 (2209).Библиотеки не должны быть только хранилищами книг, не должны служить и для забавы, для легкого чтения, — они должны быть центрами исследования, которо...»

«Хартия основных прав Европейского Союза Торжественная прокламация (Ницца, 7 декабря 2000 года) Европейский парламент, Совет и Комиссия торжественно провозглашают Хартию основных прав Европейского Союза, текст которой следует ниже Преамбула Народы Европы, образуя все бо...»

«1 Пояснительная записка Обоснование актуальности программы Зачем учить ребенка читать или где живет чтение?Обучение чтению дошкольника имеет свои преимущества: Чтение развивает речь. Читая, ребенок лучше узнает звуковую структуру слова, другими словами его ритмический рисунок....»

«ЧЕМПИОНАТ РОССИИ ПО СПОРТИВНОМУ ТУРИЗ МУ НА ЛЫЖНЫХ ДИСТАНЦИЯХ 24 февраля 2017 года г. Москва, Бутовский лесопарк УСЛОВИЯ СОРЕВНОВАНИЙ В ДИСЦИПЛИНЕ "ДИСТАНЦИЯ-ЛЫЖНАЯ-СВЯЗКА" (длинная, 5 класс) Класс дистанции: 5 Количество этапов: Мужские связки – 14 Женские связки – 10 На...»

«ИНСТРУКЦИЯ для АВТОРИЗОВАННЫХ ИНСТАЛЛЯТОРОВ ввода в эксплуатацию каминов на пеллетах серия BURNiT Comfort PM (с водяным контуром) и PM-B (с водяным контуром и металлической дверцей с изоляцией) НЕС Новые Энергийные Системы ООО Болгария г. Шумен 9700 бул. Мадара 12 тел: +359 54 874 536 факс: +359 54 874 556 e-mail: service@su...»

«НИЗКОВОЛЬТНЫЕ КОМПЛЕКТНЫЕ УСТРОЙ Панель распределения ЩО 70 Панели серий Щ О 7 0 1 и Щ О 7 0 3 пред­ аааи " ааиа назначены для комплектования распредели­ тельных устройств напряжением 3 8 0 / 2 2 0 V трехфазного переменного то...»

«Ги д. Мопассан Провинция Алжир "ЛитПаб" Мопассан Г. д. Провинция Алжир / Г. д. Мопассан — "ЛитПаб", © Мопассан Г. д. © ЛитПаб Г. д. Мопассан. "Провинция Алжир" Содержание *** 5 Конец ознакомительного фрагмента. 8 Г. д. Мопассан. "Провинция Алжир" Ги де Мопассан Прови...»

«о сiKi' ьP a r t & i* u г. в i* Mrusnsntvs ЕРЕ В А НСКИЙ ФИЗЙ, Ч Е CKJf Й И НС Т И i. ' hhS№№, iwinChnhlT НАУЧНОЕ COCBJ^HME М.В.АНОХИН, Д.Р.КАНЕЦЯН, В.М.КУКАРЕВ, Э.Р.МАРКАРЯН, Н.И.НИКИТИН, В.М.ХАРИТОНОВ, С.Г.АРАКЕЛЯН. Ж.Б.ГРИГОРЯН, Й.А.КЕРОПЯН, В.м4ЕЛКУМяад,ДС.АМИРХАНОВА,С.С.АРУТ10НЯН, ЁЖБОЯХЧЯН, Е.Н.ЩЕРБАКОВА, ЗАВИСИМОСТЬ СЕЧЕНИЯ ФОТ...»

«Краткая информация об ООО "Росэкспертиза"1. Общие сведения о Компании Полное наименование компании Общество с ограниченной ответственностью "Росэкспертиза" Свидетельство о регистрации № 183142, выдано Московской регистрационной палатой 23...»

«Содержание 1. Общие положения 1.1. Нормативные документы для разработки ООП 1.2 Общая характеристика вузовской основной образовательной программы высшего профессионального образования (бакалавриат) 1.2.1 Цель (миссия) ООП бакалавриата 1.2.2 Срок освоения...»








 
2017 www.book.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.