К ВОПРОСУ ДВИЖЕНИЯ ПАДАЮЩЕГО ШАРА (СФЕРЫ) В ЖИДКОСТИ И ПРАКТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ЕГО ПАДЕНИЯ В БУРОВОМ РАСТВОРЕ

  • В. С. Ковальчук (V.S. Kovalchuk) ООО «Наукагеотех», Киев, Украина
  • Р. І. Стефурак (R.І. Stefurak) ООО «Наукагеотех», Киев, Украина

Аннотация

В зависимости от процессов и факторов, влияющих на результат, целью работы является определение времени падения сферы в буровом растворе с получением формулы. Проведен обзор и анализ работ, посвященным вопросу падения сферы в жидкости и определения коэффициента сопротивления сферы, на основе которого принято значение коэффициента сопротивления, зависящего от значения числа Рейнольдса, для использования в практических целях для неньютоновских жидкостей.
Подготовлена методика определения времени падения сферы в буровом растворе, которая базируется на рассчетном числе Рейнольдса и внутреннего диаметра бурильных труб. Методика апробирована при бурении с отбором керна на месторождениях Украины и может быть рекомендована для использования в других процессах строительства и экспдуатации скважин.


Ключевые слова: определение времени, падение, коэффициент сопротивления, число Рейнольдса, сферический шар, буровой раствор
Список литературы
1. Алешкевич В.А., Деденко Л.Г., Караваев В.А. Механика сплошных сред. – М.: Физический факультет МГУ, 1998. – 131 с.
2. Возняк Л.В., Гімер П.Р., Мердух М.І., Паневник О.В. Гідравліка: навчальний посібник – Івано-Франківськ: ІФТУНГ, 2012. – 327 c.
3. Кравцов М.В., Кравцов А.М. Характер движения и скорости свободно падающих одиночных шаров в жидкостях / Энергетика. (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). – 2011. – № 2. – С. 80-87.
4. Леонов Е.Г., Исаев В.И. Гидроаэромеханика в бурении. – М.: «Недра», 1987. – 304 с.
5. Мислюк М.А., Рибчич І.Й., Яремійчук Р.С. Буріння свердловин: Довідник: У 5-ти томах. Т2. Промивання свердловин. Відпрацювання доліт – К.: Інтерпрес ЛТД . – 2002. – 303 c.
6. Мислюк М.А., Рибчич І.Й., Яремійчук Р.С. Буріння свердловин: Довідник: В 5-ти томах. Т4. Закінчування свердловин.– К.: Інтерпрес ЛТД. – 2012. – 608 c.
7. Определение вязкости жидкости методом Стокса: методические указания / сост.: С.С. Никулин, А.С. Чех. – Тамбов : Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2011. – 12 c.
8. Патент № 102405, Україна. Пристрій для поінтервального промивання затрубного простору / Чудик І.І., Бейзик О.С., Кирчей О.І. та ін. – Опубл. 26.10.2015, Бюл. № 20.
9. Патент № 102208, Україна. Пристрій для поінтервального промивання затрубного простору // Чудик І.І., Бейзик О.С., Кирчей О.І. та ін. – Опубл. 26.10.2015, Бюл. №20.
10. Прострелочно-взрывная аппаратура. Справочник под ред. Л.Я. Фридляндера, М.: Недра, 1990. – 278с.
11. Пустовойтенко И.П. Предупреждение и ликвидация аварий в бурении. 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1988. – 279 с.
12. Allen H.C. 1984. The Motion of a sphere in a viscous Fluid. Philosophical Magazine, L., 1900.
13. Ambari A., Gauthier-Manuel B. and Guyon E. 1984. Wall effects on a sphere translating at constant velocity. J. Fluid. Mech. 149. Р. 235-253.
14. Batchelor G.K. 1967. An Introduction to Fluid Dynamics. Cambridge University Press. 615 p.
15. Bourgoyne A.T., Millheim K.K., Chenevert M.E. and Young F.S. 1991. Applied Drilling Engineering. Society of Petroleum Engineers. Richardson, 1986, 2nd printing . 502 p.
16. Brown P.P., Lawler D.F. 2003. Sphere drag and settling velocity revisited. J. Envir. Eng. ASCE, 129. Р. 222-231.
17. Becker L.E., McKinley G.H. and Stone H.A. 1996. Sedimentation of a Sphere Near a Plane Wall: Weak Non-Newtonian and Inertial Effects. J. of Non Newtonian Fluid Mech. 63. Р. 201-233.
18. Bougas A. and Stamatoudis M. 1992. Wall factor for acceleration and terminal velocity of falling spheres at high reynolds numbers. Chemical Engineering & Technology. 16. Р. 314-317.
19. Barnes H.A. 1995. A review of the slip (wall depletion) of polymer-solutions, emulsions and particle suspensions in viscometers-its cause,character and cure. J. Non-Newtonian Fluid Mech. 56. Р. 221-251.
20. Barnes H.A. 2000. Measuring the viscosity of large-particle (and flocculated) suspensions – а note on the necessary gap size of rotational viscometers. J. Non-Newtonian Fluid Mech. 94. Р. 213-217.
21. Brizard M., Megharfi M., Mahé E. and Verdier C. 2005. Design of a high precision falling ball viscosimeter. Review of Scientific Instruments. 76. Р. 25-109.
22. Bohlin T. 1960. On the drag on rigid spheres, moving in a viscous liquid inside cylindrical tubes. Trans. Roy. Inst. Technol. (Stockholm). 155. Р.1-63.
23. Clift R., Grace J. and Weber M.E. 1978. Bubbles, Drops and Particles. New York, Academic Press. 1. Table. 5.2. Р. 223.
24. Changfu Y., Haiying Q. and Xuchang X. 2003. Lift force on rotating sphere at low Reynolds numbers and high rotational speeds. Acta Mechanica Sinica. 19. Р. 300-307.
25. Caswell B. 1970. The effect of finite houndaries on the motion of particles innon-Newtonian fluids. Chem. Eng. Science. 25. 1167-1176.
26. Cygan D.A., Caswell B. 1971. Precision Falling Sphere Viscometry Journal of Rheology. Journal of Rheology. 15. Р. 663-683.
27. Chabra R.P. and Uhlherr P.H. 1979. Estimation of zero shear viscosity of polymer solutions from falling sphere data . Rheol. Acta. 18. Р. 593-599.
28. Chwang A. and Wu T. 1974. Hydromechanics of low-Reynolds-number flow. Part 2. Singularity method for Stokes flows. J. Fluid Mech. 62(6). Р. 787-815.
29. Cheng N.S. 2009. Comparison of formulas for drag coefficient and settling velocity of spherical particles. Powder Technol. 189. Р. 395-398.
30. DiFelice R. 1996. A relationship for the wall effect on the settling velocity of a sphere at any flow regime. Int. J. Multiphase Flow. 22. Р. 523-527.
31. Francis A.W. 1933. Wall Effect in Falling Ball Method for Viscosity. Physics 4. Р. 403-406.
32. Flemmer P.L.C., Banks C.L. 1986. On the drag coefficient a sphere. Powder Technology, 48(3). Р. 217-221.
33. Feng J., Huang P.Y., Joseph D.D. 1996. The motion and interaction of solid particles in viscoelastic liquids. J.of Non Newtonian Fluid Mech. 63. Р. 63-88.
34. Feng S, Graham A.L., Reardon P.T., Abbott J., Mondy L. 2006. Improving falling ball test for viscosity determination. J. Fluid Engineering. 128. Р.157-163.
35. Happel J. and Brenner, H. 1983. Low Reynolds number Hydrodynamics. Martinus Nijhoff, The Hague. Р. 319 a, 7-4b.
36. Humphrey J.A.C. and Murata H. 1992. On the Motion of Solid Spheres Falling Through Viscous. Fluids in Vertical and Inclined Tubes. J. Fluid Engineering. 114. Р. 2-11.
37. Kim S. and Karrilla S.J. 2005. Microhydrodynamics: Principles and Selected Applications. Dover Publications. New York. 507 Р.
38. Kahle A., Winkler B., Hennion B. 2003. Is Faxén‘s correction function applicable to viscosity measurements of silicate melts with the falling sphere method. J. Non-Newtonian Fluid Mech. 112. Р. 203-215.
39. Kaiser A.E., Graham A.L and Mondy L.A. 2004. Non-Newtonian Wall Effects in Concentrated Suspensions. J. Non-Newt nian Fluid Mech. 116. Р. 479-488.
40. Kaji N., Mori Y.H., Tochitani Y., Komotori K. 1980. Augmentation of direct contact heat transfer to drops withan intermittent electric field. Trans. ASME. 102. P. 32-37.
41. Kelessidis V.C., Mpandelis G. 2003. Flow Patterns and Minimum Suspension Velocity for Efficient Cuttings Transport in Horizontal and Deviated Wells in Coild-Tubing Drilling. SPE/ICoTA Coiled Tubing Conference. Ηοuston. Р. 1-15.
42. Lamb H. 1945. Hydrodynamics. Dover. New York. 762 p.
43. Leach J., Mushfique H., Keen S., Di Leonardo R., Ruocco G., Cooper J.M and Padgett M.J. 2009. Comparison of Faxén's correction for a microsphere translating or rotating near a surface. Physical review. 026301.
44. Leonov Е., Isaev V. 2011. Applied Hydro-Aeromechanics in Oil and Gas Drilling. Wiley. 472 p.
45. Ma Jing, Lopez-Pedrosa J.M, and Bradley M. 2008. High-throughput viscosity determinations. Review of Scientific Instruments 79. 094102 (1-7).
46. Mordant N., Pinton J.F. 2000. Velocity measurement of a settling sphere. Eur. Phys. J.B. 18. Р. 343-352.
47. Moody F.L. 1944. Friction Factor in Pipe Flow. Transactions of the Association of Mechanical Engineers. Vol. 66. Р. 671-681.
48. Morrison F.A. 2013. Introduction to Fluid Mechanics. Cambridge University Press. New York. 940 p.
49. Noakes C., Sleigh A. 2010. Real Fluids. An Introduction to Fluid Mechanics. University of Leeds.
50. Nikuradse J. 1933. Strömungsgesetze in rauhen Rohren, Forschungsheft. Verein deutsche Ingenieure. No. 361.
51. Owen J.P., Ryu W.S. 2005. The effects of linear and quadratic drag on falling spheres: an undergraduate laboratory. Eur. J. Phys. 26. Р. 1085-1091.
52. Ptasinski K.J., Kerkhof P.J.A.M. 1992. Electric field driven separations: Phenomena and applications. Sep. Sci. Technol. 27. Р. 995-1021.
53. Turian R.M. 1967. An experimental investigation of the flow of aqueous non-Newtonian high polymer solutions past a sphere . AIChE Journal. 13. Р. 999-1006.
54. Rubinow S.I. and Keller J.B. 1961. The transverse force on a spinning sphere moving in a viscous fluid. J. of Fluid Mech., 11. Р. 447-459.
55. Stokes G.G. 1851. On the effect of the Internal Friction of Fluids on the Motion Pendulum Trans. Camb. Phil. Soc. 8, 9. 86 p.
56. Shinohara M. and Hashimoto H. 1979. The lateral force on a small sphere sedimenting in a viscous fluid bounded by a cylindrical wall. J. Phys. Soc. Japan, 46. Р. 320-327.
57. Scott T.C., Wham R.M. 1988. Surface area generation and droplet size control in solvent extraction systems utilizing high intensity electric fields. U.S. Patent 4767515.
58. Subbaraman V., Mashelkar R.A. and Ulbrecht J. 1971. Extrapolation procedures for zero shear viscosity with a falling sphere viscometer. Rheol. Acta. 10. Р. 429-433.
59. Sutterby J.L. 1966. Laminar converging flow of dilute polymer solutions in conical sections: Part I. Viscosity data, new viscosity model tube flow solution. AIChE J. 12. Р. 62-69.
60. Turton R. & Levenspiel O. 1986. A short note on the drag correlation for spheres. Powder Technol. Vol. 47. Р. 83-86.
61. TOzeren. H. 1983. Drag on eccentrically positioned spheres translating and rotating in tubes. J. Fluid Mech. 129. P. 77-90.
62. Williams M.C. 1965. Normal stress and viscosity measurements for polymer solutions in steady cone-and-plate shear . AIChE Journal. 11. P. 467-473.
63. White F.M. 2003. Fluids Mech. McGraw-Hill Higher Education. 885 p.

Данные об авторах

В. С. Ковальчук (V.S. Kovalchuk), ООО «Наукагеотех», Киев, Украина


технический директор

Р. І. Стефурак (R.І. Stefurak), ООО «Наукагеотех», Киев, Украина


Кандидат технических наук, директор

Опубликована
2017-09-01
Как цитировать
КОВАЛЬЧУК (V.S. KOVALCHUK), В. С.; СТЕФУРАК (R.І. STEFURAK), Р. І.. К ВОПРОСУ ДВИЖЕНИЯ ПАДАЮЩЕГО ШАРА (СФЕРЫ) В ЖИДКОСТИ И ПРАКТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ЕГО ПАДЕНИЯ В БУРОВОМ РАСТВОРЕ. Проблемы и перспективы нефтегазовой промышленности, [S.l.], n. 1, p. 145-167, сен. 2017. ISSN 2616-9576. Доступно на: <http://naftogazscience.org/index.php/journal/article/view/8>. Дата доступа: 17 дек. 2018
Раздел
Разработка нефтяных и газовых месторождений