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钻井液常规计算公式

钻井液常用计算

一、水力参数计算:

(p196-199)

1、地面管汇压耗:

1.86

Psur=C×MW×(Q/100)×C1

Psur---地面管汇压耗,Mpa(psi);

C地面管汇的摩阻系数;

MW井内钻井液密度,g/cm3(ppg);

Q排量,l/s(gal/min);

C1与单位有关的系数,当采用法定法量单位时,C1=9.818;当采用英制单位

时,C1=1;

地面管汇类型与C值:

管汇类型

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

1.0

2

12.2

88.9

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

0.15

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:

V1=C2×Q/2.448×d2

V1钻具内钻井液的平均流速,m/s(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。

当采用法定计量单位时,C2=3117采用英制单位时,

C2=1。

2钻具内钻井液的临界流速

V1c=(1.08×PV+1.08(PV2+12.34×d2×YP×MW×C3)0.5)/MW×d×C4

V1c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)

3

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;

采用英制单位时,C3=1、C4=1。

3如果≤V1c,则流态为层流,钻具内的循环压耗为

2Pp=C5×L×YP/225×d+C6×V1×L×PV/1500×d2

4如果V1>V1c,则流态为紊流,钻具内的循环压耗为

0.180.821.824.82

Pp=0.0000765×PV0.18×MW0.82×Q1.82×L+C7/d4.82Pp---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);

V1钻具内钻井液的平均流速,m/s(ft/s);

d钻具内径,mm(in)

3

MW钻井液密度,g/cm(ppg);

Q排量,l/s(gal/min);

C3、C6与单位有关的系数。

采用法定计量单位时,C5=0.2750,C6=47.86;

当采用英制单位时,C5=1、C6=1。

8

C7与单位有关的系数。

采用法定计量单位时,C7=1.162×108;当采用英制单位时,C7=1。

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

22

Va=Q×C2/(Dh2-Dp2)×2.448

Va环空内钻井液的平均流速m/s(ft/s);

Q排量,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。

采用法定计量单位时,C2=3117;当采用英制单位时,

C2=1。

2环空内钻井液的临界流速

220.5

Vac=(1.08×PV+1.08×(PV2+9.26(Dh-Dp)2×YP×MW×C3)0.5)/MW×(Dh-Dp)×C4Vac环空内钻井液的临界流速m/s(ft/s);

2YP--钻井液的屈服值,Pa(lbs/100ft2);PV钻井液塑性粘度mPa.s(cps);

3

MW钻井液密度,g/cm3(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。

采用法定计量单位时,C3=0.006193,C4=1.078;

采用英制单位时,C3=1、C4=1。

3如果Va≤Vac,则环空流态为层流,环空压耗为

2

Pa=C3×L×YP/200(Dh-Dp)+C6×Va×L×C7/1000×(Dh-Dp)2

4如果Va>Vac,则环空流态为紊流,环空压耗为

0.180.821.8231。

82

Pa=0.0000765×PV0.18×MW0.82Q1.82×L+C7/(Dh-Dp)3×(Dh+Dp)182Pa---循环压耗,Mpa(psi);

L某一相同外径和井眼直径段的长度,m(ft);

2

YP--钻井液的屈服值,Pa(lbs/100ft2);

PV钻井液塑性粘度mPa.s(cps);

Va环空内钻井液的平均流速m/s(ft/s);

Dh井眼直径或套管内径,mm(in)

Dp钻具外径,mm(in)

3

MW钻井液密度,g/cm(ppg);

Q排量,l/s(gal/min);

C5、C6与单位有关的系数。

采用法定计量单位时,C5=0.2750,C6=47.86;

当采用英制单位时,C5=1、C6=1。

8

C7与单位有关的系数。

采用法定计量单位时,C7=1.162×108;当采用英制单位时,C7=1。

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---总的循环压耗,Mpa(psi);

Psur---地面管汇压耗,Mpa(psi);

Pc---钻铤段的内压耗,Mpa(psi);

Pp---钻杆段的内压耗,Mpa(psi);

Pca---钻铤段的环空压耗,Mpa(psi);

Ppa---钻杆段的环空压耗,Mpa(psi);

计Pt算出后,可以判断钻头的水力工作方式:

当Pt≤0.357Pca,是最大水力工作方式,相等为最优;

当Pt≤0.526Pca,是最大冲击工作方式,相等为最优;

、钻井液流变参数计算:

(P206-212)

1、在钻具内部,流性指数:

稠度系数:

剪切速率中等,以宾汉模式和修正幂率模式为主。

np=3.32×logθ600/θ300

Kp=5.11×θ600/1022np

塑性粘度:

PV=θ600-θ300

屈服值:

YP=(θ300-PV)×C20

有效视粘度:

μcp=100Kp(96×V1/d)np-1×C21

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.sn/100ft2);

2

YP--钻井液的屈服值,Pa(lbs/100ft2);

PV钻井液塑性粘度mPa.s(cps);

μcp――钻具内的有效视粘度,mPa.s(cps)

θ600钻井液600转/分的读数;

θ300钻井液300转/分的读数;

V1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。

当采用法定计量单位时,C20=0.4788;当采用英制单

位时,C20=1。

C21与单位有关的系数。

采用法定计量单位时,C21=0.02506×83.333np;当采

用英制单位时,C21=1。

2、在环空流速区,剪切速率较低,应用修正幂率模式较吻合实际。

环空流性指数:

na=0.5×logθ300/θ3环空稠度系数:

Ka=5.11×θ600/511na有效视粘度:

μca=100Kp(96×V1/d)np-1×C21na――钻具内部的流性指数,无因次;Ka――钻具内的稠度系数,Pa.sn(lb.sn/100ft2);

μca――钻具内的有效视粘度,mPa.s(cps)θ300――旋转粘度计在转速为300转/分的读数;

θ3――旋转粘度计在转速为

Va――钻井液在环空中的流速

3转/分的读数(又叫钻井液的初切力);;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。

采用法定计量单位时,C21=0.02506×83.333na;当采

用英制单位於时,C22=1。

在环空流域,n值越低,层流的流型越好。

n≤0.6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:

η∝=2.4141×(θ600-θ300)

η∝――极限高剪切粘度,与钻头的水眼粘度十分接近,mPa.s(cps);

θ600――旋转粘度计在转速为600转/分的读数;θ300――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来表示钻井液的剪切稀释特性。

三、钻井液流态的判别:

1、用雷诺数判别流态

(1)钻具内的雷诺数:

Rep=928V1×dp×MW×C23/μcp×((3np+1)/4np)np

Rep――钻具内的雷诺数,无因次;

V1――钻具内液流的流速;m/s(ft/s);

dp钻具内径,mm(in);

3

MW钻井液密度,g/cm(ppg);

μcp――钻具内的有效视粘度,mPa.s(cps)np――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=1。

(2)环空的雷诺数

Rea=928Va×(Dh-Dp)×MW×C23/μca×((2na+1)/3na)na

Va――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);

3

MW钻井液密度,g/cm(ppg);

μca――环空的有效视粘度,mPa.s(cps)

na――环空的流性指数,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=1。

(3)环空流态的判别

层流

Rec<3470-1370na

过渡流

3470-1370na≤Rec≤4270-1370na

紊流

Rec>4270-1370na

Rec――环空临界雷诺数,无因次;na――环空的流性指数,无因次;

2、用环空流态稳定参数Z值判别环空流态2-na

Z=808×(Va/Vc)2-naZ――环空流态稳定参数,无因次;na――环空的流性指数,无因次;Va――环空流速;m/s(ft/s);Va――环空临界流速;m/s(ft/s);若Z>808,环空流态为紊流;若Z≤808,环空流态为层流;

Z值更重

Z值只适用于判断环空的流态,对钻具内的

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