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钻井液常规计算公式

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钻井 常规 计算 公式
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钻井液常用计算 一、水力参数计算: (1、地面管汇压耗: × (Q/100) g/ l/s( 采用法定法量单位时, 采用英制单位时, 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 内径度 m 内径 度 m 内径度 m 内径 、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: 2× Q/1 的平均流速, m/s(ft/s); l/s( mm( 采用法定计量单位时, 3117 采用英制单位时,1。 ② 钻具内钻井液的临界流速 d× 1c m/s(ft/s); s( mm(g/ 用法定计量单位时, 用英制单位时, 1、 1。 ③ 如果 ≤ 流态为层流,钻具内的循环压耗为 5× L× 25× d+ L× 500× 如果 1c,则流态为紊流,钻具内的循环压耗为 L+ C7/, m( 的平均流速, m/s(ft/s); mm(g/ l/s( 用法定计量单位时, 采用英制单位时, 1、 1。 用法定计量单位时, 108;当采用英制单位时 , 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 Q× ( m/s(ft/s); l/s( mm(mm(用法定计量单位时, 3117;当采用英制单位时,1。 ② 环空内钻井液的临界流速 ((p )2× (p )× m/s(ft/s); 钻井液的屈服值, Pa(00 s( g/ mm(mm( 用法定计量单位时, 用英制单位时, 1、 1。 ③ 如果 环空流态为层流,环空压耗为 L× 00(p)+ L× 000× (p )2 ④ 如果 环空流态为紊流,环空压耗为 L+ p )3× ( 1。 82 m( 钻井液的屈服值, Pa(00 s( m/s(ft/s); mm(mm(g/ l/s( 用法定计量单位时, 采用英制单位时, 1、 1。 用法定计量 单位时, 108;当采用英制单位时, 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: 计 出后,可以判断钻头的水力工作方式 : 当 最大水力工作方式,相等为最优; 当 最大冲击工作方式,相等为最优; 二、钻井液流变参数计算:( 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: 00/θ 300 稠度系数: θ 600/1022性粘度: θ 60000 屈服值: (θ 300× 效视粘度: μ 1006× V1/d) 钻井液流变指 数 无因次; 井液稠度系数 , 00 钻井液的屈服值, Pa(00 s( μ 钻具内的有效视粘度, s(θ 60000 转/分的读数; θ 30000 转/分的读数; 的平均流速, m/s(ft/s); mm( 数。当采用法定计量单位时, 采用英制单位时, 1。 用法定计量单位时, 采用英制单位时, 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: 00/θ 3 环空稠度系数: θ 600/511效视粘度: μ 1006× V1/d)钻具内部的流性指数,无因次; 钻具内的稠度系数, 00 μ 钻具内的有效视粘度, s(θ 300――旋转粘度计在转速为 300 转/分的读数; θ 3――旋转粘度计在转速为 3 转/分的读数 (又叫钻井液的初切力 ); 钻井液在环空中的流速 ; m/s(ft/s); mm( mm( 用法定计量单位时, 采用英制单位於时, 1。 在环空流域, n 值越低,层流的流型越 好。 n≤ ,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 ∝ θ 6000。 5- θ 3000。 5) η ∝ ――极限高剪切粘度,与钻头的水眼粘度十分接近, s( θ 600――旋转粘度计在转速为 600 转/分的读数; θ 300――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: 28 ((3)/4np)钻具内的雷诺数,无因次; 钻具内液流的流速 ; m/s(ft/s); mm( g/ μ 钻具内的有效视粘度, s(钻具内的流性指数,无因次; 用法定计量单位时, 采 用英制单位时, 1。 ( 2)环空的雷诺数 28( ((2)/3na)a――环空的液流的流速 ; m/s(ft/s); mm( mm( g/ μ 环空的有效视粘度, s(环空的流性指数,无因次; 用法定计量单位时, 采用英制单位时, 1。 ( 3)环空流态的判别 层流 3470- 1370渡流 3470- 1370 4270- 1370流 4270- 1370环空临界雷诺数,无因次; 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×( 2- ――环空流态稳定参数,无因次; 环空的流性指数,无因次; 环空流速 ; m/s(ft/s); 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 186/ b――临界剪切速率 ;1/s; mm( g/ 用法定计量单位时, 采用英制单位时, 1。 ( 2)岩屑的剪切应力 τ p= (T× ( p――岩屑的剪切应力 ; Pa(00 mm( g/ 用法定计量单位时, 采用英制单位时, 1。 用法定计量单位时, 采用英制单位时, 1。 ( 3)岩屑的剪切速率 (τ p/ ―― 岩屑的 剪切速率, 1/s; τ p――岩屑的剪切应力 ; Pa(00 环空的流性指数,无因次; 环空稠度系数, 00 用法定计量单位时, 采用英制单位时, 1。 ( 4)岩屑的下没速度 若 τ p× (中 m/s(ft/s); τ p――岩屑的剪切应力 ; Pa(00 岩屑的剪切速率, 1/s; mm( g/ 用法定计量单位时, 采用英制单位时, 1。 2、紊流条件下岩屑的运移 ( 1)岩屑的剪切应力 τ p= (T× (中 τ p――岩屑的剪切应力 ; Pa(00 mm( g/ 用法定计量单位时, 采用英制单位时, 1。 用法定计量单位时, 采用英制单位时, 1。 ( 2)岩屑的下涫速度 τ p/中 m/s(ft/s); τ p――岩屑的剪切应力 ; Pa(00 岩屑的剪切速率, 1/s; g/ 用法定计量单位时, 采用英制单位时, 1。 3、 岩屑的运移效率 (1) 岩屑的运动速度 ( 4- 45) 式中: m/s (ft/s); m/s (ft/s) m/s (ft/s)。 ( 2)岩屑的运移效率 m× 100%= (1a)× 100% (4 式中: 岩屑的运移效率,又叫钻井液的携岩能力或井眼净化能力,%; 岩屑运移速度, m/s (ft/s); 岩屑的下沉速度 , m/s (ft/s); 钻井液的环空返速, m/s (ft/s)。 五、岩屑浓度与有效钻井液密度 1、钻井液中岩屑的浓度 Q× 100 岩屑浓度(体积百分比),%; 机械钻速, m/h (ft/h); ―井眼直径, 岩屑的运移效率,% Q――排量, l/s ( 与单位有关的系数。当采用法定计量单位时, 3117;当采用英制单位时,1。 2、井眼中的有效钻井液密度 井内的钻井液,由于混入了钻头切削出来的岩屑,因而其实际密度与地面所测量出来的密度是不相等的。根据岩屑的密度和浓度 ,便可计算出井内的有效钻井液密度: c× [00]+[1- 00] 式中: 眼的有效钻井液密度(即包括了岩屑等固相物质后的钻井液密度) ,g/ 岩屑的密度, g/ 般为 2. 6- 2. 7 g/ 21. 7- 22. 5 ; 岩屑的浓度(体积百分比),%; 钻井液密度, g/ 六 、配置及固相分析 ⑴配制低密度钻井液所需粘土量 土 ( ρ 泥 ) ρ 土 式中 : 吨 (t); ρ 土 克 /厘米 3(g/ ρ 水 克 /厘米 3(g/ρ 泥 克 /厘米 3(g/米 3( ⑵配制低密度钻井液所需水量 - ρ 土 式中 : 米 3( 米 3( 吨 (t); ρ 土 克 /厘米 3(g/ ⑶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 加 ( ρ 重 ) ρ 加 式中 : 吨 (t); ρ 原 克 /厘米 3(g/ ρ 重 克 /厘米 3(g/ρ 加 克 /厘米 3(g/米 3( ②配制预定体积的加重钻井液所需加重剂的重量 加 ( ρ 重 ) ρ 加 式中 : 吨 (t); ρ 原 克 /厘米 3(g/ ρ 重 克 /厘米 3(g/ρ 加 克 /厘米 3(g/米 3( ③用重晶石加重钻井液时体积增量 100( ρ 2) V= 式中 : V 00米 3( ρ 1克 /厘米 3(g/ρ 2克 /厘米 3(g/克 /厘米 3(g/④降低钻井液密度所需加水量 ρ 原 ) ρ 稀 式中 : 米 3( ρ 原 克 /厘米 3(g/ ρ 水 克 /厘米 3(g/ρ 稀 克 /厘米 3(g/米 3( + ρ = 中 : ρ 克 /厘米 3(g/(ρ 1克 /厘米 3(g/(ρ 2克 /厘米 3(g/(米 3(( . 米 3(( . ⑴钻井液低密度固相体积百分比 [( ρ f)+( ρ b)+( ρ o)] m) (ρ g) 式中 : 比 , %. ρ 克 /厘米 3(g/ %. %. ρ 克 /厘米 3(g/ %. ρ 克 /厘米 3(g/ ρ 克 /厘米 3(g/ρ 1克 /厘米 3(g/(均 ⑵钻井液高 密度固相体积百分比 100(ρ m) -[( ρ f)+( ρ 1g)+( ρ o)] (ρ g) 式中 : %. 其余各项符号的说明同上一个公式一样 . ⑶搬土含量的校正 1g( 式中: 克当量 /100克; %; %; %; 采用法定计量单位时, 采用英制单位时 ,。 克当量 /100克; 克当量 /100克 (若未知 ,一般可为 60)。 ⑷加重后钻井液的最佳固相体积百分比(经验公式) ( 3*中: % /厘米 3(磅 /加仑); 采用法定计 量单位时, 采用英制单位时 ,。 ⑸高密度钻井液的固相体积百分比近似值: *式中: % /厘米 3(磅 /加仑); 采用法定计量单位时, 采用英制单位时 ,。 ⑹钻井液中钻屑浓度近似值 屑 = 中 : 千克 /米 3(磅 /桶 ) 千克 /米 3(磅 /桶 ) 千克 /米 3(磅 /桶 ) ⑺由低密度固相体积百分比计算低密度固相浓度 14 式中 : 千克 /米 3(磅 /桶 ) %; 当采用法定计量单位时 ,采用括号内的英制单位时 ,。 ⑻低密度固相体积百分含量的最佳值可由下式进行估算: l*)=[(W*(O)-( )]0000 式中: % /厘米 3( %(体积) 液的氯根含量, mg/l(采用所列法定计量单位时, 采用括号内英制单位时 , l 采用单位有关的系数。当采用所列法定计量单位时, f ,ρ 采用括号内单位时, ⑼可用如下办法估算钻井液的钻屑与当量搬土含量的比值: 钻屑含量 当量搬土含量 中: — 钻井液中 低密度固相浓度, kg/m3( — 亚甲基蓝试验测定的当量搬土含量, kg/m3( ⒋固相对机械钻速的影响 ⑴按照钻井液类型由亚甲基蓝试验测定的当量搬土含量估算小于 1微米的细颗粒固相的含量,公式如下: F = 式中: F——— 钻井液中小于 1微米的细颗粒固相含量, kg/m3( 钻井液亚甲基蓝试验测定的当量搬土含量, kg/m3( R——— 由钻井液类型决定的系数,分散性钻井液一般为 分散聚合物钻井液一般为 ⑵钻井液中大于 1微米的粗颗粒固相含量可由总固相含量减去细颗粒固相含量来得到 : C=中: C ——— 钻井液中大于 1微米的细颗粒固相含量, kg/m3( — 钻井液中总的固相含量, kg/m3( F ——— 钻井液中小于 1微米的细颗粒固相含量, kg/m3( ⑶求出对照井和当前井的细颗粒固相含量和粗颗粒固相含量以后,再代入下面的公式估算当前井的机械钻速针它与对照井的机械钻速地照便可了解机械钻速变化情况: = * 式中: — 当前井的机械钻速, m/h(ft/h); — 对照井的机械钻速, m/h(ft/h); —— 对照井的细颗粒固相含量, kg/m3( —— 当前井的细颗粒固相含量, kg/m3( —— 当前井的粗颗粒固相含量, kg/m3( —— 与采用单位有关 的系数,当采用所列法定计量 采用括号内英制 。 ⑷若与清水钻井相比,则当前井机械钻速降低的百分数可由下式计算: N = 100*( *中: N———— 与清水钻进相比机械钻速下降的百分数, % —— 当前井钻井液中小于 1微米的细颗粒固相含量, kg/m3( —— 当前井钻井液中大于 1微米的粗颗粒固相含量, kg/m3( —— 与采用单位有关的系数。当采用所列法定计量单位时, = 当采用括号 内英制单位时, =1。 ⒍利用屈服值进行的经验计算 ⑴由屈服值确定起下钻时克服抽汲 (负波动作用 )的安全钻井液密度的公式如下 : 6 = + 式中: —— 起钻时克服抽汲作用 安全钻井液密度, g/—— 钻井液屈服值, Pa(00—— 井眼直径, mm(—— 钻杆直径, mm(—— 平衡地层压力所需的钻井液密度, g/—— 与采用单位有关的系数。当采用所列法定计量单位时, 采用括号内英制单位时, 1。 ⑵由屈服值估算当量循环密度的经验公式: 6 + 0(式中: —— 当量循环密度, g/—— 钻井液屈服值, Pa(00—— 井眼直径, mm(—— 钻杆直径, mm(—— 井内钻井液密 度, g/—— 与采用单位有关的系数。当采用所列法定计量单位时, 采用括号内英制单位时, 1。 ⑶由屈服值估算环形空间压力损失(层流时)的经验公式: H*7 + 55(式中: —— 环形空间压力损失, H———— 井段长度, m(—— 钻井液屈服值, Pa(00—— 井眼直径, mm(—— 钻杆直径, mm(—— 与采用单位有关的系数。当采用所列法定计量单位时, 当采用括号内英制单位时, 1。 7、固控设备使用分析计算 ⑴钻井液消耗量的估算: ( ]+[1]中: , 数(所钻岩屑的单位测定时间)。 ⑵、有效率 ( 计算: 排出的钻屑( kg/h) =Q( m3/h) *底流中钻屑百分数 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稀释量和所钻地层的体积以及钻井液固相分析得出的最大钻屑含量,可以用下式求出固控设备的有效率: 1-[需要的稀释量( *最大的钻屑含量百分数 /100]/所钻地层体积( }*100 ⑶、使用固控设备而节约的稀释量的经济分析(非加重钻 井液) 同样,求出某台设备的排泄速度 Q( m3/h),其次分别计算出钻井液中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。已知: 式中 : g/ g/ 代入式中 : **( ( 求出相当的稀释量 m3/h) 中外常用钻井液处理剂名称对照及主要用途 表 1 粘土类 通称或主要成份 中国名称 外国名称 主要用途 优质膨润土 天然钠质土 基钻井液中提粘,降滤失建造泥饼及堵漏 未处理天然膨润土 试验用钠膨润土 T 基钻井液中得粘,降滤失建造泥饼 经处理过的高造浆膨润土,增效搬土 基钻井液中提粘,表层钻井快速增粘剂 行标二级膨润土 基钻井液中提粘,降滤 失建造泥饼 累托石粘土 累托土 水基钻井液中提粘,降滤失建造泥饼 山软木土 凹凸棒石抗盐 t 水钻井液中提粘,建造泥饼及堵漏 海泡石粘土 海泡石 ( L— ZⅡ) 水钻井液和高温井钻井液提粘,其他钻井液 也适用 高岭土 钻井液用评价土 英国评价土 钻井液试验用 有机粘土 (见油基钻井液的添加剂类) 油基钻井液中提粘, 降滤失建造 泥饼 表 2 加重材料 通称或主要成份 中国名称 外国名称 主要用途 ( 重晶石粉 种钻井液加重剂或配 重晶石英钟浆封堵又 喷又漏 铁矿粉 氧化铁粉 镜铁矿粉 钒钛铁矿粉 钛铁矿粉 种钻井液中加重及 封堵又喷又漏 碳酸钙粉( 石灰石粉 碳酸钙粉 5 酸溶性加重剂 通称或主要成份 中国名称 外国名称 主要用途 重晶石与赤铁矿混合物 种钻井加重材料及 封堵又喷又汛 方铅矿粉 (方铅矿粉 硫化铅
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