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PC(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++]=1000