Давление жидкости в скважине

Гидростатическое давление

Калькулятор находит неизвестные величины по заданным, используя формулу давления столба жидкости.

Калькулятор ниже предназначен для расчета неизвестной величины по заданным, используя формулу давления столба жидкости.
Сама формула:

Калькулятор позволяет найти

• давление столба жидкости по известным плотности жидкости, высоте столба жидкости и ускорению свободного падения
• высоту столба жидкости по известным давлению жидкости, плотности жидкости и ускорению свободного падения
• плотность жидкости по известным давлению жидкости, высоте столба жидкости и ускорению свободного падения
• ускорение свободного падения по известным давлению жидкости, плотности жидкости и высоте столба жидкости

Вывод формул для всех случаев тривиален. Для плотности по умолчанию используется значение плотности воды, для ускорения свободного падения — земное ускорение, и для давления — величина равная давлению в одну атмосферу. Немного теории, как водится, под калькулятором.

Гидростатическое давление

Гидростатическое давление — давление столба воды над условным уровнем.

Формула гидростатического давления выводится достаточно просто

Из этой формулы видно, что давление не зависит от площади сосуда или его формы. Оно зависит только от плотности и высоты столба конкретной жидкости. Из чего следует, что, увеличив высоту сосуда, мы можем при небольшом объеме создать довольно высокое давление.
В 1648 г. это продемонстрировал Блез Паскаль. Он вставил в закрытую бочку, наполненную водой, узкую трубку и, поднявшись на балкон второго этажа, влил в эту трубку кружку воды. Из-за малой толщины трубки вода в ней поднялась до большой высоты, и давление в бочке увеличилось настолько, что крепления бочки не выдержали, и она треснула.

Также это приводит к такому явлению как гидростатический парадокс.

Гидростатический парадокс — явление, при котором сила весового давления налитой в сосуд жидкости на дно сосуда может отличаться от веса налитой жидкости. В сосудах с увеличивающимся кверху поперечным сечением сила давления на дно сосуда меньше веса жидкости, в сосудах с уменьшающимся кверху поперечным сечением сила давления на дно сосуда больше веса жидкости. Сила давления жидкости на дно сосуда равно весу жидкости лишь для сосуда цилиндрической формы.

На картинке вверху давление на дно сосуда по всех случаях одинакова и не зависит от веса налитой жидкости, а только от ее уровня. Причина гидростатического парадокса состоит в том, что жидкость давит не только на дно, но и на стенки сосуда. Давление жидкости на наклонные стенки имеет вертикальную составляющую. В расширяющемся кверху сосуде она направлена вниз, в сужающемся кверху сосуде она направлена вверх. Вес жидкости в сосуде будет равен сумме вертикальных составляющих давления жидкости по всей внутренней площади сосуда

Давление жидкости в скважине

Как правило, h_тр — малая величина и составляет примерно 20 — 40 м.

Величину Н_Г можно определить достаточно точно. Однако такой расчет сложный и, как правило, проводится на ЭВМ.

Приведем упрощенный расчет процесса движения ГЖС в НКТ. На выкиде насоса жидкость содержит в себе растворенный газ. При снижении давления газ выделяется и способствует подъему жидкости, снижая тем самым необходимый напор на величину Н_г. По этой причине в уравнение (11.1) Н_г входит с отрицательным знаком.

Рис. 11.7. Напорные характеристики скважины:

1 — глубина (от устья) динамического уровня, 2 — необходимый напор с учетом давления на устье, 3 — необходимый напор с учетом сил трения, 4 — результирующий напор с учетом «газлифтного эффекта»

Рис. 11.8. Согласование напорной характеристики скважины (1) с Н(Q),

характеристикой ПЦЭН (2), 3 — линия к. п. д.

Величину Н_г можно приближенно определить по формуле, следующей из термодинамики идеальных газов, подобно тому, как это может быть сделано при учете работы газа в НКТ в скважине, оборудованной ШСН.

Однако, при работе ПЦЭН для учета большей производительности по сравнению с ШСН и меньших потерь скольжения можно рекомендовать более высокие значения коэффициента полезного действия для оценки эффективности работы газа.

Расчет забойного давления в скважине

Забойное давление в нефтяной артезианской скважине

где Р_у – избыточное давление на устье скважины; r_ж – плотность жидкости в стволе скважины.

Забойное давление в нефтяной фонтанной скважине

где r_ж (H) – средневзвешенная плотность газожидкостной смеси в скважине.

Забойное давление в нефтяной простаивающей скважине

где h_ст – статический уровень жидкости в скважине (определяется методом эхолотирования).

Забойное давление в нефтяной скважине с механизированными способами добычи

где h_дин – динамический уровень жидкости в скважине (определяется методом эхолотирования).

Давление на забое простаивающей газовой скважины

, (7.4.5)

где z – коэффициент сверхсжимаемости газа; Т – средняя температура в скважине; r_г – средневзвешенная плотность газа в стволе скважины.

Давление на забое газовой скважины при ее эксплуатации

, (7.4.6)

где ; ; R – газовая постоянная; l — коэффициент гидравлического сопротивления; d – внутренний диаметр фонтанных труб.

Приближенный расчет забойного давления в скважине обычно проводится путем пересчета высоты столба динамического (статического) уровня жидкости (Н_дин) на давление. Для этого целесообразно принять следующую схему (см. рис. 6.2.1), при которой ствол скважины делится на три участка: 1 — от устья до динамического (статического) уровня жидкости; 2 – от динамического (статического) уровня жидкости до глубины спуска НКТ или насоса; 3 – от насоса до забоя скважины.

Рис. 7.4.1. – Схема ствола скважины

На первом участке находится свободный газ, поэтому давление столба газа (Р₁) у уровня жидкости можно определить по формуле

, (7.4.7)

где Р_затр – давление газа в затрубном пространстве; S – показатель степени

. (7.4.8)

В формуле (7.3.8) приняты следующие обозначения: — относительная (по воздуху) плотность попутного газа; Z_cp— коэффициент сжимаемости газа при среднем давлении;Т_ср – средняя температура газа, К; Н_дин – динамический (статический) уровень жидкости.

На втором участке при длительной эксплуатации скважины находится чистая нефть. Потому давление у башмака НКТ или у приема насоса рассчитывают по формуле

, (7.4.9)

где — средняя плотность нефти на участке 2. Величину можно приближенно определить, как

, (7.4.10)

r_н.пл и r_н.дег – соответственно плотности пластовой и дегазированной нефти.

На третьем участке при отсутствии в работающей скважине «хвостовика» находится вода. Поэтому вся нефть, которая поступает в скважину из пласта барбатируется через этот слой воды. Давление столба жидкости третьего участка приближенно оценивается как

, (7.4.11)

где r_ж – плотность жидкости на третьем участке. Величина r_жрассчитывается по правилу аддитивности

, (7.4.12)

где b – обводненность продукции скважины, доли ед. При высоких значениях обводненности продукции вместо величины r_жможно использовать плотность воды.

Таким образом, суммарная величина забойного давления скважины определится как сумма давлений всех интервалов ствола скважины

. (7.4.13)

93.79.221.197 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Нюансы расчета гидростатического давления в скважине

Под гидростатическим давлением понимается давление жидкости, которое возникло из-за силы тяжести. Такое явление нашло применение в физике, в медицине и технической промышленности. К примеру, кровяное давление представляет собой гидростатическое давление, которое испытывают кровеносные сосуды. В основном кровяным можно назвать и артериальное давление. Очень часто можно наблюдать, как возникает гидростатическое давление в скважине.

Схема скважины на воду.

Некоторые особенности

Гидравлика имеет два раздела:

Под гидростатикой понимается раздел гидравлики, который изучает законы давления жидкости, ее равновесного состояния. Причем все явления выражают математические расчеты. Гидростатическое давление очень часто можно встретить на практике, например, измерение давления.

Жидкость в состоянии покоя всегда подвергается воздействию, получившему название гидростатического давления. Вода постоянно давит на тело сосуда. Частицы воды, располагающиеся в верхних слоях, испытывают небольшую силу сжатия, если сравнивать с частицами, расположенными на дне.

Гидростатическое давление отличается некоторыми характерными свойствами:

Таблица потерь давления.

1. Каждая точка поверхности воды подвергается гидростатическому воздействию, которое направлено под 90° к площадке, имеющей касание выделенного объема. Действие давления осуществляется внутрь совершенно любого объема воды.
2. Куда бы ни направлялось гидростатическое давление, его величина всегда остается одинаковой, что подтвердили сделанные расчеты.
3. Координаты пространства никак не влияют на величину гидростатического давления.
4. Вид резервуара, где содержится жидкость, например, колодцы, не оказывает никакого воздействия на величину гидростатического давления. Чтобы сделать расчет, необходимо умножить плотность жидкости на размер высоты резервуара и скорость свободного падения.
5. Одинаковое количество жидкости, находящееся в резервуарах различной формы, давит с разной силой на днище емкости. Так как такое давление находится в прямой зависимости от размера столба жидкости, очень узкие сосуды подвергаются большему воздействию в сравнении с широкими. Поэтому даже малое количество жидкости способно организовать огромное давление.

Что делать, если грунтовые воды близко к дому.

О горизонтальном бурении читайте здесь.

Каким бывает давление в скважине

Когда скважина подвергается интенсивной эксплуатации, возникает уменьшение пьезометрического уровня. Вследствие этого происходит падение давления в скважине. Конечно, это очень невыгодно, однако падение позволяет вызвать приход горячей воды, которая находится на большой глубине.

Схема кривой восстановления давления в скважине.

Так как расчет показал, что чем глубже находится вода, тем выше ее температура, при уменьшении в скважине пьезометрического уровня происходит повышение температуры жидкости. Такое явление можно увидеть в Лардерелло. Это явление несет с собой положительный эффект, благодаря ему можно получить большое количество электроэнергии.

Бурение скважин для получения воды, их дальнейшая эксплуатация приводят к нарушению натурального природного баланса. Появляется новый баланс, то есть новейший гидротермальный механизм. Уменьшение пьезометрического уровня влияет на давление, оно начинает стремительно снижаться. В результате такой слой пытаются занять воды глубоких пластов, а также других гидротермальных систем. Именно поэтому воду из термальных месторождений можно без ущерба скважине брать намного больше, чем она поступает из естественных источников.

Однако этот объем жидкости достаточно относителен. Ведь вода в скважине не бесконечна. Наступит такой момент, когда вода в скважине закончится. Чтобы исправить положение, придется делать углубление скважины, устанавливать насосы для подачи воды в скважине. В результате подземное тепло станет очень дорогим. Поэтому любое месторождение требует точного расчета объема воды в скважине, который можно безболезненно забирать из колодца.

Когда бурятся скважины: нюансы

Начинать бурение скважин лучше до начала строительства дома.

Схемы скважин при ударно канатном бурении.

Таким образом будет сэкономлено немало денежных средств и времени. Вода в скважине сделает строительство более удобным, не нужно будет заниматься поиском водяного источника.

Для начала работ нужно сделать точную планировку местонахождения всех объектов. Выполнить расчет площади участка, учесть все нюансы. Конечно, можно пробурить скважину и для уже построенного дома. Сегодня очень много организаций, которые специализируются на организации водоснабжения в любых условиях. Такие работы выполняются на специальном техническом оборудовании.

Как сделать расчет уровня жидкости

Рассчитать уровень, определить силу напора достаточно просто. Для этого нужно знать некоторые основные правила. Чтобы определить гидростатическое давление, требуется иметь:

• расстояние от водной плоскости до точки, где было начато измерение;
• величину удельной плотности;
• размер давления, которое оказывает внешнее воздействие на среду.

Если замеры выполняются в совершенно открытой емкости, нужно с помощью преобразователя измерить величину относительного давления. Это позволит не брать во внимание давление, которое имеет окружающая среда. Расчетная формула выглядит так:

Схема измерения уровня воды в скважине.

• p – гидростатическое давление;
• ρ – величина удельной плотности;
• g – размер свободного падения;
• h – размер водяного столба.

Если применяется абсолютно закрытая емкость, например, используемая для различных химических веществ, провести расчет, сделать точные измерения намного сложнее. Воздушная масса, которая находятся в закрытой емкости, оказывает воздействие на имеющуюся жидкость, в результате образуется дополнительное давление.

В связи с этим придется воспользоваться несколькими преобразователями. Один для измерения гидростатического давления, а другой – воздействия, которое создает воздушная масса, располагающаяся выше жидкости. Для такой работы желательно, чтобы классические преобразователи измеряли одинаковый вид давления, которое может быть:

Практически подойдет любое. Для данного случая расчет будет выглядеть таким образом:

• p2 – гидростатическое давление;
• p1 – газовое давление;
• ρ – удельная плотность;
• g – величина скорости свободного падения;
• h – высота жидкости;
• м – уровень.

Точность гидростатики: основные моменты

Когда проводятся работы по образованию измерительной системы, необходимо всегда учитывать показания датчика, иногда они бывают не совсем точными. Они зависят от:

• удельной плотности;
• температуры окружающей среды.

Размер удельной плотности не всегда будет иметь постоянное значение. К примеру, когда измеряется морская вода, происходит увеличение удельной плотности. Это происходит из-за высокого содержания соли.

Как результат – возникает повышенное давление. Это может быть воспринято как увеличение высоты уровня, однако эта величина могла не измениться. В крайнем случае она изменилась минимально.

Когда среда, в которой проходят измерения, не подвергается никаким изменениям, возьмем, к примеру, топливо для дизельных двигателей, то разрешается игнорировать изменение показателя удельной плотности.

Схема расчета гидростатики.

Перепады температуры могут оказывать влияние на размер удельной плотности. Когда происходит повышение температуры, наблюдается снижение плотности и возрастание уровня. Однако гидростатическое давление, когда происходит изменение уровня, не в состоянии отреагировать на это адекватно.

Форма резервуара оказывает на давление каждой жидкости определенное влияние. Когда проводятся измерения, можно увидеть повышение уровня из-за перепада температуры. Величина воздействия в это время может говорить лишь об уменьшении уровня, когда расширение емкости направлено вверх. Возможно, что величина уровня соответствует действительности или имеет место непропорциональное повышение. Иногда плотность повышается из-за падения окружающей температуры, свойства становятся противоположными. Чтобы выполнить более точный расчет, требуется провести компенсацию скачков температуры.

Что такое напор: характеризующие данные

Под размером гидростатического напора понимаются характерные свойства любой жидкости, состоящей в покое. Величину силы напора принято измерять метрами.

Данные определения напора выглядят следующим образом:

• z – геометрический напор;
• hp – пьезометрическая высота.

В основном гидростатический напор выражает размер энергии покоя любой жидкости. К примеру, от высоты водонапорной башни зависит сила напора, который поступает в водопроводную систему. Характеристика hp относится к размеру давления. Если появилось избыточное давление, значит, оно образовалось в водопроводе, следовательно, будет иметь место большой напор. Жидкость сможет подниматься на любую высоту.

Отсчет напора для разных точек жидкости производится от единой горизонтальной плоскости. Это необходимо для сравнения их положения. За горизонтальную поверхность может быть взята абсолютно любая поверхность. Если труба установлена горизонтально, в некоторых случаях расчет проводится относительно осевой линии трубы. В этом случае геометрическая высота становится нулем. Очень часто отметки высоты приравнивают к абсолютным геодезическим маякам, которые берут отсчет от усредненного уровня плоскости мирового океана. У нас в стране уровень отсчитывается от поверхности Балтийского моря.

Важнейшей особенностью гидростатического напора является его одинаковая величина относительно всех точек покоя воды, которые имеют гидравлическую связь. Расчет доказал, что сила напора равна на любой глубине, хотя давление может быть разным.

В открытом резервуаре величину напора точки водной поверхности найти очень просто. Нужно от горизонтальной поверхности замерить расстояние до открытого уровня воды, испытывающего атмосферное давление.

Каким должно быть давление в скважине?

Давление в скважине

Красивое понятие «артезианские скважины» не редко упоминается в разных источниках. Сегодня это красивое явление может стать реальностью для всех желающих. Под ним понимаются подземные воды, которые заключены водоупорными слоями в горных породах. Сохраняется определённое гидравлическое давление в скважине. Использование воды в качестве питьевой, считается престижным, надёжным и популярным. На участках проводят автономные системы водоснабжения и пользуются чистейшей водой для своих нужд.

Залегание происходит в областях мощных древних геологических структур. Образуются артезианские бассейны. Когда совершают бурение отверстия до водоносного пласта, давление в скважине позволяет поднять воду на верх и заставить фонтанировать. Малая часть жидкости находит себе выход через горные ручьи, тихие ключи или бурные гейзеры. Остальная жидкость тысячелетиями накапливается в глубинах земли в стеснении водоупорных слоёв пока не образуется свободный выход или человек не пробурит его самостоятельно. Верхние подземные воды проходят на разной глубине. Она может достигать десятки или сотни метров. В воде мало микроорганизмов, а болезнетворные бактерии почти исключены.

Процесс получения

Бурение происходит с помощью мобильных буровых установок на базе автомобилей большой грузоподъёмности. Иногда операция выполняется передвижными мобильными установками. Процесс предусматривает использование шарошечных долотов разного диаметра. Главным преимуществом является высокая водоотдача. Артезианские варианты способны обеспечить водой посёлки или несколько домов. Не редко соседи заказывают совместные проекты (правда, стоит хорошенько подумать, стоит ли решаться на такой шаг). Если работы будут проводить профессионалы, то система прослужит не меньше 50-ти лет. Всё зависит от грунта, из которого выходит вода, качества бурения и обустройства.

Не всегда понятны основные преимущества собственной водяной точки. Причин много и все они имеют смысл. В подземных водах нет лишних вкраплений, давление в скважине оптимальное. Водопроводная или бутилированная вода может содержать вредные для организма элементы. Артезианская надёжно защищена скальными и другими твёрдыми породами грунта. Туда не могут попасть кислотные дожди, токсины, бактерии, грязь. Загрязнение исключено. Эта жидкость наделена только минералами. При этом важно, чтобы в момент бурения компания придерживалась санитарных норм. Иначе изначально чистейшее место станет опасным для человеческого здоровья.

Глубокие залежи максимально защищены от промышленных и бактериальных загрязнений. Не смотря на давление в скважине, добыча не обходится без специальных бурильных установок и некоторых мероприятий. В глубину сначала погружают трубы, а следом за ними насос. На земле формируется стандартный трубопровод. Первым препятствием с залеганием встречается песок (15-40 метров). Дальше идёт известковый (30-230 метров). Артезианская вода содержит множество минералов. Все они несут огромную пользу здоровью.

Обустройство может иметь несколько исполнений:

Классическое

Если давление в скважине оптимальное, то подойдёт классическая конструкция. Также в известняке не должны присутствовать песчаные линзы или глиняные прослойки. Верхние в порядке. Тогда обсадная должна доходит до верхних границ водоносного пласта. Проделывают открытый ствол диаметром меньше, чем у обсадной трубы. Через отверстие начинается наполнение. Глубинный насос опускают в устье на 10 метров, но не за пределы обсадной.

Двойная обсадка

Будет необходима при следующих условиях:

1. Отсутствует давление в скважине.
2. Есть песчаные и глиняные вкрапления в известняковых слоях.

Начальная обсадная проводится до краёв известняка. Ещё одну (меньшую) монтируют в самом известняке (до границ водоносного). Иногда система проводится до конечной точки. Чтобы заставить поступать жидкость, выполняют перфорацию. При двойной обсадке насос устанавливают внизу.

С кондуктором

Вариант уместен, когда грунты препятствуют бурению, водоносный слой создаёт хороший напор, а в известняке нет глины с песком. Исполнение отличается от классического присутствием кондуктора (большая труба, чем обсадная). Располагается в верхних слоях.

Переход на меньший диаметр

Нормальные верхние слои с наличием валунов и сыпучих песков допускают такую конструкцию. Водоносный горизонт должен обеспечить подходящий напор, а известняк не иметь песка и глины. Сначала проводится основная труба. Следом за ней поступает аналог меньший до границ. Туда погружают глубинный насос и следуют этапам обустройства, как предусматривает классический вариант. Если присутствуют глина с песком, должны быть три вида обсадных:

1. Основная.
2. Второстепенная (подходит к известняку).
3. Меньшего диаметра (до отверстия).

Насос опускают в последнюю трубу.

Достоинства

1. Производительность. Пластовый горизонт даёт высокий показатель водоотдачи.
2. Беспрерывная подача. Не важно, где расположена точка. Постоянно обеспечивается бесперебойная подача. При этом допускается несколько источников потребления.
3. Качество. В глубинах нет загрязнения грунтовыми водами или канализационными стоками. Не допустимо попадание органических соединений.
4. Срок эксплуатации. Часто зависит от материала обсадных. Пластик способен простоять не меньше 50-ти лет.

Недостатки

1. Высокая на первый взгляд цена.
2. Содержание минерализованного железа, кальция и магния. В этом случае придётся дополнительно подбирать систему фильтров.

Цену проекта предопределяют несколько факторов:

1. Глубина.
2. Конструкция (используемые трубы).
3. Обустройство.
4. Удаленность участка.

Не всегда проектная стоимость совпадает с действительностью. Особенно это актуально если работой занимаются плохо подготовленные люди. Учитывая разные условия, общую стоимость могут формировать следующие затраты:

1. Проезд спецтехники на объект.
2. Обслуживание и работа буровой установки.
3. Стоимость труб и их монтаж.
4. Прокачка системы до получения чистого водоснабжения.
5. Предварительный визит выездного инженера.

Эти “допы” входят в стоимость услуг Кимберии “под ключ” и дополнительно не оплачиваются заказчиком.