钻井液常规计算公.docx
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钻井液常规计算公.docx
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钻井液常规计算公
钻井液经常使用计算
一、水力参数计算:
(p196-199)
一、地面管汇压耗:
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,当采纳法定法量单位时,C1=;当采纳英制单位时,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
2
3
4
2、确信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/×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。
当采纳法定计量单位时,C2=3117采纳英制单位时,C2=1。
2钻具内钻井液的临界流速
V1c=×PV+(PV2+×d2×YP×MW×C3)/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,(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。
采纳法定计量单位时,C3=,C4=;采纳英制单位时,C3=一、C4=1。
3若是≤V1c,那么流态为层流,钻具内的循环压耗为
Pp=C5×L×YP/225×d+C6×V1×L×PV/1500×d2
4若是V1>V1c,那么流态为紊流,钻具内的循环压耗为
Pp=××××L+C7/
Pp---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。
采纳法定计量单位时,C5=,C6=;当采纳英制单位时,C5=一、C6=1。
C7------与单位有关的系数。
采纳法定计量单位时,C7=×108;当采纳英制单位时,C7=1。
3、环空的钻井液流态确信及压耗计算
1环空内钻井液的平均流速
Va=Q×C2/(Dh2-Dp2)×
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。
采纳法定计量单位时,C2=3117;当采纳英制单位时,C2=1。
②环空内钻井液的临界流速
Vac=×PV+×(PV2+(Dh-Dp)2×YP×MW×C3)/MW×(Dh-Dp)×C4
Vac-------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(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。
采纳法定计量单位时,C3=,C4=;采纳英制单位时,C3=一、C4=1。
③若是Va≤Vac,那么环空流态为层流,环空压耗为
Pa=C3×L×YP/200(Dh-Dp)+C6×Va×L×C7/1000×(Dh-Dp)2
④若是Va>Vac,那么环空流态为紊流,环空压耗为
Pa=××Dp)3×(Dh+Dp)1。
82
Pa---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(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。
采纳法定计量单位时,C5=,C6=;当采纳英制单位时,C5=一、C6=1。
C7------与单位有关的系数。
采纳法定计量单位时,C7=×108;当采纳英制单位时,C7=1。
4、依照前面求出的地面压耗和钻具内外各段的循环压耗,即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,能够判定钻头的水力工作方式:
当Pt≤Pca,是最大水力工作方式,相等为最优;
当Pt≤,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)
一、在钻具内部,剪切速度中等,以宾汉模式和修正幂率模式为主。
流性指数:
np=×logθ600/θ300
稠度系数:
Kp=×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,100ft2;
YP--钻井液的屈服值,Pa(lbs/100ft2);
PV------钻井液塑性粘度(cps);
μcp――钻具内的有效视粘度,(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。
当采纳法定计量单位时,C20=;当采纳英制单位时,C20=1。
C21------与单位有关的系数。
采纳法定计量单位时,C21=×;当采纳英制单位时,C21=1。
2、在环空流速区,剪切速度较低,应用修正幂率模式较吻合实际。
环空流性指数:
na=×logθ300/θ3
环空稠度系数:
Ka=×θ600/511na
有效视粘度:
μca=100Kp(96×V1/d)np-1×C21
na――钻具内部的流性指数,无因次;
Ka――钻具内的稠度系数,100ft2;
μca――钻具内的有效视粘度,(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。
采纳法定计量单位时,C21=×;当采纳英制单位於时,C22=1。
在环空流域,n值越低,层流的流型越好。
n≤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,剪切速度越高,卡森模式与实际的流变曲线很接近。
极限高剪切粘度:
η∝=×(θ6000。
5-θ3000。
5)
η∝――极限高剪切粘度,与钻头的水眼粘度十分接近,(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;
若是钻井液的剪切稀释特性良好,那么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:
一、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);
MW----钻井液密度,g/cm3(ppg);
μcp――钻具内的有效视粘度,(cps)
np――钻具内的流性指数,无因次;
C23------与单位有关的系数。
采纳法定计量单位时,C23=;当采纳英制单位时,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);
MW----钻井液密度,g/cm3(ppg);
μca――环空的有效视粘度,(cps)
na――环空的流性指数,无因次;
C23------与单位有关的系数。
采纳法定计量单位时,C23=;当采纳英制单位时,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、用环空流态稳固参数Z值判别环空流态
Z=808×(Va/Vc)2-na
Z――环空流态稳固参数,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);
假设Z>808,环空流态为紊流;
假设Z≤808,环空流态为层流;
Z值只适用于判定环空的流态,对钻具内的流态不能用它来判定。
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
一、层流条件下岩屑的运移
(1)临界剪切速度
Vb=186/C25×dc×
Vb――临界剪切速度;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。
采纳法定计量单位时,C25=;当采纳英制单位时,C25=1。
(2)岩屑的剪切应力
τp=×C26/(T××MW))
τp――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。
采纳法定计量单位时,C26=;当采纳英制单位时,C25=1。
C27------与钻井液密度单位有关的系数。
采纳法定计量单位时,C27=;当采纳英制单位时,C27=1。
(3)岩屑的剪切速度
Vp=(C28×τp/Ka)1/na
Vp――岩屑的剪切速度,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,100ft2;
C28------与单位有关的系数。
采纳法定计量单位时,C28=;当采纳英制单位时,C28=1。
(4)岩屑的下没速度
若Vp<Vb那么岩屑的下沉速度为
Vs=×C29×τp×(Vp×dc/
式中Vs-----岩屑的下沉速度,m/s(ft/s);
τp――岩屑的剪切应力;Pa(lb/100ft2);
Vp――岩屑的剪切速度,1/s;
dc------岩屑的直径,mm(in);
MW----钻井液密度,g/cm3(ppg);
C29------与单位有关的系数。
采纳法定计量单位时,C29=;当采纳英制单位时,C29=1。
2、紊流条件下岩屑的运移
(1)岩屑的剪切应力
τp=×C26/(T××MW))
式中τp――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。
采纳法定计量单位时,C26=;当采纳英制单位时,C25=1。
C27------与钻井液密度单位有关的系数。
采纳法定计量单位时,C27=;当采纳英制单位时,C27=1。
(2)岩屑的下涫速度
Vs=×τp/×C30
式中Vb-----岩屑的下沉速度,m/s(ft/s);
τp――岩屑的剪切应力;Pa(lb/100ft2);
Vp――岩屑的剪切速度,1/s;
MW----钻井液密度,g/cm3(ppg);
C30------与单位有关的系数。
采纳法定计量单位时,C30=0.22036;当采纳英制单位时,C30=1。
3、岩屑的运移效率
(1)岩屑的运动速度
Vt=Va-Vm(4-45)
式中:
Vt------岩屑运移速度,m/s(ft/s);
Va-------钻井液的环空返速,m/s(ft/s)
Vm-------岩屑的下沉速度,m/s(ft/s)。
(2)岩屑的运移效率
Et=Vt/Vm×100%=(1-Vm/Va)×100%(4---46)
式中:
Et――岩屑的运移效率,又叫钻井液的携岩能力或井眼净化能力,%;
Vt――岩屑运移速度,m/s(ft/s);
Vs――岩屑的下沉速度,m/s(ft/s);
Va――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
一、钻井液中岩屑的浓度
Ca=ROP×Dh2/×Et×Q×C2×100
Ca――岩屑浓度(体积百分比),%;
ROP――机械钻速,m/h(ft/h);
Dh――井眼直径,mm(im);
Et――岩屑的运移效率,%
Q――排量,l/s(gal/min);
C2――与单位有关的系数。
当采纳法定计量单位时,C2=3117;当采纳英制单位时,C2=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,因此其实际密度与地面所测量出来的密度是不相等的。
依照岩屑的密度和浓度,即可计算出井内的有效钻井液密度:
MWc=Gc×[Ca/100]+MW×[1-Ca/100]
式中:
MWc―井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/cm3(ppg);
Gc――岩屑的密度,g/cm3或ppg(一样为2.6-2.7g/cm3或21.7-22.5ppg);
Ca――岩屑的浓度(体积百分比),%;
MW――钻井液密度,g/cm3(ppg)。
六、配置及固相分析
1.钻井液配制与加重的计算
⑴配制低密度钻井液所需粘土量
V泥ρ土(ρ泥-ρ土)
W土=
ρ土-ρ水
式中:
W土------所需粘土重量,吨(t);
ρ土------粘土密度,克/厘米3(g/cm3);
ρ水------水的密度,克/厘米3(g/cm3)
ρ泥------欲配制的钻井液的密度,克/厘米3(g/cm3)
V泥------欲配制的钻井液的体积,米3(m3).
⑵配制低密度钻井液所需水量
W土
V水=V泥-
ρ土
式中:
V水-------所需水量,米3(m3).
V泥-------欲配制的钻井液的体积,米3(m3).
W土-------所需粘土重量,吨(t);
ρ土------所用粘土密度,克/厘米3(g/cm3);
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
V原ρ加(ρ重-ρ原)
W加=
ρ加-ρ重
式中:
W加------所需加重剂重量,吨(t);
ρ原------原有钻井液的密度,克/厘米3(g/cm3);
ρ重------钻井液欲加重的密度,克/厘米3(g/cm3)
ρ加------加重剂的密度,克/厘米3(g/cm3)
V原------原有钻井液的体积,米3(m3).
②配制预定体积的加重钻井液所需加重剂的重量
V重ρ加(ρ重-ρ原)
W加=
ρ加-ρ重
式中:
W加------所需加重剂重量,吨(t);
ρ原------原有钻井液的密度,克/厘米3(g/cm3);
ρ重------钻井液欲加重的密度,克/厘米3(g/cm3)
ρ加------加重剂的密度,克/厘米3(g/cm3)
V重------加重后钻井液的体积,米3(m3).
③用重晶石加重钻井液时体积增量
100(ρ2-ρ1)
V=
ρ2
式中:
V-------每100m3原有钻井液加重后体积增加量,米3(m3).
ρ1------加重前钻井液的密度,克/厘米3(g/cm3)
ρ2------加重后钻井液达到的密度,克/厘米3(g/cm3)
一样重晶石的密度,克/厘米3(g/cm3)
④降低钻井液密度所需加水量
V重(ρ原-ρ稀)
V水=
ρ稀-ρ水
式中:
V水------所需加水的体积,米3(m3);
ρ原------原有钻井液的密度,克/厘米3(g/cm3);
ρ水------水的密度,克/厘米3(g/cm3)
ρ稀------加水后钻井液的密度,克/厘米3(g/cm3)
V原------原有钻井液的体积,米3(m3).
2.两种不同密度钻井液混合后的密度
V1ρ1+V2ρ2
ρ=
V1+V2
式中:
ρ-------混合后钻井液的密度,克/厘米3(g/cm3)/(ppg)
ρ1-------混合前第一种钻井液的密度,克/厘米3(g/cm3)/(ppg)
ρ2-------混合前第二种钻井液的密度,克/厘米3(g/cm3)/(ppg)
V1-------混合前第一种钻井液的体积,米3(m3)/(bbl).
V2-------混合前第二种钻井液的体积,米3(m3)/(bbl).
3.固相分析计算
⑴钻井液低密度固相体积百分比
[(Vw)(ρf)+(Vss)(ρb)+(Vo)(ρo)]-100(ρm)
V1g=
(ρb-ρ1g)
式中:
Vw-------对溶解的盐校正过的含水体积百分比,%.
ρf-------对溶解的盐校正过的的密度,克/厘米3(g/cm3)
V1g-------低密度固相的体积百分比,%.
Vss-------悬浮固相的体积百分比,%.
ρb-------所用加重材料的密度,克/厘米3(g/cm3)
Vo-------油的体积百分比,%.
ρo-------油的密度,克/厘米3(g/cm3);
ρm-------钻井液的密度,克/厘米3(g/cm3)
ρ1g------低密度固相的密度,克/厘米3(g/cm3),~,平均
⑵钻井液高密度固相体积百分比
100(ρm)-[(Vw)(ρf)+(Vss)(ρ1g)+(Vo)(ρo)]
Vb=
(ρb-ρ1g)
式中:
Vb-------加重材料的体积百分比,%.
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
×MBT×C2
CEC平均=
V1g
V1g(CEC平均-CEC钻屑)
V搬土=
CEC搬土-CEC钻屑
V钻屑=V1g-V搬土
式中:
CEC平均-----钻井液中全数低密度固相的平均阳离子互换容量,毫克当量/100克;
V搬土-------钻井液中校正后搬土的体积百分比,%;
V1g-------钻井液中低密度固相体积百分比,%;
V钻屑-------钻井液中钻屑体积百分比,%;
MBT--------钻井液亚甲基蓝实验测定的当量搬土含量,
C2--------与MBT采纳单位有关的系数。
当采纳法定计量单位时,C2=,当采纳英制单位时,C2=1。
CEC钻屑-----钻屑的阳离子互换容量,毫克当量/100克;
CEC搬土-----般土的阳离子互换容量,毫克当量/100克(假设未知,一样可为60)。
⑷加重后钻井液的最正确固相体积百分比(体会公式)
V固=(MW*C3-6)*
式中:
V固------加重钻井液固相体积百分比的最正确值,%
MW------钻井液的密度,克/厘米3(磅/加仑);
C3-----与MW采纳单位有关的系数,当采纳法定计量单位时,C3=;当采纳英制单位时,C3=1。
⑸高密度钻井液的固相体积百分比近似值:
V固≈MW*2*C3
式中:
V固-------高密度钻井液的固相体积百分比近似值,%
MW-------高密度钻井液的密度,克/厘米3(磅/加仑);
C3------与MW采纳单位有关的系数,当采纳法定计量单位时,C3=;当采纳英制单位时,C3=1。
⑹钻井液中钻屑浓度近似值
LGS-MBT
D屑=
式中:
D屑-------钻井液中钻屑的浓度近似值,千克/米3(磅/桶)
LGS-------低密度固相浓度,千克/米3(磅/桶)
MBT-------亚甲基蓝实验测定的当量搬土含量,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
LGS=V1gs**C4
式中:
LGS-------低密度固相浓度,千克/米3(磅/桶)
V1gs-------低密度固相体积百分比,%;
C4-------与LGS采纳单位有关的系数.当采纳法定计量单位时,C4=;当采纳括号内的英制单位时,C4=1。
⑻低密度固相体积百分含量的最正确值可由下式进行估算:
*Cl*C5
VLDS(%)=[*MW*C3)+*VO)-()]
10000
式中:
VLDS-------低密度固相最正确体积百分含量,%
MW-------钻井液密度,克/厘米3(ppg)
VO--------钻井液中含油量,%(体积)
Cl--------钻井液滤液的氯根含量,mg/l(ppm)
C3--------与MW采纳单位有关的系数。
当采纳所列法定计量单位时,C3=;当采纳括号内英制单位时,C3=1
C5-------与Cl采纳单位有关的系数。
当采纳所列法定计量单位时,C5=ρf,ρf为钻井液滤液的密度;当采纳括号内单位时,C5=1
⑼可用如下方法估算钻井液的钻屑与当量搬土含量的比值:
钻屑含量LDS-MBT
=
当量搬土含量MBT
式中:
LDS———钻井液中低密度固相浓度,kg/m3(ppb);
MBT———亚甲基蓝实验测定的当量搬土含量,kg/m3(ppb);
⒋固相对机械钻速的阻碍
⑴依照钻井液类型由亚甲基蓝实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=MBT*R
式中:
F———钻井液中小于1微米的细颗粒固相含量,kg/m3(ppb);
MBT——钻井液亚甲基蓝实验测定的当量搬土含量,kg/m3(ppb);
R———由钻井液类型决定的系数,分散性钻井液一样为,粗分散性钻井液一样为,不分散聚合物钻井液一样为。
⑵钻井液中大于1微米的粗颗粒固相含量可
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