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钻井液常用计算一、水力参数计算：(p196-199)1、地面管汇压耗：Psur=C×MW×(Q/100)1.86×C1Psur---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mm112.276.213.750.81.250.812.257.21.0212.288.916.863.51.557.212.282.60.36313.7101.616.876.21.557.212.282.60.22413.7101.616.876.21.876.212.2101.60.152、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×d2V1-------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×C4V1c-------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/cm3(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Pp=C5×L×YP/225×d＋C6×V1×L×PV/1500×d2④如果V1V1c，则流态为紊流，钻具内的循环压耗为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)MW----钻井液密度，g/cm3(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。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Va=Q×C2/(Dh2-Dp2)×2.448Va----------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)；YP－－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/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Pa=C3×L×YP/200(Dh-Dp)+C6×Va×L×C7/1000×(Dh-Dp)2④如果VaVac，则环空流态为紊流，环空压耗为Pa=0.0000765×PV0.18×MW0.82Q1.82×L＋C7/(Dh-Dp)3×(Dh＋Dp)1。82Pa---循环压耗，Mpa(psi);L----某一相同外径和井眼直径段的长度，m(ft)；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)MW----钻井液密度，g/cm3(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。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＋PpaPa---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；二、钻井液流变参数计算：（P206-212）1、在钻具内部，剪切速率中等，以宾汉模式和修正幂率模式为主。流性指数：np=3.32×logθ600/θ300稠度系数：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×C21np----------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);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。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∝0.5＝2.4141×（θ6000。5－θ3000。5）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)npRep――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);MW----钻井液密度，g/cm3(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)naVa――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/cm3(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＞4270－1370naRec――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值只适用于判断环空的流态，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1、层流条件下岩屑的运移（1）临界剪切速率Vb＝186／C25×dc×MW0.5Vb――临界剪切速率;1/s;Dc------岩屑的直径，mm(in);MW----钻井液密度，g/cm3(ppg);C25------与单位有关的系数。采用法定计量单位时，C25＝0.1137；当采用英制单位时，C25＝1。（2）岩屑的剪切应力τp＝7.9×C26／(T×(20.8-C27×MW))0.5τp――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/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，C25＝1。C27------与钻井液密度单位有关的系数。采用法定计量单位时，C27＝8.3454；当采用英制单位时，C27＝1。（3）岩屑的剪切速率Vp＝(C28×τp／Ka)1/naVp――岩屑的剪切速率，1/s;τp――岩屑的剪切应力;Pa(lb/100ft2);na――环空的流性指数，无因次；Ka――环空稠度系数，Pa.sn(lb.sn/100ft2);C28------与单位有关的系数。采用法定计量单位时，C28＝2.089；当采用英制单位时，C28＝1。（4）岩屑的下没速度若Vp＜Vb则岩屑的下沉速度为Vs