循环流动压耗计算
钻井液常规计算公式
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mm1 12.2 76.2 13.7 50.8 1.2 50.8 12.2 57.2 1.02 12.2 88.9 16.8 63.5 1.5 57.2 12.2 82.6 0.363 13.7 101.6 16.8 76.2 1.5 57.2 12.2 82.6 0.224 13.7 101.6 16.8 76.2 1.8 76.2 12.2 101.6 0.152、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。
循环压力计算
P铤内7''
0 MPa P铤外7''
P铤内8''
1.93206113 MPa P铤外8''
P铤内9''
0.757393625 MPa P铤外9''
循环压耗
17.92103218 MPa 环空压耗
钻头压降
2.35458308 MPa P扶正器外
总压降
20.27561526 MPa 喷射速度
V返5"DP：
9"钻铤内径
76.2 mm 9"钻铤外径
扶正块长
0.68 m 扶正块外径
P杆内5''
7.95289043 MPa P杆外5''
P杆内5.5''
0 MPa P杆外5.5''
P加重钻杆内 1.941013747 MPa P加重钻杆外
P铤内6-1/4''
2.932592787 MPa P铤外6-1/4''
压力计算
水眼1#
22 mm 水眼5#
水眼2#
18 mm 水眼6#
水眼3#
22 mm 水眼7#
水眼4#
mm 水眼8#
水眼总面积
1014.7368
5"钻杆长
1550 m 井眼直径
5.5"钻杆长
0 m 井深
加重钻杆长
86 m 套管直径
6-1/4"钻铤长
85 m 套管下深
7"钻铤长
0 m 泥浆比重
8"钻铤长
56 m 塑性粘度
9"钻铤长
浅谈钻完井作业中的循环压耗及当量井径
浅谈钻完井作业中的循环压耗及当量井径摘要：泵压、排量、扭矩、钻压、游车悬重、返出流量是在钻井过程中判断井下情况的最主要的参数。
通过上述参数的变化，不仅可以判断出井下钻具工作是否正常，而且可以初步判断井下复杂情况。
本文在现有计算循环压耗公式的基础上，计算出每口井的当量井径。
当量井径是一个虚拟量，其变化可以反映出泥浆性能、井眼清洁情况。
在井下动力钻具和钻头情况正常的条件下，通过对比邻井的当量井径，来判断泵压和机械钻速是否正常，并结合BZ25-1 C/F平台的钻井数据，证明使用当量井径定量地判断井下情况的可行性。
关键词：当量井径泥浆机械钻速泵压循环1、前言循环系统压力损耗的计算是一个非常复杂的问题。
一方面钻井液是一种非牛顿流体，其流变性变化较大，有多种流型；另一方面钻井液循环系统各部分的尺寸不同，在同一排量下，各部分的流态也不同；且钻井过程中钻柱在井内是旋转的，钻井液在钻柱内和环空中的流动并不是纯粹的轴向流动。
因此，在工程计算上要在精度允许的范围内对循环系统的流动问题进行了适当简化。
2、计算：循环系统的压耗主要是在钻柱内部，环空压耗在数值上较小，整个循环系统全按紊流流态计算，在工程上是可以保证足够精度的。
另外，在紊流流态下，钻井液流动的剪切速率较高，高剪切速率条件下，不同流动形态钻井液的流变性比较接近，将钻井液都看作是宾汉流体，在工程计算中也可以达到足够的精度。
下面以BZ25-1 C1w井8-1/2”井眼计算为例计算井眼循环压耗：C1w8-1/2”井眼钻具组合：8-1/2”＋X/O＋6-3/4”PDM＋8-1/8”STB＋6-1/2”NMDC＋6-1/2”MWD＋6-1/2”NMDC ＋6-1/2”F/V＋6-3/4”（F/J+JAR）＋HWDP14＋5”DP钻至井深4012米时的C1w钻井参数：泵压20.7Mpa；钻头水眼18×3＋16×3；泵速105SPM；钻井泵每冲排量19.575L。
系统压力损失及流量平衡
管道系统的压力损失和流量平衡意大利卡莱菲公司北京办事处舒雪松一、平衡流量指系统的压头（扬程）改变后随之改变的新流量。
它可以通过以下公式计算：G1 = G ×（H1/H）0.525公式（1）其中：G1=系统平衡后流量（新流量）H1=系统新的压头G=系统原流量H=系统原压头注：G1，G，H1，H的单位应该一致。
比如G用m3/h为单位，则G1也应该是m3/h。
以上公式根据流体动力学的理论衍变出来，它假设在水循环系统中，压力损失的总和与流量的指数为1.9的关系，即Z=ΔP X G 1.9, Z就是系统流量曲线的特征系数。
这个公式适合于我们在上一个章节里讲到的高、中、低粗糙度管道。
新流量与原流量的关系通过倍率F表述：F = G1 / G公式（2）这个倍率用于确定系统经过平衡后每个支路、末端的新流量。
范例（1）一个传统双管系统的平衡流量计算方式回路A回路B汇合点N 图1如图1所示：循环回路A有四个末端，其特征为：HA=980mm水柱（扬程）GA=550 l/h(流量)G1=160 l/h , G2=140 l/h, G3=140 l/h, G4=110 l/h循环回路B有3个末端，其特征为：HB=700mm水柱（扬程）GB=360 l/h (流量)G5=140 l/h ，G6=120 l/h，G7=100 l/h现在，如果A、B回路汇合到一起，其流量及压损特征都会产生变化。
以下我们将用3种方式进行计算。
在AB汇合后，其汇合点的压差一致。
这个压差值可以选择其中一个回路的压差值或者重新设定一个压差值。
A，按压差值大的回路A为标准计算：即Hn=HA=980mm水柱，因此只需要平衡回路B的流量。
通过公式（1）计算B回路的新流量，得出：GBn=GB×(Hn/HB) 0.525=360×(980/700) 0.525 = 429.5 l/h通过公式（2）得到倍率F=429.5/360=1.193因此，B回路每个末端新的流量就变为:G5=140×F=167 l/h，G6=120×F =143 l/h，G7=100×F=119 l/hB，按压差值小的回路B为标准计算：即Hn=HB=700mm水柱，因此只需要平衡回路A的流量，通过公式（1）计算A回路新流量，得出：GAn=GA×(Hn/HA) 0.525=550×(700/980) 0.525 = 460.9 l/h通过公式（2）得到倍率F=460.9/550=0.838因此可以计算出A回路每个末端的新流量：G1=160×F=134 l/h，G2=140 ×F =117 l/h，G3=140 ×F =117 l/h，G4=110×F=92 l/hC，按平均压差值为标准计算：即Hn =（HB+HA）/2 = 840mm水柱，因此A，B回路流量却需要进行平衡，通过公式（1）计算A，B回路新流量，得出：Gan = GA×(Hn/HA) 0.525 = 550×(840/980) 0.525 = 507.2 l/hGBn = GB×(Hn/HB) 0.525 = 360×(840/700) 0.525 = 396.2 l/h通过公式（2）得到倍率：FA=507.2/550=0.922，FB=396.2/360=1.101，因此可以计算出A和B回路每个末端的新流量：G1=160×FA=147 l/h，G2=140 ×FA =129 l/h，G3=140 ×FA =129 l/h，G4=110×FA=101 l/h，G5=140×FB=154 l/h，G6=120 ×FB =132 l/h，G7=100×FB=110 l/h结论：按大的压差计算方法保证了最远端的热效率，但在压差更小的回路内末端流量大于设计流量，因此在这个环路内可能造成过高的流速。
循环流动压耗计算
Re f 24 Re
（管内流） （环空流）
雷诺数计算：
Re
di V
（管内流）
( Dh D) V Re
（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； f 16
Re f 24 Re
（管内流） （环空流）
雷诺数计算：
rw：管路水力半径；
L f rw
( Dh D ) rw 4
（环空）
（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 管内流压耗：
2 f L V 2 P l di
环空流压耗：
2 f L V 2 P l ( Dh D)
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
2. 循环压耗的实际计算 ⑴ 钻井循环管路中的流态 管内流 环空流 喷嘴处 紊流 层流，紊流过渡带 紊流
考虑方法：认为泥浆在整个循环管路中均为紊流。
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：
f
1 Re 0.15~0.25 A Re 0.2
m0.8 e0.2 L Q1.8
4.8
（贯眼钻杆管内流）
m0.8 e 0.2 L Q1.8
( Dh D)3 ( Dh D)1.8
（环空流）
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 各物理量量纲：
P : 压耗， 帕； l
D: 钻具外径， 米；
20101129-第五章 钻进参数确定
第一节钻井液及其流变特性简介钻井液体系¾牛顿型液体¾塑性型液体（最常见）¾假塑型液体¾膨胀型液体（极少遇到）大多数钻井液属于塑性流型，用淀粉类处理剂配制的钻井液有时呈膨胀流型。
第二节钻进过程基本关系1、钻压对钻速的影响钻压与钻速的关系曲线)(M W v m −∝式中：V m ：为钻速(m/h)；W：为钻压（KN）；M：门限钻压（KN），即图中AB线在钻压轴上的截距，相当于牙齿开始压入地层时的钻压，其值的大小主要取决于岩石性质，并具有较强的地区性。
2、转速对钻速的影响转速与钻速的关系曲线λnv m ∝式中：λ称为转速指数，一般小于1，数值大小主要与岩石性质有关。
n为转速，单位为r/min。
为压差影响系数，定义为实际钻速与本节小结1、掌握：影响钻速的主要因素及其影响规律；门限钻压、牙齿磨损量的概念，修正杨格钻速方程反映的各因素对钻速的影响规律。
2、熟悉：钻井液的功用、组成及分类；钻井液的流动特点。
3、了解：钻井液常用流变模式及其适用的钻井液体系；钻井液流变参数的测量仪器，目前已有的钻速方程及其特点。
作业：第171页第1题。
第三节钻压、转速确定目前在实际工作中，钻头的最优牙齿磨损量（工作时间）、钻压、转速一般都根据钻头生产厂家推荐值，并结合邻近井或邻近区块的经验确定。
教材第151页至152页表6-1到6-4给出了一些钻头的推荐值，实际工作中可查钻头使用手册。
印刷错误纠正：表6-1：第3列第2行，“钻压/kN”应为“钻压（kN/mm）”。
表6-2：第4列第2行，“按直径估算/kN”应为“按直径估算（kN/in）”。
表6-3：第2列第2行，“钻压/kN”应为“钻压（kN/in）”。
第四节钻进循环流动压耗计算3、工作状态¾额定泵压工作状态：¾额定功率工作状态：4、选用提示选缸套时，应选择额定排量等于或略大于需要排量的缸套，这样才能充分发挥泵的能力。
水平井循环压耗分析计算
水平井循环压耗分析计算摘要水平井作为提高油气勘探开发最有效的的手段之一，随着钻井区域不断扩大，钻井难度不断增加，应用越来越广泛。
在水平井钻井过程中，随着水平段长度的增加，水平井环空中压力分布变的越来越复杂。
在压力窗口一定的情况下，合适的排量受到限制。
本文是在分析水平井环空压力分布的基础上，分析水平井合理的循环排量的问题。
首先在考虑循环空间稳定态的波动压力基础上(在稳定态的波动压力分析中增加了局部阻力的计算)，进行压耗分析；然后根据地层压力和地层破裂压力来确定最小排量和最大排量，通过循环压耗与循环排量的关系，来确定最终的合适排量。
关键词：循环压耗波动压力局部阻力地层压力地层破裂压力ABSTRACTThe horizontal well achievement enhances one of oil gas exploration development most effective methods, unceasingly expands along with the well drilling region, the well drilling difficulty unceasingly increases, the application is more and more widespread. In the horizontal well well drilling process, along with the horizontal section length increase, the horizontal well link airborne pressure distribution changes is more and more complex. In the pressure window certain situation, the appropriate displacement is restricted. This article is in the analysis horizontal well link spatial pressure distribution foundation, analysis horizontal well reasonable circulation displacement question. First (increased local resistance computation in the consideration circulation space stable state undulation pressure foundation in stable state undulation pressure analysis), carries on the pressure to consume the analysis; Then according to the formation pressure and the stratum bursting pressure determined the minimum displacement and the maximum displacement, consumes through the circulation pressure with circulates the displacement relations, determines the final appropriate displacement.Keyword:circulating pressure flunctuate pressure local resistanceformation perssure formation parting perssure1问题提出1.1水平井的优点水平井钻井技术是在定向井技术基础仁发展起来的一项钻井新技术。
连续管钻井循环压耗的计算
2. 连续管钻井循环压耗计算公式
2.1. 连续管直管循环压耗计算公式
雷诺数：
ρd nν 2−n
Re
=
8n−1
K
3n + 4n
1
n
(1)
式中：Re 为雷诺数，1；ρ 为钻井液密度，kg/m3；d 为连续管内径，m；ν 为钻井液流速，m/s；n 为流性 指数，1；K 为稠度系数，Pa·sn。
层流时的摩阻系数：
(15)
2.3. 盘管中循环压耗的计算公式
在连续管盘管中，由于弯曲半径较小，在黏性力及离心力的作用下 Dean 旋涡变得比较明显，使连续
管盘管中的压耗要远远高于连续管直管中的压耗，因此在连续管盘管中用无单位的 Dean 数来代替直管中
的雷诺数[13] [14]：
ND=n
Re
×
r0 Ri
0.5
(23)
2.4. 连续管钻井循环压耗计算参数
取辽河油田某区块及拟用连续管钻机的相关资料作为计算参数。 老井深度：2161m；表层套管：ø 0.2445 m × 393 m；油层套管：ø 0.1397 m × 1768 m；井眼尺寸：118 mm；连续管参数(内径 × 壁厚 × 管长)：ø 73 mm × 4.8 mm × 3500 m，级别 CT 80；滚筒尺寸(底径 × 内 宽 × 轮缘)：ø 2600 mm × 2450 mm × ø 4200 mm；钻井液流量：0.005~0.0133 m3/s。
米远祝 等
连续管钻井循环压耗的计算
米远祝，罗 跃，黄志明
长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州 作者简介：米远祝(1972-)，男，博士，教授，现从事油气井工作液方面的研究。
收稿日期：2017年10月30日；录用日期：2017年11月7日；发布日期：2017年12月15日
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rw
di 4
（管内）
rw：管路水力半径；
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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
管内流压耗：
Pl
2
f
L V 2
di
环空流压耗：
2 f L V 2
Pl (Dh D)
循环压耗计算的关键：流体与管壁的摩擦系数 f
第10页/共30页
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
若要 Ns=Nr， 则必须使 Ps>Pr， 不允许！
只能保持 Ps=Pr，
等泵压工作方式
第2页/共30页
钻进循环流动
一、泥浆泵的工作状态 2. 等功率工作方式 当 Q>Qr 时，
若使Ps=Pr， 则 Ns>Nr，
不可能！
只能保持 Ns=Nr，
等功率工作方式
第3页/共30页
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：
钻头压耗：Pbit
环空压耗：Pa
（钻杆外环空，钻铤外环空）
第7页/共30页
钻进循环流动
二、水功率传递的基本原理 水功率传递原理：
Ps Pg Pi Pa Pbit Ns Ng Ni Na Nbit
泵压分配关系 泵功率分配关系
令： Pl Pg Pi Pa
Ps Pl Pbit
Nl Ng Ni Na
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：
Pl Q1.8
Kl: 循环压耗系数；
Kl =？
Pl Kl Q1.8
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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
Pg
0.164
0.8 m
0.2 e
Re
di
V
（管内流）
Re
(Dh
D) V
（环空流）
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钻进循环流动
B 层流时摩擦系数的计算（宾汉液） 摩擦系数； f 16 （管内流）
Re f 24 （环空流）
Re
雷诺数计算：
Re
di V
(1 0 d / 6
)
Re
(Dh D) V (1 0 d / 6 )
Ns Nl Nbit
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。
第8页/共30页
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
由能量守恒原理：
Pl
P1
P2
V 2
2g
其中： f L
rw
(Dh 4
D)
（环ห้องสมุดไป่ตู้）
rw
f ：管壁与流体之间的摩擦系数；
第13页/共30页
（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
第14页/共30页
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
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。
Nr Pr Qr
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钻进循环流动
一、泥浆泵的工作状态 1. 等泵压工作方式 当 Q<Qr 时（调节泵冲数），
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 各物理量量纲：
Pl : 压耗，帕；
DH: 井眼直径，米；
D: 钻具外径，米； L : 管路长度，米； Q : 循环排量，米3 /秒；
di: 钻具内径，米；
e : 泥浆当量紊流粘度，帕 秒； m : 泥浆密度，千克/米3；
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➢摩擦系数是雷诺数的函数； f F (Re )
➢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；
第11页/共30页
钻进循环流动
B 层流时摩擦系数的计算（牛顿液） 摩擦系数； f 16 （管内流）
Re f 24 （环空流）
Re
雷诺数计算：
管内流
紊流
环空流 喷嘴处
层流，紊流过渡带 紊流
考虑方法：认为泥浆在整个循环管路中均为紊流。
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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：
f
1
R 0.15~0.25 e
钻井中取：
f
A R 0.2
e
内平钻柱内： A 0.053 贯眼钻柱内，环空： A 0.059
⑶ 循环压耗的计算
Pl
0.164
0.8 m
e0.2 L Q1.8
d 4.8 i
Pl
0.182
0.8 m
e0.2 L Q1.8
d 4.8 i
（内平钻杆管内流） （贯眼钻杆管内流）
Pl
0.182
0.8 m
e0.2
L
(Dh D)3 (Dh
Q1.8 D)1.8
（环空流）
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二、水功率传递的基本原理
P1 Ps V12 P2 V22 h
2g 2g P1 P2 V1 V2
Ps h
第6页/共30页
钻进循环流动
二、水功率传递的基本原理
结论： 泥浆泵提供的压能全部用于沿途损耗。
沿途压耗组成： 地面管汇压耗：Pg （地面管汇，立管，水龙带，水龙头，方钻杆）
钻具内压耗：Pi （钻杆内，钻铤内）
Lg
d 4.8 g
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。
第4页/共30页
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 2—2断面参数为：P2，V2
由能量平衡原理得：
P1 Ps V12 P2 V22 h
2g 2g
第5页/共30页
钻进循环流动
第16页/共30页
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：
Re
di V e
（管内流）
Re
(Dh D) V e
式中：
e＝
s
3.2
第17页/共30页
（环空流）
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