钻井液计算公式及单位换算.docx
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钻井液计算公式及单位换算
钻井液常用计算
一、水力参数计算：
（P196-199）
1v地面管汇压耗：
Psur=CXMWX（Q/100）l86XC1
Psur—地面管汇压耗,Mpa（psi）；
C—一地面管汇的縻阻系数：
MW一一井内钻井液密度，g/cm3（ppg）;
Q排量>l/s（gal/min）;
Cl一一与单位有关的系数，当采用法定法虽单位时，Cl=9・81&当采用英制单位
时，Cl=l；
地面管汇类型与C值:
s
立管
水龙带
水龙头
方钻杆
C值
长度
m
内径
mm
长度m
内径
mm
长度m
内径
mm
长度m
内径
mm
1
12.2
76.2
13.7
50.8
1.2
50.8
12.2
57.2
L0
2
12.2
8&9
16.8
63.5
1.5
57.2
12.2
82.6
0.36
3
13.7
101.6
16.8
76.2
1.5
57.2
12.2
82.6
0.22
4
13.7
101.6
16.8
76.2
1.8
76.2
12.2
101.6
0」5
2.确定钻具内的钻井液流态及计算压耗:
1钻具内钻井液的平均流速：
Vi=C2XQ/2.448Xd2
Vj钻具内钻井液的平均流速，nVs（ft/s）：
Q排量，l/s（gal/min）;
d钻具内径，mm（in）；
C2……与单位有关的系数。
当采用法定计虽单位时，C2=3117采用英制单位时，C2=Io
2钻具内钻井液的临界流速
Vk=（l.08XPV+1.08（PW+12.34Xd2XYPXMWXC：
Jas）/MWXdXC.
Vic——钻具内钻井液的临界流速，m/s（ft/s）；
PV—钻井液的塑性粘度•mPa.s（cps）;
d钻具内径,mm（in）
MW—・钻井液密度,g/cm（ppg）;
C3、C4——与单位有关的系数。
采用法定计量单位时,C3=0・006193,C4=1.078：
采川英制单位时.（、；—丨・C4=lo
3如果WV",则流态为层流，钻具内的循环压耗为
Pp=C5XLXYP/225Xd+QXV|XLXPV/1500Xd：
4如果V!
>Vk,则流态为紊流，钻具内的循环压耗为
Pp=0.0000765XPV""XMW°池Xqm’XL+G/d"，
Pp—钻具内的循环压耗»Mpa（psi）;
L•…某一相同内径的钻具的长度，m（ft）；
Vi——钻具内钻井液的平均流速,m/s（ft/s）；
d钻具内径，mm（in）
MW—钻井液密度,g/cm（ppg）;
Q排蛍，l/s（gal/min）;
C3、C6——与单位有关的系数。
采用法定计量单位时•Cs=0.2750>C6=47.86：
当釆用英制单位时，Cs=KC6=k
C7……与单位有关的系数。
采用法定计量单位时，C7=I.I62X10s；当采用英制单位时，C7=lo
3.环空的钻井液流态确定及压耗计算
1环空内钻井液的平均流速
Va=QXC2/（Dh2-Dp2）X2.448
Va环空内钻井液的平均流速m/s（ft/s）：
Q排l/s（gal/min）;
Dh……井眼直径或套管内径,mm（in）
DP钻具外径.mm（in）
C2……与单位有关的系数。
采用法定计/单位时，C2=3117：
当采用英制单位时,C2=U
2环空内钻井液的临界流速
Vac=（1.08XPV+1.08X（PV2+9.26（Dh-Dp）2XYPXMWXCJ0-5）/MWX（Dh-Dp）XCi
Vac…环空内钻井液的临界流速讯沁1门；
YP—一钻井液的屈服值,Pa（lbs/100ft2）：
PV-——钻井液塑性粘度mPa.s（cps）；
MW—钻井液密度,g/cm（ppg）;
Dh……井眼直径或套管内径,mm（in）
DP钻具外径，mm（in）
C3.C4——与单位有关的系数。
采用法定il•量单位时，C3=0.006l93,C4=1.078：
采用英制单位时，C3=kC4=k
3如果VaWVac.则环空流态为层流.环空压耗为
Pa=C3XLXYP/200（Dh.DP）+C6XVaXLXC7/IOOOX（Dh-DP）2
4如果VQVuc,则环空流态为紊流,环空压耗为
P3=0・0000765XPV°“XMTW&XI,+G/（Dh・DP）3X（Dh+Dp）!
-82
Pa循环压耗»Mpa（psi）;
L•…某一相同外径和井眼直径段的长度，
YP一一钻井液的屈服值,Pa（lbs/100ft2）；
PV・•■…钻井液塑性粘度mPa.s（cps）：
V—……环空内钻井液的平均流速m/HWg
Dh井眼直径或套管内径,mm（in）
Dp钻具外径，mm（in）
MW—-钻井液密度，g/cm（ppg）;
Q排量,l/s（gal/min）;
Cs、C6——与单位冇关的系数。
采用法定计量单位时,C5=0.2750,C6=47.86；当釆用英制单位时，C5=kC6=k
C7……与单位有关的系数。
釆用法定计最单位时，C7=I.I62X10s：
当采用英制单位时，c7=u
4、根据前面求出的地面压耗和钻具内外各段的循环压耗，便可求出总的循环压耗：
Pt=Psur+Pc+Pp+Pca+Ppa
Pa—总的循环圧耗，Mpa（psi）:
Psur地面管汇圧耗•Mpa（psi）:
Pc钻铤段的内压耗，Mpa（psi）;
Pp—钻杆段的内压耗,Mpa（psi）;
Pea钻铤段的环空压耗♦Mpa（psi）;
Ppa-—钻杆段的环空压耗＞Mpa（psi）;
计Pi算出后，可以判断钻头的水力工作方式：
当PtW0・357Pg是最大水力T作方式，相筹为最优：
出RW0.526P®是最大冲击工作方式，相等为报优；
二、钻井液流变参数计算：
（P206-212）
1v在钻具内部，剪切速率中等，以宾汉模式和修正幕率模式为主。
流性指数：
nP=3.32Xlog0^/O^o
稠度系数：
Kp=5.11X0600/1022^
塑性粘度：
PV=0600-0300
屈服值：
YP=（0300-PV）XC20
有效视粘度:
Mep=100KP（96XV1/d）^lXC21
nP钻具内钻井液流变指数无因次；
KP钻具内钻井液稠度系数,Pa.sn（lb.sVlOOft2）;
YP一一钻井液的屈服值，Pa（lbs/100ft2）：
PV-钻井液塑性粘度mPa.s（cps）：
一一钻具内的有效视粘度，mPa.s（cps）
9时一钻井液600转/分的读数；
0眄■•…钻井液300转/分的读数；
Vi钻具内钻井液的平均流速,m/s（ft/s）;
d钻具内径,mm（in）;
C20——与单位有关的系数。
为采用法定计量单位时，C2o=O.4788：
为采用英制单位时，C20=lo
C21——与单位右关的系数。
采用法定计量单位时，C21=0.02506X83.333S当釆用英制单位时，C2l=lo
2、在环空流速区，剪切速率较低，应用修正痔率模式较吻合实际。
环空流性指数:
ru=O.5Xlog03oo/03
环空稠度系数:
Ka=5.11X0600/51T
有效视粘度：
5=100KP（96XV1/d）^lXC21
m—一钻具内部的流性指数，无因次；
K.一一钻具内的稠度系数,Pa.sn（lb.sVlOOft2）:
U山钻具内的有效视粘度，mPa.s（cps）
0财一一旋转粘度il•在转速为300转/分的读数；
03—一旋转粘度计在转速为3转/分的读数（又叫钻井液的初切力）；
Va钻井液在环空中的流速；m/s（ft/s）;
Dh井眼直径，mm（in）;
Dp钻具外径，mm（in）;
C22——与单位有关的系数。
釆用法定计星单位时，C2i=0.02506X83.333nrt；当采用英制单位於时，©2=1。
在环空流域，n值越低，层流的流型越好。
nW0・6时，钻井液的携岩能力较强，有利于净化井眼。
3.在钻头水眼处，剪切速率越高，卡森模式与实际的流变曲线很接近。
极限高剪切粘度：
n«°-5=2.4141X（0eoo0,5-63oo°-5）
n.——极限高剪切粘度，与钻头的水眼粘度十分接近，mPa.s（cps）:
0eoo一一旋转粘度计在转速为600转/分的读数；
0Boo一一旋转粘度计在转速为300转/分的读数：
如果钻井液的剪切稀释特性良好，则钻头的水眼粘度或极限剪切粘度低而钻井液上返至环空时粘度变高.也可用这处的视粘度比值來表示钻井液的刃切稀释特性。
三、钻井液流态的判别：
仁用雷诺数判别流态
（1）钻具内的雷诺数^
ReP=928ViXdpXXC23/UX（（3nP+l）/4nP）w
Rep—一钻具内的雷诺数，无因次；
V.一一钻具内液流的流速；m/s（ft/s）;
dP钻具内径tmm（in）;
MW■…钻井液密度，g/cm（ppg）;
钻具内的有效视粘度，mPa.s（cps）
nP一一钻具内的流性指数，无因次；
C23-与单位有关的系数。
采用法定计量单位时，C23=1.0779：
当采用英制单位时，C23=l。
⑵环空的雷诺数
Re.F928VnX（Dh-DP）XMWXC^/UwX（（2n.Jl）/3nJha
Vu一一环空的液流的流速；m/s（ft/s）;
Dh井眼直径，mm（in）;
Dp钻具外径»mm（in）;
MW-—钻井液密度，g/cm（ppg）;
Uca环空的有效视粘度，mPa.s（cps）
na一一环空的流性指数，无因次：
C23-…-与单位冇关的系数。
采用法宦计量单位时，C23=1.0779；当采用英制单位时9C23=1o
（3）坏空流态的判别
层流
Re<<3470-1370n.l
过渡流
3470—1370山WRaW4270—1370m
紊流
Re。
A4270-1370%
ReL.一一环空临界雷诺数，无因次：
nn一一环空的流性指数，无因次：
2v用环空流态稳定参数Z值判别环空流态
Z=808X（Va/VL.）
Z——坏空流态稳定参数，无因次；
n..一一环空的流性指数，无因次；
V,.环空流速;m/s（ft/s）;
Vtt环空临界流速;m/s（ft/s）;
若Z>80&环空流态为紊流；
若ZW80&环空流态为层流；
Z值只适川于判断环空的流态，对钻具内的流态不能用它来判断。
另外，Z值更重要的意义在于它能反映钻井液对井壁的冲涮作用。
四、钻井液的携岩能力
b层流条件下岩屑的运移
（1）临界剪切速率
Vb=186/C25XdVb一一临界剪切速率；l/s;
Dc岩屑的直径，mm（in）;
MW…•钻井液密度，g/cm4（ppg）:
C25……与单位有关的系数。
采用法定计量单位时，C2s=0.1137：
当采用英制单位时，C25=lo
（2）岩屑的剪切应力
Tp=7.9XC26/（TX（20.8-QrXMW）严
tp一一岩屑的剪切应力;Padbs/lOOfV）;
T-——岩屑的厚度tmm（in）;
MW—钻井液密度,g/cm3（ppg）:
C26……与单位有关的系数。
采用法定计量单位时，C26=0.095；当采用英制单位时9C25=1o
C27……与钻井液密度单位有关的系数。
采用法定计量单位时，C27=&3454；当采用英制单位时，C27=lo
（3）岩層的剪切速率
vmj/K严
VP一一岩屑的剪切速率,1/s;
tp一一岩屑的剪切应力;Pa（lb/100ft2）;
n.一一坏空的流性指数，无因次；
Ka一一环空稠度系数，Pa.sn（lb.sn/100ft2）;
C28・与单位有关的系数。
采用法定计最单位时，C28=2.O89；当采用英制单位时，C28=lc
（4）岩屑的下没速度
若VpV尸0・0203XQXtPX（VpXdc/MW05）05
式中V.——岩屑的下沉速度，m/s（n/s）;
tp一一岩屑的剪切应力;Pa（lb/100ft2）;
VP一一岩屑的剪切速率，1/s;
de岩屑的直径，mm（in）;
MW—钻井液密度,g/cm3（ppg）:
C29——与单位仃关的系数。
采用法定计量单位时，C29=0.074316：
当采用英制单位时，C29=lo
2v紊流条件下岩屑的运移
（I）岩屑的剪切应力
tp=7.9XC«»/（TX（20.8-Cz7XMW））a5
式中J一一岩屑的剪切应力:
Pa（lbs/100ft2）;
T-岩屑的厚度»mm（in）;
MW•…钻井液密度，g/cm4（ppg）;
1•钻井液配制与加重的计算
（1）配制低密度钻井液所需粘土量
V泥P土（P泥-P土）
W土
P上一P水
式中：
w.t所需粘土重量，吨（t）;
P+粘土密度，克/厘米"g/cn?
）;
P&水的密度，克/厘米“g/cn?
）
P泥欲配制的钻井液的密度，克/厘*3（g/cni3）
Vi€欲配制的钻井液的体积，米O・
（2）配制低密度钻井液所需水最
W1:
V水二V泥
P土
式中：
V水所需水量,米V）.
V泥欲配制的钻井液的体积，米3昴）.
w土所需粘土重量，吨（t）;
P卜所用粘土密度，克/厘米"（g/cnf）;
（3）配制加重钻井液的计算
1对现有体积的钻井液加重所需加重剂的重量
V隐pill（p|R-P»）
Wm
p加-p11
式中：
w加所需加重剂重量，吨（t）;
pK原有钻井液的密度,克/厘米"g/cm”）；
P«钻井液欲加重的密度，克/厘米江g/W）
P加加重剂的密度，克/厘米'（g/cin3）
VK原有钻井液的体积，米'（no.
2配制预定体积的加重钻井液所需加重剂的重量
VifP加（P敢一P廉）
W沪
P加一P41
式中：
w加所需加重剂重量，吨（t）;
p廉原有钻井液的密度，克/厘*\g/cm3）;
P币钻井液欲加重的密度，克/厘米'（g/cY）
P加加重剂的密度，克/厘米3（g/cm3）
V.n加重后钻井液的体积，米TnO.
3用重晶石加重钻井液时体积增量
100（P2-P】）
V
4.2-P2
式中：
V每100n?
原有钻井液加重后体积增加量,米O
Pi加重前钻井液的密度，克/厘*3（g/cm3）
P2加重后钻井液达到的密度■克/匣米地/cn?
）
4.2般重晶石的密度■克/厘米"g/cn?
）
4降低钻井液密度所需加水量
V*R（P©-P«）
V水二
PP水
式中：
V水所需加水的体积,米心‘）；
P俺原有钻井液的密度，克/厘米'（g/cm）;
P水水的密度，克/厘*3（g/cm3）
PM加水后钻井液的密度，克/厘米3（g/cm3）
V总原有钻井液的体积,米O
2.两种不同密度钻井液混合后的密度
ViPi+V2P2
P=
Vi+V,
式中：
P混合后钻井液的密度，克/厘*3（g/cm3）/（ppg）
P1混合前第一种钻井液的密度，克/厘*3（g/cm3）/（ppg）
P2混合前第二种钻井液的密度，克/厘米"（g/cn?
）/（ppg）
Vi混合前第一种钻井液的体积，米伽/（bbl）•
v2混合前第二种钻井液的体积，米畑/（bbl）.
3.固相分析计算
（1）钻井液低密度固相体积百分比
[（Vw）（pr）+（VJ（pb）+（Vo）（Po）]-100（pJ
式中：
Vw对溶解的盐校正过的含水体积百分比，%.
Pf对溶解的盐校止过的的密度，克/厘米3（g/cm3）
%低密度固相的体积百分比，％・
V.悬浮固相的体积百分比，%.
Pt所用加重材料的密度，克/厘X3（g/cm3）
Vo油的体积百分比，％・
Po油的密度，克/厘米3（g/cm3）;
P■钻井液的密度，克/厘米“（g/cm‘）
Pu低密度固相的密度，克/厘米"g/cn?
）,（2.2~2・9,平均2・6）
（2）钻井液高密度固相体积百分比
100（pj-[（Vw）（pf）+（VJ（plg）+（Vo）（P<>）]
Vb
（pb-pu）
式中：
Vb加重材料的体枳百分比，%.
其余各项符号的说明同上一个公式一样.
（3）搬土含量的校正
7.69XMBTXG
7、固控设备使用分析计算
（1）钻井液消耗戢的估算:
UM=[（SE*VFR）/VFD]+[SE（1-VFR）/VFMj-SE
式中：
UW钻井液消耗虽，ml
SE所钻岩斛最，m3;
VFR被控设备除去的岩屑百分数；
VED固控设备排泄物屮钻屑的半均体枳白分数：
VFM钻井液中钻們的平均百分数（所钻岩朋的单位测定时间）。
（2）、有效率（Solidscontrolefficiency）（SCE）的计算:
排岀的钻屑（kg/h）=Q（m7h）水底流中钻屑百分数
SCE二[排出的钻屑（kg/h）/产生的钻屑（kg/h）]*100%
如已知在单位时间内的様释蛍和所钻地层的体枳以及钻井液固相分析得出的最大钻屑含虽，可以用下式求出固控设备的右•效率：
SEC={1[需要的稀释量（m3）*最大的钻屑含量百分数/100]/所钻地层体积（m3）}*100⑶、使用固控设备而节约的稀释駅的经济分析（非加重钻井液）
同样，求出某台设备的排泄速度Q（m7h）,其次分別计算出钻井液屮低密度固相分数和排泄物中低密度固相分数及二者之差，即是被固控设备排掉的多余部分固相。
己知：
FLM=O.625（SGM-1）
FLD=O.625（SGD-1）
FLE=O.625（SGD-SGM）
式中：
FI.M钻丿F液中低密度固相分数;
卜II）排泄物中低密度国大相分数；
FLE差额低密度固相分数；
SMG钻井液密度g/cm3
SGI）排泄物密度g/cm\
代入式中：
EDV=Q*ELE/FDf=Q*（SGD-SMG）/（SGM-1）
求出相当的稀释MDEV（m7h）
钻井液常用单位换算
项目
传统单位
推荐单位
举例
中文名
符号
漏斗粘度
秒/夸脱
秒/升
s/1
一般不町换算
钻井液密度
磅/加仑
克/厘米3
g/cm3
0.12
lOlb/gal=1.20g/cmJ
钻井液密度
磅/英尺3
克/厘米3
g/cm3
0.016
74.81b/ft3
=1.20g/cm3
压力梯度
/英尺"
千帕斯卡/米
kPa/m
22.6
0.52psi/ft
=11.8kPa/m
静压头
磅/英寸2
千帕斯卡
kPa
6.9
4000psi=27600kPa
剪切应力
磅/100英尺'
帕斯卡
Pa
0.48
201b/100ft^960P
a
剪切应力
达因/厘米2
帕斯卡
Pa
0.100
10达因/cm2=l.OPa
剪切速率
秒1
秒|
s1
1
表观粘度
厘泊
毫帕.秒
mPa.s
1
1厘泊=lmPa.s
塑性粘度
亳帕•秒
mPa.s
1
1厘泊=lmPa.s
有效粘度
厘泊
毫帕.秒
mPa.s
1
1厘泊=lmPa.s
屈服值
磅/100英尺2
帕斯卡
Pa
0.478
151b/100ft4
=7.17mPa.s
静切力
磅/1（）0英尺2
帕斯卡
1匕
0.478
31b/ft2=1.44mPa・
s
粘度计读值
磅/100英尺2
帕斯卡
Pa
0.51
读值10二5・IPa
幕律常数
无量纲
幕律常数K
dyn・s7cnf
毫帕.秒/厘米25
mPa・s7cmJ
100
lOdyn.s7cnf=100mPa.s7cm*
幕律常数K
lb.sn/100ft2
亳帕.秒/厘米2
mPa・s7cm*
479
1.211b.sn/100ft2=
575mPa・sn/cmJ
API滤失量
厘米'/30分
厘米3/30分
cm3/30min
1
滤饼厚度
1/32英寸
亳米
mm
0.8
3/32in=2.zlmm
含砂量
体积％
体积％
%（v/v）
1
固相含量
体积％
体积％
%（v/v）
1
含油量
体积％
体积％
%（v/v）
1
项目
传统单位
推荐单位
一算位一專一
举例
中文名
符号
含水虽
体积％
体积％
%（v/v）
1
颗粒尺寸
微米
微米
um
1
离子含量
格令/加仑
亳克/升
mg/1
17.1
50格令/加仑
=855mg/l
离子含量
ppm
亳克/升
mg/1
密度
lppm=l*密度mg/1
碱度
亳升/亳升
星米3/厘米'
cm3/cm?
1
碱度
亳升/亳升
屋米=7厘米彳
era3/cm'
1
亚甲幕壬容呈
亳升/亳升
厘米少厘米'
cm7cmJ
1
亚甲基兰容量
磅/桶
公斤/米
cm7cm:
，
2.85
1磅/桶=2.85kg/nf
腐蚀速度
磅/英尺2/年
公斤/米'/年
kg/m3
4.9
0.91b/ft2/a
=4.3kg/mJ/a
腐蚀速度
密耳/"年
亳米/年
mm/a
0・025
4
200密耳/年
5.08mm/a
般土造浆率
桶/短吨
米丫吨
m7t
0.175
100桶/短吨=17.5m7t
筛布孔眼数
眼/英寸（目）
孔眼/厘米
孔眼/cm
0.254
10=2.54孔眼/cm
筛布孔径
微米
微米
um
1
筛布孔眼而积
面积％
米7米2
m2/m2
0.01
30%二0.3m7m2
乳状液稳启性
伏特
伏特
V
活度
无量纲
矿化度
亳克/升
mg/1
密度
lppm=l*密度mg/1
苯胺点
华氏度
摄氏度
150卜=66°C
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