Файл: Щербань, А. Н. Прогноз и регулирование теплового режима при бурении глубоких скважин.pdf

При экспериментальном исследовании теплопроводности глино­ порошков, как и любой величины, являющейся функцией некоторых независимых переменных, измеряемых в опытах, представляет ин­ терес оценка погрешностей измерений.

Используя известные методы діатедттической обработки экспе­ риментальных данных, діожно определить діаксидіальную относи­ тельную погрешность. Общая относительная погрешность обусло­ вливается, как известно, діетодикой эксперимента, погрешностью прпдіеняедшх издіерптельных приборов, неточной градуировкой термопар, погрешностью при отсчете показаний и т. д.

Путеді дифференцирования прологарпфдшрованного уравнения для определения исследуедюй величины дшжно получить уравнение для расчета общей относительной погрешности.

Результаты расчета погрешностей определения теплопровод­ ности глинопорошков представлены в табл. 12.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ГЛИНИСТЫХ РАСТВОРОВ

Данные по теплопроводности палыгорскита, приведенные выше, позволили произвести проверку аддитивного закона прпдіеиительно к системе глина — вода. Используя известную фордіулу Макс­ велла (8.3), дюжно рассчитать значения теплопроводности водных растворов палыгорскита различной концентрации.

Для экспериментального определения теплопроводности непо­ средственно растворов использовалось устройство О. А. Геращенко, позволяющее проводить издіерения при иордіальных температурах (20° С) с точностью ±1,5% . Результаты исследований приведены на рис. 41. Прядіая на графике построена по расчетным даииыді. Экспериментальные точки, полученные путеді иепосредствеиных издіерений, хорошо легли на расчетную прямую, что позволяет сделать вывод о праводючности придіенеиия аддитивного закона к палыгорскитовым растворам в условиях нормальных температур.

164

Г Л А В А 9

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООТДАЧИ ГЛИНИСТЫХ РАСТВОРОВ

СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА ГЛИНИСТЫХ РАСТВОРОВ

В качестве промывочных жидкостей в практике бурения при­ меняются сжимаемые п несжимаемые жидкости. К первым относятся сжатый воздух, ко вторым — пресная или морская вода и глинистые растворы па водной или нефтяной основе.

Характеристики процесса теплообмена воздуха и ньютоновских жидкостей для режимов и условий течения, наблюдаемых в стволе скважины, полностью представлены в фундаментальных трудах

При буренпи сверхглубоких скважин в качестве промывочных жидкостей широко применяются глинистые буровые растворы, от­ носящиеся к вязко-пластичным жидкостям, не подчиняющимся закону трения Ньютона. Особенно важными в этих условиях явля­ ются вопросы гидродинамики и теплообмена указанного класса жидкостей со сложной внутренней структурой.

Аномальность пеныотоновских жидкостей заключается в том, что их вязкость является функцией градиента скорости. Реологические свойства глинистых растворов, помимо вязкости, характеризуются предельным напряжением сдвига, отражающим прочность образо­ вавшейся каркасной структуры, а также способность раствора удер­ живать выбуренную породу во взвешенном состоянии при отсутст­ вии циркуляции. Течение вязко-пластичных жидкостей подчиняется

166

Исследование гидродинамики глинистых растворов для различ­ ных наблюдаемых на практике условий представляет собой самостоя­ тельную задачу, решение которой не является целью настоящей работы, поскольку этот вопрос изучен в достаточно полной мере. Основополагающая роль в теоретическом и экспериментальном исследовании движения вязко-пластичных жидкостей, в том числе и глинистых растворов, в трубах и каналах принадлежит А. В. Лы­ кову, М. П. Воларовичу, А. А. Ильюшину, А. X. Мирзаджанзаде,

Б. И. Есьману, И. В. Тябину, Б. М. Смольскому, Г. Д. Розенбергу,

3.П. НІульмапу, Б. И. Миттельману, С. А. Бостанджияну, X. Беббиту, Д. Колдуэллу, Э. Мак-Миллену, Б. Хедстрему, А. Фредрик­ сону, Р. Бирду, В. Лэрду.

Вто время как в исследовании гидродинамики неныотоновских вязко-пластичных жидкостей достигнуты значительные успехи, во­ прос их теплообмена стал только недавно привлекать внимание исследователей и, естественно, не получил должного развития.

Теоретически этот вопрос исследовался в некоторых работах. Так, Р. Пигфорд преобразовал аппроксимацию Левека для среднего числа Нуссельта при ламинарном течении в трубе, приведя ее к вы­ ражению

шение градиентов скорости на стенке для неныотоновской жидкости. Величину б 1/3 можно рассматривать как коэффициент, учитыва­ ющий изменение интенсивности теплообмена, обусловленное раз­ личием градиента скорости на стенке для неныотоновских жидкостей

по сравнению с ньютоновскими.

Отклонение от теории, вызванное наличием радиальных темпе­ ратурных градиентов, Метцнер предлагает учитывать поправочным эмпирическим коэффициентом по аналогии с известной поправкой

167

3. П. Шульмаи и В. М. Гориславец решали задачу ламинарного теплообмена в трубах нелинейно вязко-пластичных тел, описывае­ мых реологической. моделью Кэссона

и процесс теплообмена стационарны, жидкость несжимаема и ее физические свойства постоянны, течение жидкости стабилизировано, вязкая диссипация энергии и осевая растечка тепла незначительны.

Аналитическое решение в виде обобщенных степенных рядов было получено А. X. Мирзаджанзаде [41], что дает возможность вычислить все параметры ламинарного теплообмена при течении линейно вязко-пластичной среды в круглой трубе.

Я. М. Расизаде получил приближенное решение задачи о тепло­ обмене прп структурном режиме движения вязко-пластичной жид­ кости. Выражение, позволяющее рассчитывать теплоотдачу в круг­

тод расчета теплообмена вязко-пластичных жидкостей, описывае­

являющимся частным случаем феноменологического закона теку­

фициент структурной стабильности жидкости; тх — предел стабиль­ ности макроструктуры;

ср0 — нулевая текучесть (при т -> 0); фот — текучесть при максималь­ ном сдвиге (нри т -> ° о ).

Известен ряд работ, посвященных конвективному теплообмену вязко-пластичных тел с учетом диссипации энергии.

168