Исследование влияния теплофизических свойств буровой промывочной жидкости на скорость протаивания многолетнемерзлых пород

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БУРОВОЙ ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ НА СКОРОСТЬ ПРОТАИВАНИЯ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД Соловьев А.Я.1, Саитов Р.Р.2, Курбанов Ф.Р.3

'Соловьев Александр Янович — кандидат технических наук, доцент;

2 Саитов Рифат Ринатович — магистрант;

3Курбанов Фирдаус Раисович — магистрант, кафедра бурения нефтяных и газовых скважин, горно-нефтяной факультет, Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа

Причина многих осложнений, возникающих при бурении многолетнемерзлых пород -нарушения температурного режима скважины. Нормализация температурного режима скважины при бурении в мерзлых породах достигается изменением физических и теплофизических свойств промывочного раствора.

В работе [1] был проведен сравнительный анализ методик расчета теплового поля вокруг бурящейся скважины. Было выявлено, что многие алгоритмы решения задачи Стефана, просто и доступно решается с помощью COMSOL Multiphysics. Модель на рисунке 1 показывает движение модель бурового раствора, температура которого равна Т0(х) нисходящего потока, проходящегося через интервал залегания ММП (х до х + Дх) и Т^х) восходящего потока [2].

Рис. 1. Модель скважины при бурении ММП

В процессе бурения скважины по буровой колонне (1) вниз к долоту направляется буровой раствор (3), который затем выходит из отверстий долота и направляется обратно вверх (4), как схематически показано на рис. 1. Восходящий поток бурового раствора выносит на дневную поверхность шлам разбуренной породы и воду, получающуюся при таянии льда ММП. Буровой раствор, имея на входе начальную температуру Твх и двигаясь вниз по бурильной колонне, доходит до долота и получает от него дополнительное количество тепла, выделяемого долотом при работе. Поэтому температура Т 0(х) в нисходящем потоке бурового раствора растет по пути к долоту.

Дополнительно нагретый работающим долотом буровой раствор выходит из отверстий долота и далее движется вверх, вынося шлам от разбуренной породы и подогревая его до своей температуры, а также растапливая лед в разбуренной ММП. Поэтому при обратном движении вверх температура бурового раствора в восходящем потоке падает, вследствие теплопотерь на подогрев шлама ММП и растопление льда. Кроме того, температура восходящего потока по

пути вверх падает вследствие теплообмена через стенку бурильной трубы с холодным нисходящим потоком. Получается, что фактическая температура Твых бурового раствора на выходе бывает ниже температуры на входе Твх [3].

На рисунке 2 представлена двухмерная осесимметричная модель скважины и где показана начальное распределение температуры Т0, которое находится по формуле:

Т0 =ТЬ-Нх/Ь-(ТЬ-Тс) (1) где Ть - температура бурового раствора на входе; Тс - температура ММП; Ь - ширина данной модели.

Скорость движения раздела фаз и1-2 рассчитывается по формуле:

"1-2 = (2) где Т1т - плотность теплового потока; ДН1-2 - удельная теплота плавления.

Таблица 1. Основные теплофизические параметры

Коэффициент теплопроводности, Вт/(мК) Удельная теплоемкость, Дж/(кгК) Плотность, кг/м3 Удельная теплота плавления, кДж/кг

ММП 2,25 2027 917,5 335

БПЖ 0,599 4183 998,2 -

Рис. 2. Модель скважины, при фазовом переходе 1 — многолетнемерзлые породы; 2 — буровой раствор; 3 — граница раздела фаз

И согласно данным таблицы 1 благодаря COMSOL Multiphysics получаем движение границы раздела фаз, после начала прокачки бурового раствора (рисунок 3).

Список литературы

1. Быков И.Ю. Термозащита конструкций скважин в мерзлых породах. [Текст]: учеб. пособие / И.Ю. Быков, Т.В. Бобылёва. Ухта: УГТУ, 2007. 131 с.: ил. Термические факторы.

2. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979. 392 с.

3. Введение в COMSOL Multiphysics. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.comsol.ru/shared/ downloads/IntroductюnToCOMSOLMuШphysics_RU52a.pdf/ (дата обращения: 10.05.2017).

ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ОТКОСОВ БОРТОВ ГЛУБОКИХ КАРЬЕРОВ, СЛОЖЕННЫХ ТРЕЩИНОВАТЫМИ СКАЛЬНЫМИ ПОРОДАМИ Гасанова Н.Ю.

Гасанова Надежда Юнисовна — старший преподаватель, кафедра математики,

Ташкентский государственный технический университет, г. Ташкент, Республика Узбекистан

Аннотация: в статье анализируются некоторые особенности поведения массива пород при ведении открытых горных работ и происходящее при этом качественное преобразование компонент тензора напряжений с учетом региональных тектонических напряжений. Ключевые слова: карьер, геомеханика, сложноструктурный прибортовой массив, устойчивость массива, релаксация напряжений.

Значительное место в горной науке и геомеханике в последние десятилетия занимают проблемы изучения закономерностей деформирования и разрушения породного массива, формирования его напряженно-деформированного состояния при ведении горных работ, оценки механического состояния и управления этим состоянием с учетом механических последствий как открытых, так и подземных горных работ. Множество задач геомеханики связано, с одной стороны, с повышением эффективности разрушения горных пород при их разработке, и, с другой, - с обеспечением надежной устойчивости техногенных породных обнажений в течение необходимого временного периода.

Среди расчетных методов оценки состояния массива горных пород наиболее широко распространен метод, основанный на законе Кулона-Мора. Условие разрушения горных пород согласно этого закона описывается по так называемому паспорту прочности, основанному на