Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Все рассмотренные свойства жидкостей (ньютоновских и не­ньютоновских) в той или иной мере зависят от температуры и давления. При соответствующих условиях эти изменения могут стать настолько заметными, что их нельзя не учитывать при гид­равлических расчетах. Так, например, плотность и удельный вес тесно связаны с объемом, который, в свою очередь, зависит от тем­пературы и характеризуется коэффициентом объемного (термине-

ского) расширения Этот коэффициент выражает относительное изменение объема V при увеличении температуры на 1 °С и опре­деляется по формуле.

* (II.54)

1 А V*

A t

Если в (11.54) принять, что AV=Vt— Vo и иметь в виду (11.53), то можно получить следующие зависимости, для yt и рг:

Уо

У t

(II. 55)

$10*,1/4 7

0,9 &в, м3/ч

Рис. 4. Графическая зависимость — коэффициента термического рас­ширения р< от начального удель­ного объема Го (Г0=1/уо при /=0°С) для глинистых растворов, по данным опытов

1 + P/A Т Ро

Р /

1 + Р/АГ

В этих формулах индексы «/» и s «О» означают, что значения у и р взяты при температурах Г и То­В качестве примера укажем, что при нормальных условиях средние’ ? значения коэффициента р* равны;! для воды — 0,000150, для нефти—!

0,0007, для ртути — 0,00018 (1/°С).! 4 Анализ графика на рис. 4, по­лученного в результате специально поставленных экспериментов [12], 3 позволяет заключить, что коэффи­циенты термического расширения* глинистых оуспензий меньше, чем у воды,— и тем меньше, чем ниже на­чальный удельный объем. При воз­растании температуры от 0 до 80 °С коэффициенты термического расши — 1 рения всех исследуемых суспензий увеличиваются.

Значения коэффициента р* для глинистых растворов могут быть вычислены по следующей эмпи­рической формуле;

р* = 0,206 + 0,324Уо, (11.56)

где V0=l/yo, 0,685<V0s^1.

Удельный объем жидкости с увеличением температуры воз­растает и может быть найден по приближенной зависимости Д. И. Менделеева:

(И.57>

Уо

1+КТ

где К Для различных жидко®ей может измеряться от 0,0008 до 0,0015. .

Впервые теоретическая зависимость между вязкостью и темпе­ратурой была установлена Я. И. Френкелем в виде выражения

т) = Aeu/RT, ‘ (И.58)

где Т — абсолютная температура; А — константа; R — газовая постоянная; и — некоторая энергия.

О характере изменения кинематической вязкости пресной воды ют. температуры можно судить по следующим данным:

Т °с. . . «у* 10®, м*/с Т °С. . . — v-106, м*/с

TOC o "1-5" h z. ‘О 5 10 ‘ 15 20 25 30

. 1,789 1,516 1,306 1,142 1,007 0,897 0,805

,40 50 60 70 80 90 100

. 0,658 0,556 0,478 0,415 0,366 0,327 0,297

Изменение реологических свойств под воздействием темпера­туры изучали в Советском Союзе Р. И. ШшцеНко, Е. А. Яишни — кова. Д. Д. Гурджинян, А. М. Аванесова, М. Р. Мавлютов, Н. М. Касьянов, Л. К. Мухин, Г. Я. Дедусенко и др. Однако «сделать на основании полученных, далеко не многочисленных,

. данных какие-либо конкретные выводы пока что никому не уда^ лось. В то же время, обобщая их, можно заключить, что стати­ческое напряжение сдвига СНС любых * глинистых растворов с увеличением температуры непрерывно растет, причем в некоторых случаях может наблюдаться максимум, после которого величина ■б1 снова уменьшается. Точка максимума для различных растворов’ различна. Что касается влияния температуры на структурную вязкость т] и динамическое напряжение сдвига то, то здесь имеются самые разноречивые сведения, а именно: с увеличением темпера­туры эти показатели не изменяются, уменьшаются, имеют слож­ную, зависимость с максимумом и минимумом, значительно увели­чиваются.

Отметим, что для одного и того же раствора изменение вели­чин то и т] под влиянием* температуры может быть таким, что эффективная вязкость останется без изменения. Примерные графи­ки зависимости то и rj от температуры можно найти в работе [61].

Зависимость вязкости от давления для практически интересных величин последнего (от.0,1 до 20 МПа) проявляется сравнительно слабо. Но в общем с увеличением давления вязкость жидкостей возрастает. Так, например, для нефтей при сжатии их до 10 МПа изменение вязкости на каждые 0,1 МПа увеличения давления можно принимать равным 1/500 ее первоначальной величины.

Из работ, посвященных определению влияния давления на раз­личные физико-механические свойства глинистых растворов, до Сих пор фактически известны только исследования В. С. Бара­нова, выполненные при давлениях до 8 МПа и температуре 25 °С.

Зависимость у и р от давления* может быт* выражена через лак называемый коэффициент сжимаемости (или коэффициент

объемного сжатия), который определяется по формуле, анало­гичной (11.54):

ь-т-v — • (П’59>

TOC o "1-5" h z ‘ г ■ ‘

Соответственно 1 .

. • Vo _ Ро ‘ УТТ ЛЛ

; е”=~W ‘ ( >

Размерность коэффициента сжимаемости обратна размерности давления и равна Па-1. Иногда величину, обратную коэффициенту Рр, называют модулем объемной упругости. О влиянии давления на величину рр можно судить по следующим данным: для воды при t=20°С и р = 3 МПа рр=4,72-10^6 МПа-1; при t=20°С и р = 60 МПа рр = 4,0М0-6 МПа-1.

Первые сведения о коэффициенте сжимаемости для глинистых растворов получены Р. И. Шищенко, причем было найдено, чта по своей численной величине они сравнительно мало отличаются or коэффициента сжимаемости для воды — ррг. р= (3,82-^4,14) X X Ю-® МПа. .

Согласно экспериментальным данным В. И. Бондарева |68^ с. 127J, с увеличением давления коэффициент рр медленно, на возрастает. Например, при /=15—18 °С для глинистого раствора с плотностью рг. р= 1,27 г/см3 при давлениях 3; 36; 60 МПа зна­чения коэффициента сжимаемости были 4,31, 4,03, 3,87-10-6 МПа-1 соответственно. Наряду с этим полностью подтвердилась законо­мерность, найденная еще Р. И. Шищенко и заключающаяся в том„ что с увеличением плотности раствора наблюдается рост коэф­фициента сжимаемости. Так, например, при рг. р=1,06, Л,56 и 1,95 г/см3 значения (при давлении 3 МПа) оказались равными 4,56, 4,95 и 3,32-Ю-6 МПа-1 соответственно, причем качественно* аналогичная закономерность наблюдается вне зависимости от величины давления. ■

В целом, знакомясь с имеющимися в литературе сведениями о влиянии температуры и давления на физико-механические и реологические свойства промывочных жидкостей, приходится кон — статйровать, что эти вопросы пока еще изучены далеко не доста­точно и здесь необходимы дальнейшие серьезные исследоваЬия^

Комментарии запрещены.