钻井液现场有关计算.docx

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钻井液现场有关计算

钻井液现场有关计算

1、表观粘度

公式：

AV=1/2×∮600

式中：

AV——表观粘度，单位（mPa.s）。

∮600——600转读数。

2、塑性粘度

公式：

PV=∮600－∮300

式中：

PV——塑性粘度，单位（mPa.s）。

∮600——600转读数。

∮300——300转读数。

3、动切力（屈服值）

公式：

YP=0.4788×（∮300－PV）

式中：

YP——动切力，单位（Pa）。

PV——塑性粘度，单位（mPa.s）。

∮300——300转读数。

例题1：

某钻井液测得∮600=35，∮300=20，计算其表观粘度、塑性粘度和屈服值。

解：

表观粘度：

AV=1/2×∮600=1/2×35=17.5（mPa.s）

塑性粘度：

PV=∮600－∮300=35－20=15（mPa.s）

屈服值：

YP=0.4788×（∮300－PV）

=0.4788×（20－15）=2.39（Pa）

答：

表观粘度为17.5mPa.s，塑性粘度15mPa.s，屈服值为2.39Pa。

4、流性指数（n值）

公式：

n=3.322×lg（∮600÷∮300）

式中：

n——流性指数，无因次。

∮600——600转读数。

∮300——300转读数。

5、稠度系数（k值）

公式：

k=0.4788×∮300/511n

式中：

k——稠度系数，单位（Pa.Sn）。

n——流性指数。

∮300——300转读数。

例题2：

某井钻井液测得∮600=30，∮300=18，计算流性指数，计算稠度系数。

解：

n=3.32×lg（∮600/∮300）

=3.32×lg（30/18）=0.74

K=0.4788×∮300/511n

=0.4788×18/5110.74

=0.085（Pa.s0.74）

答：

流性指数是0.74。

稠度系数为0.085Pa.s0.74。

6、现场浓度计算

处理剂质量（t）

浓度（%）=——————————×100%

欲配处理剂溶液体积（m3）

例题3：

欲配制聚合物胶液5m3，加KPAM25kg，NPAN75kg，问其胶液浓度为多少？

解：

根据公式计算

浓度（%）=（25+75）/5000×100%=2%

答：

胶液浓度为2%。

例题4：

欲配制浓度为1.5%的聚合物胶液5m3，KPAM:

NPAN=1:

2，问需用KPAM、NPAN各多少公斤？

解：

聚合物质量=1.5%×5=0.075（t）=75（kg）

KPAM=75/（1+2）×1=25（kg）

NPAN=75/（1+2）×2=50（kg）

答：

需用KPAM25kg，NPAN50kg。

7、溶液浓度的计算

W1

ω=—————×100%

W1+W2

ω——百分比浓度，单位%。

W1——溶质质量，单位g。

W2——溶剂质量，单位g。

例题5：

配制某种钻井液需要溶解50g的NaCl于150g水中，求溶液中NaCl的质量分数。

根据公式：

ω=[W1÷（W1+W2）]×100%得：

ω=[50÷（50+150）]×100%

=25%

答：

溶液中NaCl的质量分数为25%。

8、浓度稀释计算

根据公式：

W浓ω浓=W稀ω稀

W稀=W浓ω浓÷ω稀

因为：

W水=W稀－W浓

所以：

W水=W浓（ω浓÷ω稀-1）

式中：

W水——加水量。

W浓——稀释前的量。

ω浓——稀释前浓度，单位%。

ω稀——稀释后浓度，单位%。

例题6：

欲将10m3浓度为20%的烧碱水稀释至5%，需加水多少？

解：

根据公式W水=W浓（ω浓÷ω稀-1）得：

W水=10（20%÷5%-1）=30（m3）

答：

需加水30m3。

例题7：

欲将100kg质量分数20%的烧碱水稀释至5%，需加水多少千克？

根据公式：

W水=W浓（ω浓÷ω稀-1）得：

W水=100（20%÷5%-1）

=300kg

答：

需加水300kg。

9、现场干粉处理剂加量计算

处理剂加量（t）=处理剂质量浓度（%）×钻井液量（m3）

10、井筒钻井液量计算

公式：

V井=1/4×π×D2×H

式中：

V井——钻井液量，单位m3。

π——圆周率，为3.14。

D——钻头直径，单位m。

H——井深，单位m。

11、井眼钻具外环空钻井液量计算

V环=1/4×π×（D2－d2）×H

式中：

V环——钻井液量，单位m3。

π——圆周率，为3.14。

D——钻头直径，单位m。

d——钻头直径，单位m。

H——井深，单位m。

12、环空返速计算

（一般216mm井眼1~1.5，311mm井眼0.6~0.8）

公式：

Va=12.74×Q/（D2－d2）

式中：

Va——环空返速，单位m/s。

Q——排量，单位l/s。

D——钻头直径，单位cm。

d——钻具直径，单位cm。

13、钻井液循环周计算

井筒钻井液量（m3）+地面循环钻井液量（m3）

T循环=———————————————————

Q×60÷1000

T循环——循环周时间，单位min。

Q——排量，单位l/s。

例题8：

某井用∮216mm钻头钻进至井深2850m，钻杆外径∮127mm，内径∮108.6mm，欲按循环周提高钻井液密度，计算循环一周钻井液所需的时间？

（地面循环罐内钻井液总体积为108m3，排量为38l/s）

解：

T循环=（V地面+V井－V钻杆）÷（60Q÷1000）

=｛108+（3.14×0.2162×2850÷4）－［3.14×（0.1272－0.10862）×2850÷4］｝÷（60×38÷1000）

=（108+104.38－9.7）÷2.28

=88.89（min）

答：

循环一周钻井液所需的时间为88.89min。

14、油气上窜速度（迟到时间法）

H钻头

V=（H油－———×t）÷t静

t迟

式中：

V——油气上窜速度，单位m/h。

H油——油气层顶部，单位m。

H钻头——钻头位置，单位m。

t迟——迟到时间，单位min。

t静——停泵总静止时间，单位h。

t——从开泵到见到油气时间，单位min。

或：

油气上窜速度（相对时间法）

H油×t1－△h×t2

V=——————————

t静（t1＋t2）

式中：

V——油气上窜速度，单位m/h。

H油——油气层顶部，单位m。

△h——油层厚度，单位m。

t1——循环时油气显示时间，单位min。

t2——从开泵到见到油气时间，单位min。

t静——停泵总静止时间，单位h。

例题9：

某井16日18：

00钻至井深4125m，循环至

19：

00短起下钻，22：

30开泵循环测后效，49min测得钻井液密度下降，气测全烃值升高，计算油气上窜速度？

（已知：

油顶3975m，4125m迟到时间为52min，循环排量为35l/s）

解：

V=（H油－H钻头÷t迟×t）÷t静

=（3975－4125÷52×49）÷3.5

=25.14（m/h）

答：

油气上窜速度为25.14m/h。

15、迟到时间的计算

公式：

t迟=16.67×V环÷Q

式中：

t迟——从井底上返时间，单位min。

V环——环空钻井液体积，单位m3。

Q——循环排量，单位l/s。

例题10：

某井用∮216mm钻头钻进至井深3850m，钻杆外径∮127mm，计算该井迟到时间？

（排量为38l/s）

解：

V环=1/4×π×（D2－d2）×H

=1/4×3.14×（0.2162－0.1272）×3850

=92.26（m3）

t迟=16.67×V环÷Q

=16.67×92.26÷38

=40.47（min）

答：

该井迟到时间40.47min。

16、提高钻井液密度计算

V原ρ加（ρ重－ρ原）

W加=———————————

ρ加－ρ重

式中：

W加——加重材料用量，单位t。

V原——欲加重钻井液体积，单位m3。

ρ加——加重材料的密度，单位g/cm3。

ρ重——钻井液欲加重至密度，单位g/cm3。

ρ原——原钻井液的密度，单位g/cm3。

例题11：

某井在打开油层前，共有密度为1.15g/cm3的钻井液200m3，现根据油层压力欲将密度提高到1.35g/cm3，问需用密度为4.0g/cm3的加重剂重晶石多少吨？

解：

根据公式

W加=[V原ρ加（ρ重－ρ原）]/（ρ加－ρ重）

=[200×4.0×（1.35－1.15）]/（4.0－1.35）

=60.4（t）

答：

需用密度为4.0g/cm3的加重剂重晶石60.4t。

17、混入钻井液密度计算

V原×ρ原＋V混×ρ混

ρ=———————————

V原＋V混

式中：

ρ——混入后钻井液密度，单位g/cm3。

V原——原钻井液体积，单位m3。

ρ原——原钻井液密度，单位g/cm3。

V混——欲混入钻井液体积，单位m3。

ρ混——欲混入钻井液密度，单位g/cm3。

18、压井钻井液密度计算

P立＋P安全

ρ加重=ρ原＋———————

0.0098×H

式中：

ρ加重——压井钻井液密度，单位g/cm3。

ρ原——原钻井液密度，单位g/cm3。

P立——关井后立管压力，单位MPa。

P安全——安全附加压力，单位MPa。

油井安全附加压力为：

1.5~3.5MPa，气井安全附加压力为：

3~5MPa。

或：

P立

ρ加重=ρ原＋——————＋ρ安全

0.0098×H

ρ加重——压井钻井液密度，单位g/cm3。

ρ原——原钻井液密度，单位g/cm3。

P立——关井后立管压力，单位MPa。

ρ安全——安全附加系数，单位g/cm3。

油井安全附加系数为：

0.05~0.1g/cm3，气井安全附加系数为：

0.07~0.15g/cm3。

例题12：

某井在钻进时发生溢流关井，溢流物为天然气。

已知井深3200m，井内钻井液密度1.25g/cm3。

关井10min后测得关井立压5MPa，求压井密度？

解：

ρ加重=ρ原+P立÷（0.00981×H）+ρ安全

=1.25+5÷（0.00981×3200）+0.15

≈1.56（g/cm3）

答：

压井钻井液密度为1.56g/cm3。

例题13：

某井在钻进时发生溢流关井，溢流物为天然气。

已知井深3200m，井内钻井液密度1.25g/cm3。

关井10min后测得关井立压5MPa，求压井密度？

解：

ρ加重=ρ原+（P立＋P全）÷（0.00981×H）

=1.25+（5＋5）÷（0.00981×3200）

≈1.57（g/cm3）

答：

压井钻井液密度为1.57g/cm3。

19、计算钻井液密度

ρ=102×（Pp+Pe）÷H

式中：

ρ——钻井液密度，单位g/cm3。

Pp——地层压力，单位MPa。

Pe——安全附加压力，单位MPa。

H——井深，单位m。

例题14：

已知地层压力Pp=34MPa，压力附加值Pe=3MPa，井深H=3200m，计算钻井液密度。

解：

ρ=102×（Pp+Pe）/H

=102×（34+3）/3200

=1.18（g/cm3）

答：

钻井液密度为1.18g/cm3。

20、膨润土含量计算

膨润土含量（g/l）=14.3×消耗亚甲基兰溶液体积（ml）÷取钻井液体积（ml）

21、钻井液固相含量有关计算

含水体积（%）=蒸馏出水的体积÷取钻井液体积×100%

含油体积（%）=蒸馏出油的体积÷取钻井液体积×100%

固相含量（%）=100%－含水体积（%）－含油体积（%）

例题15：

某井为淡水混油钻井液，固相平均密度为2.95g/cm3，取20ml钻井液蒸出15ml水和1.6ml油。

计算此钻井液的总固相、油、水、加重剂体积分数。

（重晶石密度为4.29g/cm3，粘土密度为2.4g/cm3。

）

解：

ф水=15/20×100%=75%

ф油=1.6/20×100%=8%

ф固=100%-75%-8%=17%

ф加重剂=（ρ固－ρ低）÷（ρ加－ρ低）×ф固

=（2.95－2.4）÷（4.29－2.4）×17%=4.9%

答：

钻井液得总固相、油、水、加重剂的体积分数分别为17%、8%、75%和4.9%。

22、计算岩屑密度

ρD=1÷（2－ρs）

式中：

ρD——岩屑密度，单位g/cm3。

ρs——岩屑筛选后加入密度计中使其读数为1.00，加满淡水后的读数。

例题16：

某地层岩屑筛选后加入密度计中使其读数为1.00，加满淡水后读数为1.60，求其密度？

解：

根据公式：

ρD=1/（2－ρs）得：

=1/（2－1.60）

=2.5（g/cm3）

答：

其密度为2.5g/cm3。

23、岩屑输送比（净化系数，要求>0.5）

RT=1－VS÷Va

式中：

RT——岩屑输送比。

VS——岩屑滑落速度，单位m/s。

Va——环空返速，单位m/s。

24、岩屑滑落速度（要求≤0.5）

公式：

Vs=0.071×D（ρ－ρ′）0.667÷（ρ′×FV）0.333

式中：

Vs——岩屑滑落速度，单位m/s。

D——岩屑直径，单位mm。

ρ——岩屑密度，单位g/cm3。

ρ′——钻井液密度，单位g/cm3。

FV——表观粘度，单位（mPa.s）。

例题17：

某井钻进时测得D=12mm，ρ=2.5g/cm3，ρ′=1.2g/cm3，FV=16mPa.s，求该井岩屑滑落速度。

Vs=0.071D（ρ－ρ′）0.667/（ρ′FV）0.333

=0.071×12（2.5－1.2）0.667/（1.2×16）0.333

=0.379（m/s）

答：

该井岩屑滑落速度是0.379m/s。

25、环空剪切速率计算

γ1=1200×Va÷（D－d）

式中：

γ1——环空剪切速率，单位s-1。

Va——环空返速，单位m/s。

D——钻头直径，单位cm。

d——钻具直径，单位cm。

26、管内剪切速率计算

γ2=1200×V÷D

式中：

γ2——管内剪切速率，单位s-1。

V——管内速度，单位m/s。

D——管具内径直径，单位cm。

27、泥饼粘附系数计算

公式：

Kf=M×0.845×10-2

式中：

Kf——泥饼粘附系数。

M——扭矩，单位N·m。

28、Z值计算（>808为紊流，<808为层流）

（Dн－Dр）n×Va2-n×ρ

Z=1517.88×————————————

500n×n0.387×K

例题18：

已知井径Dн=21.6cm，钻杆外径Dр=12.7cm，环空返速Va=1.04m/s，钻井液密度ρ=1.18g/cm3，n=0.6，K=0.176Pa.sn，计算Z值。

Z=1517.88×（Dн－Dр）n×Va2-n×ρ/500n×n0.387×K

=1517.88×（21.6－12.7）0.6×1.042-0.6×1.18/5000.6×0.60.387×0.176

=1168

答：

Z值为1168。

29、计算K值

PV

K=—————————————————

1075n0.119[12000Va/（Dн－Dр）]n-1

例题19：

已知塑性粘度PV=9.8mPa.s，n=0.6，环空返速Va=1.04m/s，井径Dн=21.6cm，钻杆外径Dр=12.7cm，计算K值。

K=PV/1075n0.119[12000Va/（Dн－Dр）]n-1

=9.8/1075×0.60.119[12000×1.04/（21.6－12.7）]0.6-1=0.176（Pa.s0.6）

答：

K值是0.176Pa.s0.6。

30、计算塑性粘度

FV－0.112×YP（Dн－Dр）

PV=——————————————

Va

例题20：

已知环空视粘度FV=12.7mPa.s，动切力YP=3Pa，井径Dн=21.6cm，钻杆外径Dр=12.7cm，环空返速Va=1.04m/s，计算塑性粘度（PV）。

PV=FV－0.112×YP（Dн－Dр）/Va

=12.74－0.112×3×（21.6－12.7）/1.04

=9.825（mPa.s）

答：

塑性粘度是9.825mPa.s。

31、计算视粘度

YP×（Dн－Dр）

FV=PV+0.112×——————————

Va

例题21：

已知某井钻井液PV=15mPa.s，YP=2Pa，Dн=21.6cm，Dр=12.7cm，Va=1.2m/s，n=0.6，K=0.2Pa.s，求宾汉流体的视粘度。

FV=PV+0.112×YP×（Dн－Dр）/Va

=15+0.112×2×（21.6－12.7）/1.2

=16.66（mPa.s）

答：

宾汉流体的视粘度为16.66mPa.s。

32、计算临界流速20626×n0.387×K×2.54n

Vc=0.00508×[————————————]1/（2-n）

（Dн－Dр）n×ρ

Vc——临界流速，单位m/s。

例题22：

某井n=0.6，K=0.25Pa.sn，Dн=21.6cm，Dр=12.7cm，ρ=1.25g/cm3，求临界流速Vc。

Vc=0.00508×[20626×n0.387×K×2.54n/（Dн－Dр）n×ρ]1/（2-n）

=0.00508×[20626×0.60.387×0.25×2.540.6/（21.6－12.7）0.6×1.25]1/（2-0.6）

=0.985（m/s）

答：

该井临界流速是0.985m/s。

33、当量循环密度

ECD=ρ+Δρ

式中：

ECD——当量循环密度，单位g/cm3。

ρ——钻井液密度，单位g/cm3。

Δρ——静钻井液密度，单位g/cm3。

例题23：

某井钻井液在井底循环时，产生当量循环密度为1.60g/cm3，钻井液密度为1.35g/cm3，求静钻井液密度Δρ。

根据公式ECD=ρ+Δρ

Δρ=ECD－ρ

=1.60－1.35

=0.25（g/cm3）

答：

静钻井液密度为0.25g/cm3。

34、氯离子计算

C（AgNO3）×V（AgNO3）

ρ（Cl-）=—————————×1000×35.45

V样

式中：

ρ（Cl-）——氯离子质量浓度，单位mg/l。

c（AgNO3）——AgNO3标准溶液的摩尔浓度，单位mg/l。

V（AgNO3）——消耗的AgNO3体积，单位ml。

V样——取样品体积，单位ml。

35、钙离子计算

C（EDTA）×V1

ρ（Ca2+）=————————×1000×40.08

V样

式中：

ρ（Ca2+）——钙离子质量浓度，单位mg/l。

C（EDTA）——EDTA标准溶液的摩尔浓度，单位mg/l。

V1——第一次滴定消耗的EDTA体积，单位ml。

V样——取样品体积，单位ml。

36、镁离子计算

C（EDTA）×（V2－V1）

ρ（Mg2+）=————————×1000×24.3

V样

式中：

ρ（Mg2+）——镁离子质量浓度，单位mg/l。

C（EDTA）——EDTA标准溶液的摩尔浓度，单位mg/l。

V1——第一次滴定消耗的EDTA体积，单位ml。

V2——两次滴定消耗的EDTA体积，单位ml。

V样——取样品体积，单位ml。

37、硫酸根离子计算

CBaVBa＋CEDTAVCa-Mg－CEDTAVEDTA

ρ（SO42-）=——————————————×1000×96.06

V样

式中：

ρ（SO42-）——硫酸根离子质量浓度，单位mg/l。

CEDTA——EDTA标准溶液的摩尔浓度。

CBa——钡镁混合液的浓度，单位mol/l。

VBa——加入钡镁液的体积，单位ml。

VCa-Mg——测定水样钙镁消耗EDTA体积，单位ml。

VEDTA——消耗EDTA体积，单位ml。

V样——取样品体积，单位ml。

38、氢氧根、碳酸根、碳酸氢根离子计算

（1）当P=0，M≠0时，只有HCO3-存在

C（HCL）×M

ρ（HCO3-）=————————×1000×61.02

V样

（2）当P=M，时，只有CO32-存在

C（HCL）×2P

ρ（CO32-）=————————×1000×30.01

V样

（3）当P>M时，只有OH-和CO32-存在

C（HCL）×（P－M）

ρ（OH-）=————————×1000×17.01

V样

C（HCL）×2M

ρ（CO32-）=————————×1000×30.01

V样

（4）当P

C（HCL）×（M－P）

ρ（HCO3-）=————————×1000×61.02

V样

C（HCL）×2P

ρ（CO32-）=————————×1000×30.01

V样

（5）当M=0，P≠0时，只有OH-存在

C（HCL）×P

ρ（OH-）=————————×1000×17.01

V样

C（HCL）——HCL标准溶液的浓度，单位mol/l。

ρ（OH-）——氢氧根离子的质量浓度，单位mol/l。

ρ（CO32-）——碳酸根离子的质量浓度，单位mol/l。

ρ（HCO3-）——碳酸氢根离子的质量浓度，单位mol/l。

P——酚酞指示剂消耗HCL的体积，单位ml。

M——甲基橙指示剂消耗HCL的体积，单位ml。

V样——取样品体积，单位ml。

39、污染处理计算

Vc×Ma

W=——————×10-3×［C］×V×ф

Va×Mc

式中：

W——消除污染物所需处理剂的质量，单位kg。

Vc——污染物离子化合价。

Ma——处理剂相对分子质量。

Va——处理剂离子化合价。

Mc——污染物相对分子质量。

［C］——污染物离子含量，单位mg/L。

V——污染钻井液体积，单位m3。

Ф——钻井液组分体积数，单位%。

例题24：

某钻井液经组分分析知，水相占75%。

滤液分析知，[Ca++]=1000mg/L，[Mg++]=1800m