循环流动压耗计算

0 . 8 0 . 2 me
0 . 80 . 2 0 . 80 . 2 1 . 8 m e m e P 0 . 1 6 4 0 . 1 8 2 L Q c c 4 . 8 3 1 . 8 d ( D D ) ( D D ) c i h c h c

m :钻 杆 压 耗 系 数 ；
3. 循环管路的压耗系数
⑶ 钻铤段压力降
0 . 1 6 4 钻铤内压力降： P c i
钻铤外压力降： P 0 . 1 8 2 c a 钻铤段压力降：

d
0 . 8 0 . 2 m e 4 . 8 c i
1 . 8 L Q c
1 . 8 L Q 3 1 . 8 c ( DD )( DD ) h c h c
1 . 8
L H L p c
Pm （ H K L ） Q l gK c m c
1 . 8
L L p H c
3. 循环管路的压耗系数
⑷ 循环管路压耗系数
1 . 8 Pm （ H K K m L ） Q l g c c
令：
n K K m L g c c
K :钻 铤 压 耗 系 数 ； c
L L p H c
3. 循环管路的压耗系数
⑷ 循环管路压耗系数
P P P 循环管路压耗： P l g p c
P K Qm L QK l g p cQ
1 . 8 1 . 8 1 . 8
P （ Km L KQ ） l g p c
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）， 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
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，
d d
4 . 8 i
（内平钻杆管内流）
0 . 8 0 . 2 1 . 8 LQ m e 4 . 8 i
（贯眼钻杆管内流）
P 0 . 1 8 2 l 3 1 . 8 ( D D ) ( D D ) h h
0 . 8 0 . 2 1 . 8 L Q m e
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。
N r P r Q r
钻进循环流动
作业：
Page 171~Page 172： 5， 6， 7题
P （ m HnQ ） l
令：
1 . 8
K mH n l
K :循 环 压 耗 系 数 ； l
1.8 P K Q l l
L L p H c
3. 循环管路的压耗系数
思考：
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？
L L p H c


3. 循环管路的压耗系数
⑵ 钻杆段压力降
钻杆段压力降：
0 . 80 . 2 0 . 80 . 2 1 . 8 m e m e P 0 . 1 6 4 0 . 1 8 2 L Q p p 4 . 8 3 1 . 8 d ( D D ) ( D D ) p i h p h p
（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 耗 ， 帕 ； l :压
D :钻 具 外 径 ， 米 ；
L :管 路 长 度 ， 米 ；
D :井 眼 直 径 ， 米 ； H
d :钻 具 内 径 ， 米 ； i
: 泥 浆 当 量 紊 流 粘 度 ， 帕 秒 ；
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
循环压耗的实际计算循环压耗的计算080218480164melilq?pd???内平钻杆管内流080218480182melilq?pd???贯眼钻杆管内流环空流0802183180182melhhlqdpddd??????钻进循环流动三钻井液循环流动压耗计算2
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
(D )V h D e
式中： e ＝ s 3 .2
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
P 0 . 1 6 4 l P 0 . 1 8 2 l
0 . 8 0 . 2 1 . 8 LQ m e
rw
( Dh D) rw 4
rw di 4
（环空）
f ：管壁与流体之间的摩擦系数； rw：管路水力半径；
（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 LV 2 P l di
环空流压耗：
2 f LV 2 P l (D ) h D


令：
0 . 80 . 2 0 . 80 . 2 me me m 0 . 1 6 4 4 0 . 1 8 2 . 8 3 1 . 8 d ( D DD ) ( D ) p i h p h p
1 .8 P mL Q p p
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； f F(R e) 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； f 1 6
R
e
（管内流） （环空流）
f
2 4 R e
雷诺数计算：
Re
di V
（管内流）
(D )V h D R e
（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 1 6
R
钻进循环流动
二、水功率传递的基本原理
2 2 P P V P V 1 s 1 2 2 h 2 g 2 g
P1 P2
V1 V 2
Ps h
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 钻头压耗：Pbit 环空压耗：Pa
1.8 P K Q g g
K : 地 面 管 汇 压 耗 系 数 ； g
3. 循环管路的压耗系数
⑵ 钻杆段压力降
0 .1 6 4 钻杆内压力降： P p i
钻杆外压力降： P 0 . 1 8 2 p a 钻杆段压力降：
0 . .8 p i
1 .8 L Q p
e
（管内流） （环空流）
f
2 4 R e
雷诺数计算：
d V i R e ( 1 /6 ) 0d
（管内流） （环空流）
( D D ) V h R e ( 1 /6 ) 0d
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
1 . 8 LQ 3 1 . 8 p ( DD p )( DD p ) h h
0 . 8 0 . 2 me
0 . 80 . 2 0 . 80 . 2 1 . 8 m e m e P 0 . 1 6 4 0 . 1 8 2 L Q p p 4 . 8 3 1 . 8 d ( D D ) ( D D ) p i h p h p

3. 循环管路的压耗系数
⑶ 钻铤段压力降
钻铤段压力降：
0 . 80 . 2 0 . 80 . 2 1 . 8 m e m e P 0 . 1 6 4 0 . 1 8 2 L Q c c 4 . 8 3 1 . 8 d ( D D ) ( D D ) c i h c h c
e
3 Q : 循 环 排 量 ， 米 / 秒 ；
: 泥 浆 密 度 ， 千 克 / 米 ；
3 m
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：
1.8 P Q l
1 .8 P K Q l l
K :循 环 压 耗 系 数 ； l
K l=？
钻进循环流动
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 2—2断面参数为：P2，V2 由能量平衡原理得：
2 2 P P V P V 1 s 1 2 2 h 2 g 2 g
A R
0 .2 e
钻井中取： 内平钻柱内：
f
A 0 .0 5 3
A 0 .0 5 9
贯眼钻柱内，环空：
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：
di V Re e
R e
（管内流） （环空流）
（钻杆外环空，钻铤外环空） （钻杆内，钻铤内）
钻进循环流动
二、水功率传递的基本原理
水功率传递原理：
P P PP P s g i a b i t
N N NN N s g ia b i t
令：
泵压分配关系 泵功率分配关系
P P P P l g i a
N N N N l g i a
P P s P l b it
N N N s l b i t
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 由能量守恒原理：
P l P 1 P 2
V2
2g
其中： f L


令：
0 . 80 . 2 0 . 80 . 2 m e m e K0 . 1 6 4 4 0 . 1 8 2 L c c . 8 3 1 . 8 d ( D D ) ( D D ) c i h c h c
P c K c Q
1 .8
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 . 8 0 . 2 1 . 8 L Q m e g 4 . 8 d g
P 0 . 1 6 4 g
令： K 0 . 1 6 4 g
0 . 8 0 . 2 L m e g 4 . 8 d g