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1、环空流动压力损耗水力学计算1 流动压力损失计算1.1 流动压力损失的计算公式1) 环空中的流动压力损失梯度：G = (0.039xf xv2 xp)/(D-D )a a a po2) 环空中的流动压力损失：p 二 G x La a a式中：Ga一环空中的流动压力损失梯度，psi/ft；f环空范宁摩擦系数，无因次；av 钻井液在环空中的流动速度，ft/s；aD井径，in；P钻井液密度，lb/gal；Dpo一钻具外径，in；P一环空中的流动压力损失，psi；a丄La环空长度，ft。1.2 环空流动压力损失计算步骤1) 计算环空流动速度环空中的流动速度：v = 0.408 x Q /(D 2 D2
2、)apo式中：V钻井液在环空中的流动速度，ft/s；aQ一钻井液流量，gal/min；D井径，in；D 钻具外径，in。po2) 计算幂律模式流变参数n 二 0.5 x lgQ /0 )a3 0 0 35.11x0K 二300-a 5 1 n1式中：n钻井液在环空中的流性指数，无因次; a0 so。一范式旋转粘度计300r/min读数；0 3范式旋转粘度计3r/min读数；K钻井液在环空中的稠度系数，Pa.sn。 a3）计算钻井液有效粘度环空中：r = 1 0 Kea a1 4 4 v naT4D - Dpo式中：M 钻井液在环空中的有效粘度，cP； eaK钻井液在环空中的稠度系数，Pa.sn
3、； av钻井液在环空中的流动速度，ft/s；aD井径，in；D 钻具外径，in；pon钻井液在环空中的流动指数，无因次。 a4）雷诺数的计算环空中：928 x v (D - D ) paporea/ 2n +1、aI a丿当 R (42701370n)时，为紊流;e当(42701370n) R (34701370n)时，为过渡流。e式中：R 钻井液在环空中的雷诺数，无因次; eav钻井液在环空中的流动速度，ft/s； aD井径，in；D 钻具外径，in；poM 钻井液在环空中的有效粘度，cP； ean钻井液在环空中的流动指数，无因次。a5）计算环空中的临界流速100 X c X Kaa2-na
4、928 x p6 - Dp I D Dpo1-na式中：V 环空临界流速，ft/s ；cKa钻井液在环空中的稠度系数，Pa.sn；c 3470 1370n ；aan钻井液在环空中的流动指数，无因次; aP钻井液密度，lb/gal；D井径，in；D 钻具外径，in。po6）计算环空中的临界流量Q = 2.45 x v G2 D2 ） ccpo7）计算范宁摩擦系数环空中：层流二 24 / Rea紊流=a / Rbaaea过渡流R ceaa8 00a24(4270 -1370 x n )ba caa24+ -ca=Gg n + 3.93)/50a= (l.75 lgn )/7a二 3470 1370
5、na式中：f钻井液在环空中的范宁摩擦系数，无因次; aR 钻井液在环空中的雷诺数，无因次。ea8）计算当量循环密度ECD=(Xp /(0.052xH)+paTV D式中：ECD当量循环密度，lb/gal；Epa环空中各段流动压力损失之和，psi； htvd垂直深度，仕；P钻井液密度，lb/gal。2 计算实例2. 1一口定向井基本参数实测井深1015ft、垂直井深1015ft、实测井深3100ft垂直井深3100ft实测井深9360ft垂直井深8750ft裸眼井深10500ft 扩垂直井深9600ft井径：9 7/8 in；实测井深：10500 ft；垂直井深：9600 ft；钻杆：4 1/2
6、 in，ID=3.826 in；钻铤：7 1/4 in，300ft，ID=2.8125in；最内层技术套管：13 3/8 in，ID=12.515 in；钻井液密度：15.3 lb/gal；9 二 836009 二 513009 二 53PV = 32 cP；YP=19 lb/100 ft2；Gel . =5 lb/100 ft2；minGel10min=12 lb/100 ft2；10minGel30min=15 lb/100 ft2；30min钻井液流量 Q=375gal/min 2. 2 环空压力损耗计算1）钻井液流速计算裸眼段与钻铤间环空v =(0.408 x Q)/G 2 - D 2
7、 )a po=(0.408 x 375 )/ 6 .8752 -7.2523.40ft/s裸眼段与钻杆间环空：v =(0.408 X Q)/G2 - D2 ) a=(0.408 x 375 )/ 6 .8752 -4.52po1.98 ft /s套管与钻杆间环空：v =(0.408 x Q)/G 2 - D 2 )a po=(0.408 x 634)人2.252 - 5.522.162ft/s2）计算幂律模式流变参数n = 0.5 x lg(00 )a3003=0.5 x lg(51/5)= 0.55.11x0K =300a511 n5.11 x 515110-5= 11.533）计算钻井液的
8、有效粘度裸眼与钻铤间环空：R = 100 Keaa144 x v a-1aD Dpo=100x11.53144 x 2.1612.25 5.50.5-1192cP裸眼段与钻杆间环空：R = 100x11.53 ea144 x 1.989.875 - 4.50.5-1158.31cP套管与钻杆间环空：R =100x11.53 ea144 x 1.1212.515 - 4.50.5-1= 257.03cP4）雷诺数的计算裸眼段与钻铤间环空：928 x v (D - D ) papo2n +1) naeaI 3n丿a_ 928 x 2.16(12.25 - 5.5)x 11.25-192r 2 x
9、0.5 +1VV 3 x 0.5 丿裸眼段与钻杆间环空：928 x 1.98(9.875 - 4.5)x 15.3_ 827、158.31(2 x 0.5 +10.5V 3x 0.5 丿套管与钻杆间环空： 928 x 1.12 (12.515 - 4.5)257.03(2 x 0.5 +1) V 3x0.5 丿竺 _ 4290.55）环空临界流速计算裸眼段与钻铤间环空：c _3 47-01 37n0_347-0137x00.5_278 5 aa100 x 2785 x 11.53( 2 x 0.5 +1 fV 3x 0.5 丿12-0.5928 x 15血875 -迥 9875 厂裸眼段与钻杆
10、间环空：v_c100 x 2785 x 11.53( 2 x 0.5 +1 丫V 3x0.5 丿12-0.5_ 5.58 ft /s928x15.3(9.875丫 144 9.875 - 4.5 1-0.5丿_ 4.40ft/s6）临界流量的计算裸眼段与钻铤间环空：Q _ 2.45 x 5.58 x C.8752 - 7.252）_ 615gal/min c裸眼段与钻杆间环空：Q 二 2.45 x 4.40 x C.8752 - 4.52 ）= 833gal /minc7）确定各段流型环空层流应使：R R = 4270 - 1370n 二 4270 -1370 x 0.5 二 3585 e e
11、ac8）计算范宁摩擦系数裸眼段与钻铤间环空（层流）：f 二 24 / R 二 24/1300 二 0.0185aea裸眼段与钻杆间环空（层流）：f 二 24/R 二 24/689.28 二 0.0 3 4 8 aea套管与钻杆间环空（层流）：f 二 24/ R 二 24/429 二 0.0559 aea9)流动压力损失和流动压力梯度的计算裸眼段与钻铤间环空：G = (0.039 x f x v2 xp)/(D D ) aa apo=6.039 x 0.0348 x 2.162 x 11.25(12.25 5.5)= 0.01055psi / ft = 0.0244g /cm3p = G x L
12、 = 0.0483 x 300 = 14.5psi a a a裸眼段与钻杆间环空：G =(0.039x f xv2xp)/(D-D )aaapo=0.039x0.0290x1.982x15.3)/(9.875-4.5)=0.0125psi/ ftp =G xL =0.0125x840=10.5psi a a a套管与钻杆间环空：G =(0.039x f xv2xp)/(D-D )aaapo=0.039x0.0559x1.122x15.3)/(12.515-4.5)=0.0052psi/ ftp 二 G x L 二 0.0052 x 9360 二 49.0psi a a a10)总环空压耗和当量循环密度工 p 二 14.5 +10.5 + 49 二 74 psi aECD =(74 / 0.052 x 9600)+15.3 = 15.45lb / gal
