ПРОЦЕССЫ ТРАНСПОРТА ШЛАМА ПРИ ОЧИСТКЕ СКВАЖИН С ПРОИЗВОЛЬНОЙ ОРИЕНТАЦИЕЙ БУРОВЫХ ТРУБ, СОДЕРЖАЩИХ ЭКСЦЕНТРИЧНО РАСПОЛОЖЕННОЕ КРУГЛОЕ ЯДРО С ПОДВИЖНОЙ СТЕНКОЙ: ПРОБЛЕМЫ, РЕЗУЛЬТАТЫ, ПЕРСПЕКТИВЫ (ОБЗОР)

Abstract

Актуальность работы вызвана необходимостью современной оценки решения проблем: моделирования течений смеси вязкой жидкости с твердыми частицами и взаимодействия ее со стенками устройств, предназначенных для бурения; очистки скважин с произвольной ориентацией буровых труб с эксцентрично расположенным вращающимся ядром. Цель: уяснение методов управления процессами транспорта шлама из скважин с участками вертикально-горизонтального сочленения в рамках комплексных численных и экспериментальных исследований; выдача рекомендаций в практику процессов очистки. Методы. Теоретические и практические методы исследований из смежных областей гидродинамики и тепломассопереноса реологически сложных вязких сред при решении задач о влиянии режимов течения, вращения стенок эксцентричного ядра на расположение и поведение частиц дисперсного потока, а также правомерность идеализаций явлений в смесях; методы исследований процессов, характеризующих перемещение частиц сквозь жидкость совместно, в общей массе, как это происходит при осаждении, а также в режимах: неподвижности частиц, соответствующих плотно упакованному слою; относительного движения частиц и жидкости, осложненного турбулентностью; движения частиц относительно друг друга при сложном сдвиговом течении несущей среды. Результаты. Представлен обзор результатов исследований процессов в скважинах и бурильных колоннах. Проанализированы достоинства отдельных критериальных связей поведения шлама. Уясняется правомерность допущений, возможностей ряда моделей турбулентности и их замыкающих связей в определении структуры, теплогидродинамических и диффузионных свойств смеси, условий и механизмов образования, накопления, осаждения, транспорта и отделения частиц шлама от жидкости, в которой они взвешены. Отмечается, что в приложениях очень популярны исследования транспорта шлама в полях действия центробежных, массовых сил (гравитации, вращения), вызывающих изменение плотности частиц в режимах сальтации, включающих серии отрывов/присоединений частиц, чередующихся с ударами о стенку трубного ядра. Наблюдения процесса взаимодействия твердых и жидких частиц бесконтактными средствами регистрации могут служить информацией для валидации и верификации современных RSS-моделей турбулентности (Reynolds Shear Stresses) с опорной базой из kL/kɛ-уравнений для кинетической энергии турбулентности (k) и ее интегрального масштаба (L)/скорости диссипации (ɛ). Они корректно предсказывают изменения в анизотропной неоднородной структуре сложного турбулентного течения смеси частиц шлама и жидкости. Отмечены достоинства разработок универсального алгоритма очистки скважин с выдачей сведений о: формировании шлама в произвольной точке затрубного пространства; получении минимальной скорости, обеспечивающей его образование и удаление. Сформулированы направления перспективных исследований; даны рекомендации по эффективной очистке отверстий.