循环流动压耗计算

第四章钻进循环流动钻进循环流动钻井液循环流动路线：泥浆罐（池）泥浆泵地面高压管汇钻柱内钻头环空钻进循环流动一、泥浆泵的工作状态泵的工作参数：1.泵的额定功率Nr：泵能输出的最大水功率。2.泵的额定泵压Pr：缸套的最大允许压力。3.泵的额定排量Qr：当泵的实际水功率等于额定功率，实际泵压等于额定泵压时，泵的排量。rrrNPQ钻进循环流动一、泥浆泵的工作状态1.等泵压工作方式当QQr时（调节泵冲数），若要Ns=Nr，则必须使PsPr，不允许！只能保持Ps=Pr，等泵压工作方式钻进循环流动一、泥浆泵的工作状态2.等功率工作方式当QQr时，若使Ps=Pr，则NsNr，不可能！只能保持Ns=Nr，等功率工作方式钻进循环流动一、泥浆泵的工作状态3.泵压、泵功率关系曲线结论：从获得高泵压、高功率来讲，排量应尽可能选缸套的额的排量。钻进循环流动二、水功率传递的基本原理钻井液循环流动路线：设1—1断面参数为：P1，V1由能量平衡原理得：2—2断面参数为：P2，V222112222sPPVPVhgg钻进循环流动二、水功率传递的基本原理22112222sPPVPVhgg12PP12VVsPh钻进循环流动二、水功率传递的基本原理泥浆泵提供的压能全部用于沿途损耗。结论：沿途压耗组成：地面管汇压耗：Pg钻具内压耗：Pi钻头压耗：Pbit环空压耗：Pa（地面管汇，立管，水龙带，水龙头，方钻杆）（钻杆内，钻铤内）（钻杆外环空，钻铤外环空）钻进循环流动二、水功率传递的基本原理水功率传递原理：令：sgiabitPPPPPsgiabitNNNNN泵压分配关系泵功率分配关系lgiaPPPPlgiaNNNNslbitPPPslbitNNN结论：在泵功率一定的情况下，尽量减小循环压耗，是提高钻头水力参数的唯一途径。钻进循环流动三、钻井液循环流动压耗计算1.循环压耗的理论计算（1）计算原理2122lVPPPg由能量守恒原理：其中：wLfrf：管壁与流体之间的摩擦系数；rw：管路水力半径；()4hwDDr（环空）4iwdr（管内）钻进循环流动三、钻井液循环流动压耗计算1.循环压耗的理论计算22lifLVPd管内流压耗：22()lhfLVPDD环空流压耗：循环压耗计算的关键：流体与管壁的摩擦系数f钻进循环流动三、钻井液循环流动压耗计算1.循环压耗的理论计算（2）摩擦系数的计算A摩擦系数的影响因素摩擦系数是雷诺数的函数；()efFR摩擦系数与雷诺数的函数关系与泥浆的流态有关；雷诺数与泥浆的流变性有关，泥浆的流型不同，雷诺数的计算方法不同；钻进循环流动B层流时摩擦系数的计算（牛顿液）摩擦系数；16efR24efR（管内流）（环空流）雷诺数计算：iedVR()heDDVR（管内流）（环空流）钻进循环流动B层流时摩擦系数的计算（宾汉液）摩擦系数；16efR24efR（管内流）（环空流）雷诺数计算：0(1/6)iedVRd0()(1/6)heDDVRd（管内流）（环空流）钻进循环流动C紊流时摩擦系数的计算紊流状态下，尚未找到摩擦系数与雷诺数的准确函数关系。研究结果表明：所有流型的流体在紊流状态下都表现出与牛顿液相同的规律。紊流状态下牛顿液摩擦系数计算：求雷诺数查图表得摩擦系数钻进循环流动三、钻井液循环流动压耗计算2.循环压耗的实际计算⑴钻井循环管路中的流态管内流考虑方法：认为泥浆在整个循环管路中均为紊流。紊流环空流层流，紊流过渡带喷嘴处紊流钻进循环流动三、钻井液循环流动压耗计算2.循环压耗的实际计算⑵摩擦系数f计算实验研究表明：0.15~0.251efR钻井中取：0.2eAfR内平钻柱内：0.053A贯眼钻柱内，环空：0.059A钻进循环流动三、钻井液循环流动压耗计算2.循环压耗的实际计算⑵摩擦系数f计算认为泥浆属于宾汉液，雷诺数计算为：ieedVR()heeDDVR（管内流）（环空流）3.2se＝式中：ηs塑性粘度ηe当量紊流粘度钻进循环流动三、钻井液循环流动压耗计算2.循环压耗的实际计算⑶循环压耗的计算0.80.21.84.80.164meliLQPd（内平钻杆管内流）0.80.21.84.80.182meliLQPd（贯眼钻杆管内流）（环空流）0.80.21.831.80.182()()melhhLQPDDDD钻进循环流动三、钻井液循环流动压耗计算2.循环压耗的实际计算各物理量量纲：:lP压耗，帕；3:m泥浆密度，千克/米；e:泥浆当量紊流粘度，帕秒；L:管路长度，米；3Q:循环排量，米/秒；D:钻具外径，米；id:钻具内径，米；HD:井眼直径，米；钻进循环流动三、钻井液循环流动压耗计算3.循环管路的压耗系数由循环压耗计算公式可知：1.8lPQ1.8llPKQlK:循环压耗系数；lK=？钻进循环流动三、钻井液循环流动压耗计算3.循环管路的压耗系数⑴地面管汇压力降0.80.21.8g4.80.164meggLQPd令：0.80.2g4.8K0.164meggLd1.8gPKgQgK:地面管汇压耗系数；3.循环管路的压耗系数⑵钻杆段压力降0.80.21.84.80.164mepippiPLQd钻杆内压力降：钻杆外压力降：0.80.21.831.80.182()()mepaphphpPLQDDDD钻杆段压力降：0.80.20.80.21.84.831.80.1640.182()()memepppihphpPLQdDDDD3.循环管路的压耗系数⑵钻杆段压力降1.8ppPmLQm:钻杆压耗系数；钻杆段压力降：0.80.20.80.21.84.831.80.1640.182()()memepppihphpPLQdDDDD令：0.80.20.80.24.831.8m0.1640.182()()memepihphpdDDDD3.循环管路的压耗系数⑶钻铤段压力降0.80.21.84.80.164mecicciPLQd钻铤内压力降：钻铤外压力降：0.80.21.831.80.182()()mecachchcPLQDDDD钻铤段压力降：0.80.20.80.21.84.831.80.1640.182()()memecccihchcPLQdDDDD3.循环管路的压耗系数⑶钻铤段压力降1.8ccPKQcK:钻铤压耗系数；钻铤段压力降：0.80.20.80.21.84.831.80.1640.182()()memecccihchcPLQdDDDD令：0.80.20.80.2c4.831.8K0.1640.182()()memeccihchcLdDDDD3.循环管路的压耗系数⑷循环管路压耗系数循环管路压耗：lgpcPPPP1.81.81.8lgpcPKQmLQKQ1.8lgpcPKmLKQ（）pcLHL1.8lgccPmHKKmLQ（）cpLHL3.循环管路的压耗系数⑷循环管路压耗系数1.8lgccPmHKKmLQ（）cpLHL令：gccnKKmL1.8llPKQlK:循环压耗系数；1.8lPmHnQ（）令：lKmHn3.循环管路的压耗系数思考：cpLHL当泥浆性能改变后如何对m，n，Kl进行修正？如何实测循环管路压耗系数？作业：cpLHLPage171~Page172：5，6，7题