连续油管钻井水力参数理论计算
钻井水力参数计算
钻井水力参数计算1.钻井水力参数的定义:2.钻井水力参数的计算方法:2.1循环压力(Pp)的计算:循环压力是指钻井液在井眼中循环时施加在井壁上的压力,其计算公式为:Pp=Pg+Ph+π/144*(ID²-OD²)/4*ρm其中,Pp为循环压力,Pg为气体压力,Ph为井斜段压力,ID为钻杆内径,OD为钻杆外径,ρm为泥浆密度。
2.2液柱压力(Pm)的计算:液柱压力是指钻井液柱在井眼中的垂直压力,其计算公式为:Pm=π/144*(ID²-OD²)/4*ρm*L其中,Pm为液柱压力,ID为井眼内径,OD为套管外径,ρm为泥浆密度,L为液柱长度。
2.3摩阻压力(Pf)的计算:摩阻压力是指钻井液在井眼中流动时受到的阻力,其计算公式为:Pf=2f*ρm*V²/(D*g)其中,Pf为摩阻压力,f为阻力系数,ρm为泥浆密度,V为流速,D 为井眼直径,g为重力加速度。
2.4泥浆柱液位压力(Ps)的计算:泥浆柱液位压力是指钻井液静止时产生的压力,其计算公式为:Ps=π/144*(ID²-OD²)/4*ρm*(H+h)其中,Ps为泥浆柱液位压力,ID为井眼内径,OD为套管外径,ρm 为泥浆密度,H为井深,h为液位高度。
2.5井底压力(Pb)的计算:井底压力是指钻井液从井口到井底的压力损失,其计算公式为:Pb=ρm*Ls*g/144其中,Pb为井底压力,ρm为泥浆密度,Ls为井筒长度,g为重力加速度。
2.6水柱效应(Pr)的计算:水柱效应是指钻井液在井眼中垂直上升或下降时,形成的压力差,其计算公式为:Pr=π/144*(ID²-OD²)/4*ρf*h其中,Pr为水柱效应,ID为井眼内径,OD为套管外径,ρf为井口液体密度,h为液位高度。
3.钻井水力参数的分析和应用:通过计算钻井水力参数,可以确定钻井液在井筒中的性能,评估井筒稳定性和泥浆循环能力,并根据计算结果进行钻井工艺设计和井筒优化。
连续油管钻井水力参数理论计算
连续油管钻井水力计算实例分析一、计算原始参数CT 规格:"7873 4.8(20.188")3500mm m φ⨯⨯⨯,级别CT80。
滚筒尺寸(底径x 内宽x 轮缘):260024504200mm φφ⨯⨯采用老井加深工艺,原井筒1500m (5-1/2”和7”套管)加深钻井1000m 和2000m ,参考大量实例,钻头采用4-3/4”和6-1/8’牙轮钻头或PDC 钻头,螺杆马达采用3-3/4”和4-3/4”规格。
钻井液采用清水和一种水基泥浆(ULTRADRIL 钻井液),其流体参数为: ρl =1180kg/m 3,n=0.52564,k=0.8213Pa.s n ,粘度为45.5mPa.s 。
二、泵压计算P P P P P P P =∆+∆+∆+∆+∆+∆泵工具CT 直管汇钻头环空CT 盘(一)管内压降计算模型CT 内流体的摩阻损失通常表示为压力降低的形式,即:22f L v P f dρ∆=中L 和d 分别是管长和管径,v 是管内的平均速度,f 是范宁Fanning 摩擦因子,它与流体的雷诺数、管壁的粗糙度等因素有关。
(二)清水(牛顿流)介质管内摩阻计算 1.雷诺数计算及狄恩数计算e R d N ρνμ=式中,N Re 为雷诺数,无量纲;ρ为液体密度,kg/m 3;ν为循环介质在管路中的平均流速,m/s ; d 为模拟连续油管内径,m ;μ为牛顿流体的动力粘度,Pa*s ;狄恩数(Dean)是研究弯管流动阻力的基本无量纲数:De N N =其中r 0为连续油管内径,R 为连续油管弯曲半径,N Re 为雷诺数。
2.直管摩阻系数计算模型 (1)层流对于直管,范宁摩阻系数可用如下公式计算: Re16SL f N =(2)紊流对管内单向流摩阻系数公式进行了分析,当不考虑管粗糙度,在紊流光滑区(3*103<De N <3*106),采用Miller 公式:1.8lg 1.53Re N =-对一定的相对粗糙度,雷诺数影响不能忽略。
连续油管钻井水力计算(中文版)
弯曲管计算
5576.74 6376.74 层流 0.00770 4038579.29 Pa
1.203
n 1.000 1.000
0.669 0.605 0.507 0.52564
K 0.0010 0.0010
0.0930 0.5110 2.1887 0.8213
直管段 弯管段 弯管层流相关参数psi= 狄恩数的幂phi=
几何尺寸 滚筒直径D = 连续油管外径OD = 连续油管厚度T = 管柱长度L = 滚筒外连续油管长度LOFF=
滚筒上的连续油管长度LON =
连续油管内径ID= 过流面积s=
层流状态下最大直雷管诺计数算 紊流状态下最小雷CR诺E1数= 2749.8732
CRE2= 3549.8732
流态,直管段= 紊流
a Re40.8b
189
154.63(D1/0.0254)5
lon (Qc2/0.2271) 2
Re Re1 Pc4 Pc3
pc Pc3 Re 2 Re 1
(Qc2/0.2271) 2
直管段范宁摩阻系数F1= 0.00640
直管段压力损失P1= 5951212.8 Pa
弯曲管计算 层流状态下最大雷诺数 紊流状态下最小雷C诺RE数3=
CRE4= 流态,弯曲管段=
弯曲管段范宁摩阻系数F2=
弯曲管段压力损失P2=
全部管柱压力损失P3 = 9989792.1 Pa
范宁摩阻系数弯直管段比 bi
Re Re 1 Ps4 Ps3
ps Ps3 Re 2 Re 1
流体流动和压力损失计算表
压力损失
(Pa)
层流
紊流
临界值1
临界值2
插值-f
########### ############ 2828674.11017 ########### ############ 1455857.43602
油气井水力学讲义 钻井水力设计有关的计算公式
钻井水力设计有关的计算公式一.钻柱内压耗钻柱公式 (一)、紊流的计算公式1.一般公式:dLV f P 22ρ=或52232d LQ f P πρ=式中:P - 压耗; f - 范宁阻力系数;ρ - 钻井液密度; Q - 排量 L - 管长; V - 平均流速量; d - 圆管直径。
⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-=+==7/)]ln(75.1[50/]93.3)[ln(n b n a R a f ben 为泥浆流性指数n nn n nn K V d )413(8Re 21+=--ρ 或nnn n n nn K Q d )413(2Re 243572+=----ρπ2.应用公式∑==Ni G iiGp dL Q G P 1123式中: ⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧+-=+-==⎪⎭⎫⎝⎛+=+-=--==-22543413575222321432143121b nb G b nb G k n n k b bn k nb b k k k aK G b nb b k k ρπN 值可以取4,即地面管汇(立管、软管,方钻杆)、钻杆、钻铤、接头。
(二)、层流的计算公式二.环空内压耗计算公式不同的环空段流态可能不同,需判断流态,分别按紊流和层流计算压耗。
1. 紊流压耗公式 1). 一般公式:p h D D LV f P -=22ρ 或 S D D LQ f P p h )(22-=ρ式中:Dh, Dp —井眼直径,钻柱外径;f, a, b 同上n n n p h n n n K V D D )312()(12Re )2()1(+-=--ρ 或 nnnp h n n Q S D D nn K ----+=221)()312(12Re ρ 2). 应用公式:∑=-=Mi K i K ip i h iK S D D L QK PA 11323)( nbb nb b b n n aK K ⎪⎭⎫⎝⎛+=--31212211ρ; 12+=nb K ; 223+-=b nb K2.层流压耗公式 1). 一般公式:np h p h D D n V n D D KL PA ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-+-=)()12(44 或 np h ph S D D n Q n D D KLPA ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-+-=)()12(44 2). 应用公式:∑=+-=Mi n i n i p i h i n S D D L Q K PA 111)( 式中:nn n K K ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=)12(441 三.钻头压降及喷嘴当量面积公式222559.513C A Q P b ρ=; 5.022559.513⎥⎦⎤⎢⎣⎡=C P Q A b ρ 式中 Pb —钻头压降,Mpa; Q —排量,I/S; ρ—泥浆密度,(g/cm 3)A —喷嘴总面积,mm 2; C —喷嘴流量系数,一般取0.95-0.96例题胜利油田渤南地区义4-4-13井为长裸眼钻进,即不下技术套管。
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;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。
采用法定计量单位时,C3=0.006193,C4=1.078;采用英制单位时,C3=1、C4=1。
③如果≤V1c,则流态为层流,钻具内的循环压耗为P p=C5×L×YP/225×d+C6×V1×L×PV/1500×d2④如果V1>V1c,则流态为紊流,钻具内的循环压耗为P p=0.0000765×PV0.18×MW0.82×Q1.82×L+C7/d4.82P p---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。
钻井各种计算公式
钻头水利参数计算公式:1、 钻头压降:dc QP eb 422827ρ= (MPa ) 2、冲击力:VF Q j02.1ρ= (N)3、 喷射速度:dV eQ201273=(m/s)4、 钻头水功率:d c QN eb 42305.809ρ= (KW )5、比水功率:DNN b 21273井比= (W/mm 2)6、 上返速度:D DV Q221273杆井返=- (m/s )式中:ρ-钻井液密度 g/cm 3Q-排量 l/sc -流量系数,无因次,取0.95~0.98de -喷嘴当量直径 mmd d d de 2n 2221+⋯++= d n :每个喷嘴直径 mmD 井、D 杆 -井眼直径、钻杆直径 mm全角变化率计算公式:()()⎪⎭⎫ ⎝⎛∂+∂+∆=-∂-∂225sin 222b a b a b a L K abab ϕϕ 式中:a ∂ b ∂ -A 、B 两点井斜角;a ϕ b ϕ -A 、B 两点方位角套管强度校核:抗拉:安全系数 m =1.80(油层);1.60~1.80(技套) 抗拉安全系数=套管最小抗拉强度/下部套管重量 ≥1.80 抗挤:安全系数:1.12510ν泥挤H P= 查套管抗挤强度P c ' P c'/P挤≥1.125按双轴应力校核:Hn P ccρ10=式中:P cc -拉力为T b 时的抗拉强度(kg/cm 2) ρ -钻井液密度(g/cm 3) H -计算点深度(m ) 其中:⎪⎭⎫⎝⎛--=T T KPP b b ccc K 223T b :套管轴向拉力(即悬挂套管重量) kg P c :无轴向拉力时套管抗挤强度 kg/cm 2K :计算系数 kg σs A K 2=A :套管截面积 mm 2 σs :套管平均屈服极限 kg/mm 2 不同套管σs 如下:J 55:45.7 N 80:63.5 P 110:87.9地层压力监测:⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=D W NT R R d m n c 0671.0lg 282.3lg (d c 指数)100417.04895.8105⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯-=H cn ddR d Rcmcnp= (压力系数)式中:T –钻时 min/m N –钻盘转数 r/minW -钻压 KN D -钻头直径 mmR n -地层水密度 g/cm 3 R m -泥浆密度 g/cm 3压漏实验:1、 地层破裂压力梯度:HPG Lm f 10008.9+=ρ KPa2、 最大允许泥浆密度:HP Lm 102max +=ρρ g/cm 3为安全,表层以下[]06.0max-=ρρm g/cm 3 技套以下[]12.0max-=ρρmg/cm 33、 最大允许关井套压:[]8.01000'max ⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛--=gHm R a P P ρρ式中:P L -漏失压力(MPa ) PR-破裂压力(MPa )ρm-原泥浆密度(g/cm 3) H -实验井深(m )ρ'm ax-设计最大泥浆密度(g/cm 3) 10008.9mHP PL ρ+=漏10008.9HmR P P ρ+=破井控有关计算:最大允许关井套压经验公式:表层套管[Pa]=11.5%×表层套管下深(m )/10 MPa 技术套管[Pa]=18.5%×技术套管下深(m )/10 MPa地层破裂压力梯度:HPG RR 1000=KPa/m最大允许关井套压:8.000981.01000max ⨯⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=H H G P R a 套套ρ Mpa 最大允许钻井液密度:81.9'max G R=ρ-0.06 (表层)81.9'maxGR=ρ-0.12 (技套)套管在垂直作用下的伸长量:10724854.7-⨯-=∆LmL ρ式中:ρm -钻井液密度 g/cm 3 L ∆ -自重下的伸长 m L -套管原有长度 m 套管压缩距:()ρρmL LLE L 总钢固自-⨯=∆10式中:L ∆ -下缩距 m L自-自由段套管长度 mL固-水泥封固段套管长度 mL总-套管总长 mρ钢-钢的密度 7.85g/cm 3ρm-钻井液密度 g/cm 3E -钢的弹性系数 (2.1×106kg/cm 3)泥浆有关计算公式:1、加重剂用量计算公式:()rr r r r 重加原重原加加-=-V W 式中:W 加 -所需加重剂重量 吨 V 原 -加重前的泥浆体积 米3r 原、r 重、r 加-加重前、加重后、加重材料比重 g/cm 32、泥浆循环一周时间:QT V V 60柱井-=式中:T -泥浆循环一周时间 分 V 井、V 柱 -井眼容积、钻柱体积 升 Q -泥浆泵排量 升/秒 3、井底温度计算公式:1680HT T += 式中:T 、T 0 -井底、井口循环温度 o C H -井深 米 4、配制泥浆所需粘土和水量计算:粘土量 ()rr r r r 水土水泥泥泥土-=-V W 水量r土土泥水-=W VQ 式中:W 土 -所需粘土的重量 吨 V 泥 -所需泥浆量 米3r 水、r 土、r 泥 -水、土和泥浆的比重 g/cm 3 Q 水 -所需水量 米35、降低比重所需加水量:()rrrrr水稀水稀原原水=--VQ式中:Q水-所需水量米3V原-原泥浆体积米3r原、r稀、r水-原泥浆、稀释后泥浆和水的比重g/cm3。
钻井水力参数的计算
提示:黄色区为需要填入数据的部分,蓝色区为自动计算的结果!
所钻井眼的直径 mm 地面管汇磨阻系数 Φ3 216 0.44 8 108.62 76.2 0 39.6875 3.96875 1237.078 0.373028 9.967158 20.13405 钻杆长度(m) 加重钻具长度(m) 钻铤长度(m) 地面管汇的压耗 0.536648282 钻具内的循环总压耗 #DIV/0! 环空的循环总压耗 0.447703567 钻头压降 0.372937151 动力钻具的压耗 0
4 54.78734 迟到时间Tt(min) 4.319621 粒子的剪切速率Ypp(sec-1) 0.117186 套管内岩屑运移效率Et%(井眼净化能力) 0.97573 裸眼内岩屑运移效率Et%(岩屑输送比) 26.15037232 23094.03401 0.846679081 0.892776777
钻井水力参数的计算
1、基本数据部分: 上一层套管的内径尺寸 mm 钻井液密度(g/cm ) 泥浆性能的有关参数: 所用钻杆外径(mm) 加重钻具外径(mm) 钻铤外径(mm) 喷嘴1直径(in-mm) 喷嘴2直径(in-mm) 喷嘴3直径(in-mm) 喷嘴4直径(in-mm) 喷嘴5直径(in-mm) 喷嘴6直径(in-mm) 喷嘴7直径(in-mm) 喷嘴8直径(in-mm) 喷嘴流量系数 2、水力参数计算: 地面管汇的压耗Psur 钻杆内的循环压耗Pp 钻铤内的循环压耗Pp (Mpa) (Mpa) (Mpa) 0.536648282 3.487976363 1.561547972 #DIV/0! 0.144791241 0.239500104 0.063412222 0 0.372937151 0 #DIV/0! 15 20 20 20 20 30 0 0 0 15.875 15.875 15.875 15.875 0 0 0 0.95 泵速(冲/分) 缸套尺寸(mm) 缸套冲程(mm) 泥浆泵的上水效率 单冲排量( 升/冲) 排量(l/s) 90 160 305 3
钻井水力计算的方法步骤
钻井水力计算的方法步骤
钻井水力计算是石油工程中的一个重要环节,它涉及到钻井液的循环、压力控制、井壁稳定等多个方面。
以下是钻井水力计算的基本方法和步骤:
1. 确定基本参数:首先,我们需要确定一些基本的参数,包括井深、井径、钻杆尺寸、钻井液密度、粘度等。
这些参数将直接影响到钻井液的流动特性和压力分布。
2. 计算初始状态:在确定了基本参数后,我们需要计算出钻井液在井内的初始状态,包括钻井液的体积、压力、速度等。
这一步通常需要使用流体力学的相关公式进行计算。
3. 计算循环过程:在钻井过程中,钻井液会通过钻杆和井壁之间的环形空间进行循环。
我们需要计算出钻井液在循环过程中的压力变化、速度变化等。
这一步通常需要使用流体动力学的相关公式进行计算。
4. 计算井壁稳定性:钻井液的压力和速度对井壁的稳定性有着重要的影响。
我们需要计算出钻井液的压力和速度对井壁稳定性的影响,以便采取相应的措施来保证井壁的稳定性。
这一步通常需要使用岩土力学的相关公式进行计算。
5. 调整钻井参数:根据上述的计算结果,我们可能需要调整钻井的一些参数,如钻井液的密度、粘度、循环速度等,以保证钻井的安全和效率。
6. 监控和调整:在钻井过程中,我们需要实时监控钻井液的压力、速度等参数,并根据监控结果进行必要的调整。
这一步通常需要使用数据采集和处理的相关技术。
以上就是钻井水力计算的基本方法和步骤。
需要注意的是,钻井水力计算是一个复杂的过程,需要结合实际情况和专业知识进行。
同时,钻井水力计算的结果也需要与其他的钻井参数(如钻头类型、钻压、钻速等)进行综合考虑,才能得出最优的钻井方案。
连续管钻井水力参数计算软件公式2
A B C D E F G H I J1 油管层数油管增加的径向长度每层长度总长度弯曲半径r0/Rv管雷诺管f管管内摩阻21 0.0365 260.32260.321.3370.02373.172020310.0061590.5132 0.1059 273.83534.151.4060.02253.172020310.0061300.5343 0.1752 287.34821.491.4750.02153.172020310.0061030.5654 0.2446 300.851122.331.5450.02053.172020310.0060780.5865 0.3139 314.351436.691.6140.01963.172020310.0060550.6176 0.3833 327.861764.551.6830.01883.172020310.0060330.6387 0.4526 341.372105.921.7530.01813.172020310.0060120.6598 0.5220 354.882460.801.8220.01743.172020310.0059930.68109 0.5913 368.392829.181.8910.01683.172020310.0059750.701110 0.6607 381.893211.071.9610.01623.172020310.0059570.721211 0.7300 288.933500.002.030.01563.172020310.0059410.5513 总摩阻6.72A B C D E F G H I J K L14 清水15 套管直径套管壁厚S环空v环空摩阻1摩阻2雷诺环空f环空0.005004直段盘管段15 0.1397 0.012100.00631.5892.041.45679510.004870.0061755.580.05.5817 0.1778 0.016260.01240.8070.320.23586810.005030.0061163.981.955.9318 0.006033 0.06.726.7219 Nreg环空水基泥浆Nreg管20 4.97 3.551580 0.010130.0063954444521 1.55 1.11769 0.020810.0076108.360.08.3622 0.007532 5.972.818.7823 0.007416 0.09.699.691K L M N O P Q R S T1 狄恩数DECT直径DCT厚度TCT内径d筒芯直径TD绝对粗糙度ks相对粗糙度KSNRe1 Q(L/min)2 31548 0.0730.00480.06342.60.0000472440.0007451741015096003 299654 直段长度盘管段长度密度Pn k a b △Pg5 第1种情况3500 清水1006 1 0.001 0.07860.25 0.0246 第2种情况2501000 水基泥浆1180 0.52564 0.8213 0.07300.28990.1047 全盘在滚筒上0 35002A B C D E F1 油管层数油管增加的径向长度每层长度总长度弯曲半径r0/R2 1 B2=$L2/2 C2=2*PI()*31*E2D2=C2E2=$O$2/2+$L$2/2F2=$N$2/2/E23 2 B3=B2+$L$2*0.95C3=2*PI()*31*E3D3=C3+D2E3=E2+$L$2*0.95F3=$N$2/2/E34 3 B4=B3+$L$2*0.95C4=2*PI()*31*E4D4=C4+D3E4=E3+$L$2*0.95F4=$N$2/2/E43G H I J1 v管雷诺管f管管内摩阻2 G2=($S$2/60000)/(PI()*$N$2^2/4)H2=$O$5*$N$2*$G2/$Q$5I2=$I$15+(0.0075*(F2)^0.5)J2=C2*$O$5*G2*G2*I2*2/$N$2/10000003 G3=($S$2/60000)/(PI()*$N$2^2/4)H3=$O$5*$N$2*$G3/$Q$5I3=$I$15+(0.0075*(F3)^0.5)J3=C3*$O$5*G3*G3*I3*2/$N$2/10000004G4=($S$2/60000)/(PI()*$N$2^2/4)H4=$O$5*$N$2*$G4/$Q$5I4=$I$15+(0.0075*(F4)^0.5)J4=C4*$O$5*G4*G4*I4*2/$N$2/1000000 45N1 CT内径d2 N2 =$L$2-2*$M$26Q R1 相对粗糙度KS NRe12 Q2=$P$2/$N$2 R2=59.7/(2*Q2)^(8/7)7R S T 4 a b △Pg5 R5=(LOG10(P5)+3.93)/50 S5=(1.75-LOG10(P5))/7T5=0.0003767*($O5/1000)^0.8*($Q5*1000)^0.2*($S$2/60)^1.86 R6=(LOG10(P6)+3.93)/50 S6=(1.75-LOG10(P6))/7T6=0.0003767*($O6/1000)^0.8*($Q6*1000)^0.2*($S$2/60)^1.88 K1 狄恩数DE2 K2=H2*($N$2/2/1.3)^0.53 K3=H3*($N$2/2/1.441)^0.5C D E15 S环空v环空摩阻116 C16=PI()*(($A16-2*$B16)^2-$L$2^2)/4 D16=36/3600/$C16E16=2*$H$16*$L$5*$O$5*$D16^2/($A16-2*$B16-$L$2)/100000017 C17=PI()*(($A17-2*$B17)^2-$L$2^2)/4 D17=36/3600/$C17E17=2*$H$17*$L$5*$O$5*$D17^2/($A17-2*$B17-$L$2)/10000009E20 E20=2*$H20*$L$5*$O$6*$D16^2/($A16-2*$B16-$L$2)/100000021 E21=2*$H21*$L$5*$O$6*$D17^2/($A17-2*$B17-$L$2)/100000010F15 摩阻216 F16 =2*$H$16*$L$6*$O$5*$D16^2/($A16-2*$B16-$L$2)/100000017 F17=2*$H$17*$L$6*$O$5*$D17^2/($A17-2*$B17-$L$2)/1000000181920 F20=2*$H20*$L$6*$O$6*$D16^2/($A16-2*$B16-$L$2)/100000021 F21=2*$H21*$L$6*$O$6*$D17^2/($A17-2*$B17-$L$2)/100000011G19 Nreg环空20 G20=($O$6*$D16^(2-$P$6)*($A16-2*$B16-$L$2)^$P$6/($Q$6*12^($P$6-1)))*(4*$P$6/(3*$P$6+1))^$P$621 G21=($O$6*$D17^(2-$P$6)*($A17-2*$B17-$L$2)^$P$6/($Q$6*12^($P$6-1)))*(4*$P$6/(3*$P$6+1))^$P$612G15 雷诺环空16 G16=$O$5*($A16-2*$B16-$L$2)*$D16/$Q$517 G17=$O$5*($A17-2*$B17-$L$2)*$D17/$Q$513H15 f环空16 H16=(1/(2*(1.8*LOG10($G16)-1.53)))^217 H17 =(1/(2*(1.8*LOG10($G17)-1.53)))^215H20 H20=16/G2021 H21=16/G2115I14 清水15 I15=(1/(2*((-2)*LOG10($Q$2/3.7065-(5.0452/H2)*LOG10($Q$2^1.1098/2.8257+(7.149/H2)^0.8961)))))^216I16 I16=$I$15+(0.0075*($N$2/2/1.3)^0.5)17 I17=$I$15+(0.0075*($N$2/2/1.441)^0.5)18 I18=$I$15+(0.0075*($N$2/2/1.683)^0.5)19 水基泥浆20 I20=$R$6/$J$20^$S$621 I21=1.06*$R$6*($N$2/2/1.3)^0.1/$J$20^(0.8*$S$6)22 I22=1.06*$R$6*($N$2/2/1.441)^0.1/$J$20^(0.8*$S$6)23 I23 =1.06*$R$6*($N$2/2/1.683)^0.1/$J$20^(0.8*$S$6)J15 直段16 J16=2*$I$15*$L5*$O$5*$G$2^2/$N$2/100000017 J17=2*$I$15*$L6*$O$5*$G$2^2/$N$2/100000018 J18=2*$I$15*$L7*$O$5*$G$2^2/$N$2/100000019 Nreg管20 J20=($O$6*$G$2^(2-$P$6)*$N$2^$P$6/($Q$6*8^($P$6-1)))*(4*$P$6/(3*$P$6+1))^$P$621 J21=2*$I$20*$L5*$O$6*$G$2^2/$N$2/100000022 J22=2*$I$20*$L6*$O$6*$G$2^2/$N$2/100000023 J23=2*$I$20*$L7*$O$6*$G$2^2/$N$2/100000018K L15 盘管段16 K16=2*$I16*$M5*$O$5*$G$2^2/$N$2/1000000 L16=J16+K1617 K17=2*$I17*$M6*$O$5*$G$2^2/$N$2/1000000 L17=J17+K1718 K18=2*$I18*$M7*$O$5*$G$2^2/$N$2/1000000 L18=J18+K18192021 K21=2*$I21*$M5*$O$6*$G$2^2/$N$2/1000000 L21=J21+K2122 K22=2*$I22*$M6*$O$6*$G$2^2/$N$2/1000000 L22=J22+K2223 K23=2*$I23*$M7*$O$6*$G$2^2/$N$2/1000000 L23=J23+K23()Re18/759.72Nε=1.10980.8961Re Re1 5.04527.1492lg[lg(())]3.7065 2.82572SLN N fεε=--+22fL vP fdρ∆=eRdNρνμ=214318nn nReg nnnd vNkρ--⎛⎫⎪+⎝⎭=0.10.81.06CL bRegrafN R⎛⎫= ⎪⎝⎭2CT 1431-12n n nRegn n n d d v N k ρ--⎛⎫ ⎪+⎝⎭=外套内)(0.100.81.06CLb Reg r a f N R ⎛⎫= ⎪⎝⎭11.8lg 1.532Re SLN f =-。
钻井各种计算公式
钻头水利参数计算公式:1、 钻头压降:dc QP eb 422827ρ= (MPa) 2、冲击力:VF Q j02.1ρ= (N)3、 喷射速度:dV eQ201273=(m/s)4、 钻头水功率:d c QN eb 42305.809ρ= (KW)5、比水功率:DNN b 21273井比= (W/mm 2)6、 上返速度:D DV Q221273杆井返=- (m/s)式中:ρ-钻井液密度 g/cm 3Q-排量 l/sc -流量系数,无因次,取0、95~0、98de -喷嘴当量直径 mmd d d de 2n 2221+⋯++= d n :每个喷嘴直径 mmD 井、D 杆 -井眼直径、钻杆直径 mm全角变化率计算公式:()()⎪⎭⎫ ⎝⎛∂+∂+∆=-∂-∂225sin 222b a b a b a L K abab ϕϕ 式中:a ∂ b ∂ -A 、B 两点井斜角;a ϕ b ϕ -A 、B 两点方位角套管强度校核:抗拉:安全系数 m =1、80(油层);1、60~1、80(技套) 抗拉安全系数=套管最小抗拉强度/下部套管重量 ≥1、80抗挤:安全系数:1、12510ν泥挤H P =查套管抗挤强度P c ' P c'/P挤≥1、125按双轴应力校核:Hn P ccρ10=式中:P cc -拉力为T b 时的抗拉强度(kg/cm 2) ρ -钻井液密度(g/cm 3) H -计算点深度(m) 其中:⎪⎭⎫ ⎝⎛--=T T KPP b b ccc K 223T b :套管轴向拉力(即悬挂套管重量) kg P c :无轴向拉力时套管抗挤强度 kg/cm 2K:计算系数 kg σs A K 2=A:套管截面积 mm 2 σs :套管平均屈服极限 kg/mm 2 不同套管σs 如下:J 55:45、7 N 80:63、5 P 110:87、9地层压力监测:⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫⎝⎛=DW NT R R d m n c0671.0lg 282.3lg (d c 指数)100417.04895.8105⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯-=H cnddR d R cmcnp =(压力系数)式中:T –钻时 min/m N –钻盘转数 r/minW -钻压 KN D -钻头直径 mmR n -地层水密度 g/cm 3 R m -泥浆密度 g/cm 3压漏实验:1、 地层破裂压力梯度:HPG Lm f 10008.9+=ρ KPa2、 最大允许泥浆密度:HP Lm 102max +=ρρ g/cm 3为安全,表层以下[]06.0max-=ρρmg/cm 3技套以下[]12.0max-=ρρmg/cm 33、 最大允许关井套压:[]8.01000'max ⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛--=gH m R a P P ρρ式中:P L -漏失压力(MPa) PR-破裂压力(MPa)ρm-原泥浆密度(g/cm 3) H -实验井深(m)ρ'm ax-设计最大泥浆密度(g/cm 3) 10008.9mHP P L ρ+=漏10008.9HmR P P ρ+=破井控有关计算:最大允许关井套压经验公式:表层套管[Pa]=11、5%×表层套管下深(m)/10 MPa 技术套管[Pa]=18、5%×技术套管下深(m)/10 MPa 地层破裂压力梯度:HPG RR 1000=KPa/m最大允许关井套压:8.000981.01000max ⨯⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=H H G P R a 套套ρ Mpa 最大允许钻井液密度:81.9'max GR=ρ-0、06 (表层)81.9'maxGR=ρ-0、12 (技套)套管在垂直作用下的伸长量:10724854.7-⨯-=∆LmL ρ式中:ρm -钻井液密度 g/cm 3 L ∆ -自重下的伸长 m L -套管原有长度 m 套管压缩距:()ρρmL LLE L 总钢固自-⨯=∆10式中:L ∆ -下缩距 m L自-自由段套管长度 mL固-水泥封固段套管长度 mL总-套管总长 mρ钢-钢的密度 7、85g/cm 3ρm-钻井液密度 g/cm 3E -钢的弹性系数 (2、1×106kg/cm 3)泥浆有关计算公式:1、加重剂用量计算公式:()rr r r r 重加原重原加加-=-V W式中:W 加 -所需加重剂重量 吨 V 原 -加重前的泥浆体积 米3r 原、r重、r 加-加重前、加重后、加重材料比重 g/cm 32、泥浆循环一周时间:QT V V60柱井-=式中:T -泥浆循环一周时间 分 V 井、V 柱 -井眼容积、钻柱体积 升 Q -泥浆泵排量 升/秒 3、井底温度计算公式:1680HT T += 式中:T 、T 0 -井底、井口循环温度 o CH -井深 米 4、配制泥浆所需粘土与水量计算:粘土量 ()rr r r r 水土水泥泥泥土-=-V W 水量r土土泥水-=W VQ 式中:W 土 -所需粘土的重量 吨 V 泥 -所需泥浆量 米3r 水、r 土、r 泥 -水、土与泥浆的比重 g/cm 3 Q 水 -所需水量 米35、降低比重所需加水量: ()rr r r r 水稀水稀原原水=--V Q式中:Q 水 -所需水量 米3 V 原 -原泥浆体积 米3r 原、r 稀、r 水 -原泥浆、稀释后泥浆与水的比重 g/cm 3。
连续管钻井水力参数计算软件计算
每层长度 260.32 273.83 287.34 300.85 314.35 327.86 341.37 354.88 368.39 381.89 288.93
管内压降 狄恩数DE CT直径D CT厚度T CT内径d 筒芯直径TD 绝对粗糙度ks 0.51 31548 0.073 0.0048 0.0634 2.6 4.7E-05 0.10 29965 0.10 直段长度 盘管段长度 密度P n 0.10 第1种情况 3500 0 清水 1006 1 0.11 第2种情况 2500 1000 泥浆 1180 0.52564 0.11 全盘在滚筒上 0 3500 平均弯曲半径 0.11 第一种情况 1.3 0.11 第二种情况 1.441 0.11 第三种情况 1.683 0.12 0.09 进入混合摩擦区的雷诺数下限 1.56
Q(L/min) 600 b 0.25 0.2899 △Pg 0.024 0.104
a
lg n 3.93 50
b
1.75 lg n 7
NRe1
59.7
kg 3.767 104 ρ 0.8 μ 0.2 d pv
2
8/ 7
65
5.0452 1.1098 7.149 0.8961 lg( ( ) )] N Re 2.8257 N Re
a b NRe g
0.1
NRe
d
平均弯曲半径 1.3 1.441 1.683 平均弯曲半径 1.3 1.441 1.683
连续管钻井水力参数计算软件计算携砂
油管雷诺数
环空雷诺数
总平均 含砂率 (%) 5
600
3.168
1.589
202031
67951
600
3.168
0.808
202031
58702
.65Cs 3.32Cs 2.2 )
环空沉 降末速 Vt(m/s) 颗粒群 滑移速度 Vr(m/s)
k1Cs 2 ) exp 1 k2Cs
0.0354
竖直井筒正 冲 所需最低流 量 (L/s) 0.446 0.651 0.876
水平井筒正 冲 所需最低流 量 (L/s) 1.337 1.953 2.628
1.280 竖直井筒正 冲 所需最低流 量 (L/s) 0.013 0.019 0.026
3.840 水平井筒正 冲 所需最低流 量 (L/s) 0.040 0.058 0.079
0.0312 0.0312 0.0009
海水
泥浆
0.0354 0.0011
颗粒 范围 (m) 0.000112191
0.001868326
0.101201013
非球形颗粒 考虑絮凝(球 (0.8球粒度) 粒)干扰沉降 干扰沉速/自 干扰沉降速 速度 由沉速 度 Vts(m/s) Vts(m/s) 0.0517 0.0517 0.0015 0.0354 0.0354 0.0011 1.461 0.999
4;套管 球形 非球形 清水7"套管
球形
非球形 泥浆5-1/2"套管 球形 非球形 泥浆7"套管
泥浆7"套管
球形
73
1180
2300
0.00025
0.0455
vt 0.688
石油钻井各种计算公式
钻头水利参数计算公式:1、钻头压降:(MPa)2、冲击力:(N)3、喷射速度:(m/s)4、钻头水功率:(KW)5、比水功率:(W/mm2)6、上返速度:(m/s)式中:ρ-钻井液密度 g/cm3Q -排量 l/sc -流量系数,无因次,取0.95~0.98de -喷嘴当量直径 mmdn:每个喷嘴直径 mmD井、D杆-井眼直径、钻杆直径 mm全角变化率计算公式:式中:-A、B两点井斜角;-A、B两点方位角套管强度校核:抗拉:安全系数 m=1.80(油层);1.60~1.80(技套)抗拉安全系数=套管最小抗拉强度/下部套管重量≥1.80抗挤:安全系数:1.125查套管抗挤强度/≥1.125按双轴应力校核:式中:-拉力为时的抗拉强度(kg/cm2)-钻井液密度(g/cm3)H -计算点深度(m)其中:Tb:套管轴向拉力(即悬挂套管重量) kgPc:无轴向拉力时套管抗挤强度 kg/cm2K:计算系数 kgA:套管截面积 mm2:套管平均屈服极限 kg/mm2不同套管如下:J55:45.7 N80:63.5 P110:87.9地层压力监测:(指数)(压力系数)式中:T –钻时 min/m N –钻盘转数 r/min W -钻压 KN D -钻头直径 mmRn -地层水密度 g/cm3 Rm -泥浆密度 g/cm3压漏实验:1、地层破裂压力梯度:KPa2、最大允许泥浆密度:g/cm3为安全,表层以下g/cm3技套以下g/cm33、最大允许关井套压:式中:-漏失压力(MPa)-破裂压力(MPa)-原泥浆密度(g/cm3) H -实验井深(m)-设计最大泥浆密度(g/cm3)井控有关计算:最大允许关井套压经验公式:表层套管[Pa]=11.5%×表层套管下深(m)/10 MPa 技术套管[Pa]=18.5%×技术套管下深(m)/10 MPa 地层破裂压力梯度:KPa/m最大允许关井套压:Mpa最大允许钻井液密度:-0.06 (表层)-0.12 (技套)套管在垂直作用下的伸长量:式中:-钻井液密度 g/cm3-自重下的伸长 mL -套管原有长度 m套管压缩距:式中:-下缩距 m-自由段套管长度 m-水泥封固段套管长度 m-套管总长 m-钢的密度 7.85g/cm3-钻井液密度 g/cm3E -钢的弹性系数(2.1×106kg/cm3)泥浆有关计算公式:1、加重剂用量计算公式:式中:-所需加重剂重量吨-加重前的泥浆体积米3、、-加重前、加重后、加重材料比重 g/cm32、泥浆循环一周时间:式中:T -泥浆循环一周时间分V井、V柱-井眼容积、钻柱体积升Q -泥浆泵排量升/秒3、井底温度计算公式:式中:T、T0 -井底、井口循环温度 oCH -井深米4、配制泥浆所需粘土和水量计算:粘土量水量式中:W土-所需粘土的重量吨V泥-所需泥浆量米3r水、r土、r泥-水、土和泥浆的比重 g/cm3Q水-所需水量米35、降低比重所需加水量:式中:Q水-所需水量米3V原-原泥浆体积米3r原、r稀、r水-原泥浆、稀释后泥浆和水的比重 g/cm3。
连续管钻井水力参数计算软件公式
连续管钻井水力参数计算软件公式流体性质几何尺寸密度MW = 1180 kg/m^3 滚筒直径D = 2.54 m流型指数N = 0.52564连续油管外径OD =0.073025 m流变系数K = 0.8213 pa.s^n 连续油管厚度T =0.004776 m管柱长度L = 3500 m流动参数滚筒外连续油管长度LOFF= 2500 m流量Q = 36 m^3/h滚筒上的连续油管长度LON= 1000 m 流速V = 3.160327337 m/s雷诺数RE=4432.993792连续油管内径ID=0.063473 m系数A =0.073013768过流面积s=0.003164229 m^2系数B =0.289901656直管计算弯曲管计算层流状态下最大雷诺数CRE1= 2749.8732 层流状态下最大雷诺数CRE3=5576.74紊流状态下最小雷诺数CRE2= 3549.8732 紊流状态下最小雷诺数CRE4=6376.74流态,直管段= 紊流流态,弯曲管段= 层流直管段范宁摩阻系数F1= 0.00640 弯曲管段范宁摩阻系数F2=0.0077直管段压力损失P1= 5951212.806 Pa 弯曲管段压力损失P2=4038579.29 Pa全部管柱压力损失P3 =9989792.1 Pa 范宁摩阻系数弯直管段比bi 1.203几种典型流体的流变参数流体密度n K。
连续管钻井水力参数计算软件公式
流体性质几何尺寸密度MW = 1180 kg/m^3 滚筒直径D = 2.54 m流型指数N = 0.52564连续油管外径OD =0.073025 m流变系数K = 0.8213 pa.s^n 连续油管厚度T =0.004776 m管柱长度L = 3500 m流动参数滚筒外连续油管长度LOFF= 2500 m流量Q = 36 m^3/h滚筒上的连续油管长度LON= 1000 m 流速V = 3.160327337 m/s雷诺数RE=4432.993792连续油管内径ID=0.063473 m系数A =0.073013768过流面积s=0.003164229 m^2系数B =0.289901656直管计算弯曲管计算层流状态下最大雷诺数CRE1= 2749.8732 层流状态下最大雷诺数CRE3=5576.74紊流状态下最小雷诺数CRE2= 3549.8732 紊流状态下最小雷诺数CRE4=6376.74流态,直管段= 紊流流态,弯曲管段= 层流直管段范宁摩阻系数F1= 0.00640 弯曲管段范宁摩阻系数F2=0.0077直管段压力损失P1= 5951212.806 Pa 弯曲管段压力损失P2=4038579.29 Pa全部管柱压力损失P3 =9989792.1 Pa 范宁摩阻系数弯直管段比bi 1.203几种典型流体的流变参数流体密度n K清水1006 1.000 0.0010盐水 1018 1.000 0.0010 单元格颜色模式 水溶液(凝胶)1 1030 0.669 0.0930 绿色= 用户输入值水溶液(凝胶)2 1042 0.605 0.5110 蓝色 = 计算值水溶液(凝胶)310540.507 2.188711800.525640.8213流体流动和压力损失计算表过渡流压力损失(Pa)流量 (m^3/h)层流 紊流临界值1 临界值2插值-f直管段26.040051 30.964283 3353665.832715951212.80631 2828674.110174695625.99035 6756555.5528弯管段 42.064289 46.068147 4038579.28537 2863224.58722 1455857.4360210825082.39628 21167776.7648弯管层流相关参数psi= 4.318574 雷诺数 4433狄恩数的幂phi=(0.055065)狄恩数700.76883直 863.150479 psi 弯 585.7464281 psi110.51324Re 210031phin phin D psi n D -⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪+⎝⎭⎝⎭21513022Q/0.2271154.63(/0.0254)Reoff s l P D ρ=()22513022(Q/0.2271)154.63(/0.0254)off b s a l Re P D ρ⎛⎫⎪⎝⎭=2s135113022(Q /0.2271)154.63(/0.0254)Re off s l P D ρ=2s24513022(Q /0.2271)154.63(/0.0254)off b s a l Re P D ρ⎛⎫ ⎪⎝⎭=()()143321Re Re Re Re s s s s P P p P --=+-()21513022(Q/0.2271)154.63(/0.0254)Reon c psi Des l P D ρ=0.1120.822511.069189(Q/0.2271)154.63(/0.0254)on b c D al D ReP D ρ⎛⎫ ⎪⎝⎭=2c135133022(Q /0.2271)154.63(/0.0254)Re on c l P D ρ=()0.1212c20.84451(/0.2271)(/0.2271) 1.069189(Q /0.2271)154.63(/0.0254)on bc a D D l Re P D ρ=()()143321Re Re Re Re c c c c P P p P --=+-系号表示步骤1. LON=L-LOFF2, ID=OD-2*T3 S=ID^2*PI()/4 PI=3.1415926544 V=Q/3600/S5RE=(0.124*(Q/0.2271)^(2-N)*MW/(9.804^N*K*(ID/0.0254)^(4-3*N)))*(N/(1+3*N))^N6 CRE1 =3470-1370*N7 CRE2 =4270-1370*N8 psi=47.969-153.8*N+166.22*N^2-60.132*N^39 phi=0.875*N-0.51510 CRE3 =(4*N/(3*N+1))^N*(2100*psi*(ID/D)^(0.5*phi))^(1/(1-phi))11 CRE4=CRE3+80012 A=(LOG(N)+3.93)/50 LOG(N)= LOG(N)/LOG(10)13 B=(1.75-LOG(N))/7 LOG(N)= LOG(N)/LOG(10)14 F1=A/RE^B15 F2=(1.069*A/RE^(0.8*B))*(ID/D)^0.116 bi=F2/F117 L10=(A/RE^B)*189*LOFF*MW*(Q/0.2271)^2/(154.63*(ID/0.0254)^5)18I10=((((0.124*MW/(9.804^N*K*(ID/0.0254)^(4-3*N)))*(N/(1+3*N))^N)^(-1)*CRE1)^(1/(2-N))) *0.227119 M10=3022*LOFF*MW*(I10/0.2271)^2/(154.63*(ID/0.0254)^5*CRE1)20J10=((((0.124*MW/(9.804^N*K*(ID/0.0254)^(4-3*N)))*(N/(1+3*N))^N)^(-1)*CRE2)^(1/(2-N)) )*0.227121 N10=(A/CRE2^B)*189*LOFF*MW*(J10/0.2271)^2/(154.63*(ID/0.0254)^5)22 O10=M10+(RE-CRE1)*(N10-M10)/(CRE2-CRE1)23 K10=3022*LOFF*MW*(Q/0.2271)^2/(154.63*(ID/0.0254)^5*RE)24K12=(0.124*(Q/0.2271)^(2-N)*MW/(9.804^N*K*(ID/0.0254)^(4-3*N)))*(N/(1+3*N))^N25 K13 =K12*(ID/D)^0.526 K11=(psi*K13^phi)*3022*LON*MW*(Q/0.2271)^2/(154.63*(ID/0.0254)^5*RE)27L11=(ID/D)^0.1*1.069*A/RE^(0.8*B)*189*LON*MW*(Q/0.2271)^2/(154.63*(ID/0.0254)^5)28I11=((((0.124*MW/(9.804^N*K*(ID/0.0254)^(4-3*N)))*(N/(1+3*N))^N)^(-1)*CRE3)^(1/(2-N))) *0.227129 M11=3022*LON*MW*(I11/0.2271)^2/(154.63*(ID/0.0254)^5*CRE3)30 J11=((((0.124*MW/(9.804^N*K*(ID/0.0254)^(4-3*N)))*(N/(1+3*N))^N)^(-1)*CRE4)^(1/(2-N)))*0. 227131N11=((ID/0.0254)*(D/0.0254))^0.1*(1.069*A/CRE4^(0.8*B))*189*LON*MW*(J11/0.2271)^2/(154.63*(ID/0.0254)^5)32 O11=M11+(RE-CRE1)*(N11-M11)/(CRE2-CRE1)33 P1=IF(RE<CRE1,K10,IF(RE>CRE2,L10,O10))IF RE<CRE1 THENP1=K10ELSEIF RE>CRE2 THENP1=L10ELSEP1=O10END IF34 P2 =IF(RE<CRE3,K11,IF(RE>CRE4,L11,O11))IF RE<CRE3 THENP1=K11ELSEIF RE>CRE4 THENP2=L11ELSEP2=O11END IF35 P3 =P1+P2。
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连续油管钻井水力计算实例分析一、计算原始参数CT 规格:"7873 4.8(20.188")3500mm m φ⨯⨯⨯,级别CT80。
滚筒尺寸(底径x 内宽x 轮缘):260024504200mm φφ⨯⨯采用老井加深工艺,原井筒1500m (5-1/2”和7”套管)加深钻井1000m 和2000m ,参考大量实例,钻头采用4-3/4”和6-1/8’牙轮钻头或PDC 钻头,螺杆马达采用3-3/4”和4-3/4”规格。
钻井液采用清水和一种水基泥浆(ULTRADRIL 钻井液),其流体参数为: ρl =1180kg/m 3,n=0.52564,k=0.8213Pa.s n ,粘度为45.5mPa.s 。
二、泵压计算P P P P P P P =∆+∆+∆+∆+∆+∆泵工具CT 直管汇钻头环空CT 盘(一)管内压降计算模型CT 内流体的摩阻损失通常表示为压力降低的形式,即:22f L v P f dρ∆=中L 和d 分别是管长和管径,v 是管内的平均速度,f 是范宁Fanning 摩擦因子,它与流体的雷诺数、管壁的粗糙度等因素有关。
(二)清水(牛顿流)介质管内摩阻计算 1.雷诺数计算及狄恩数计算e R d N ρνμ=式中,N Re 为雷诺数,无量纲;ρ为液体密度,kg/m 3;ν为循环介质在管路中的平均流速,m/s ; d 为模拟连续油管内径,m ;μ为牛顿流体的动力粘度,Pa*s ;狄恩数(Dean)是研究弯管流动阻力的基本无量纲数:De N N =其中r 0为连续油管内径,R 为连续油管弯曲半径,N Re 为雷诺数。
2.直管摩阻系数计算模型 (1)层流对于直管,范宁摩阻系数可用如下公式计算: Re16SL f N =(2)紊流对管内单向流摩阻系数公式进行了分析,当不考虑管粗糙度,在紊流光滑区(3*103<De N <3*106),采用Miller 公式:1.8lg 1.53Re N =-对一定的相对粗糙度,雷诺数影响不能忽略。
可采用下式来确定光滑区上限,即进入混合摩擦区的雷诺数下限。
()Re18/759.72N ε=对于商用钢管,绝对粗糙度:ks=0.00186”=0.047244mm ,则相对粗糙度ε=ks/d 。
王弥康等推荐的公式:1.10980.8961Re Re 5.04527.1492lg[lg(())]3.7065 2.8257N N εε=--+(3)过渡流按照过渡流雷诺数上下限(2100和2900)分别计算后插值计算。
3.盘管摩阻系数计算模型 (1)层流(0.556CL SL f f =+(2)紊流0.500.0075[]CL SL rf f R=+(3)过渡流对于过渡流可采用如下Srinivasan 公式:0.2500.5Re 1.8CLr f N R ⎛⎫= ⎪⎝⎭对于临界雷诺数的计算模型:()00.5Re 2100112cr r R N ⎡⎤⎛⎫⎢⎥⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦=+Srinivasan 等将连续油管内流态分为3类,即层流30<De N <300,过渡流300<De N <()De cr N ,紊流()De cr N <De N <14000。
连续油管盘在滚筒上,按照多层缠绕的平均弯曲半径计算.(三)水基泥浆(非牛顿流)管内摩阻计算 1.广义雷诺数计算计算对于广义雷诺数的计算有:214318nn n Regn n n d v N k ρ--⎛⎫ ⎪+⎝⎭=K 为流变系数,n 为流型指数。
临界广义雷诺数:()Re 34701370crg n N -=Re Re()g crg N N <为层流,Re 42701370g N n >-为紊流,二者之间为过渡流。
2.直管摩阻系数计算模型 (1)层流 Re 16SL gf N =(2)紊流Re SL bgaf N =lg 3.9350n a +=1.75lg 7nb -=(3)过渡流计算同牛顿流。
3.盘管摩阻系数计算模型 (1)层流 ()00.30.65.22CLRegr R f N =(2)紊流0.100.81.06CLbReg r a f N R ⎛⎫=⎪⎝⎭系数a,b 同上。
(3)过渡流计算同牛顿流。
(四)环空摩阻计算此时采用直管的摩阻系数计算即可,公式如下。
2CT 2-f L v P f d d ρ∆=环空环空外套内1. 清水雷诺数计算公式如下:CT (-)e R d d N ρνμ=外套内环空2.水基泥浆此时广义雷诺数计算公式为:2CT 1431-12n n nRegn n n d d v N k ρ--⎛⎫ ⎪+⎝⎭=外套内环空)( 层流,摩阻系数采用前述的层流公式: (五)含磨粒摩阻梯度系数计算模型对于含磨粒情况,考虑在计算的摩阻梯度前乘上一个磨粒摩阻梯度系数M 。
对于层流:0.60.41r r M μρ=对于过渡流:0.50.52r r M μρ=对于紊流:0.20.83r r M μρ=其中r μ和r ρ分别为相对粘度和相对密度。
其中r ρ可用如下公式表示:()11/1r s L v C ρρρ=+-211P P r L S C C ρρρ⎛⎫⎛⎫=++⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭其中s ρ和L ρ分别为砂粒和液体密度,v C 和P C 分别为砂粒和凝胶的体积分数。
对牛顿流:其中r μ可用如下公式表示: 16.6211 2.510.050.00273vC r v v C C e μ=+++(){}22max 1 1.25/1/r v v v C C C μ=+-⎡⎤⎣⎦()3max1v BC r v v e C C μ=-其中max 2.50.63v B C ==,。
对非牛顿流:() 2.51max 1/nr v v C C μ-=-⎡⎤⎣⎦()21.5(1)/10002 1.2510.7511 1.5n n v r v C e e C γμ--⎧⎫⎡⎤=+-⎨⎬⎣⎦-⎩⎭其中γ 为名义剪切率,单位s -1。
分别采用1r ρ公式和1r μ公式,将相关颗粒参数代入,并根据前面的计算,对于清水采用紊流公式M3,对于泥浆采用层流公式得到M1。
代入前面计算的环空摩阻,最终得到不同情况下连续油管内摩阻和考虑环空携岩颗粒影响的环空摩阻。
(六)地面管汇压力损耗计算模型1.8g g P k Q =⨯Δ其中:g P Δ—地面管汇压力损耗,MPa ;g k —地面管汇压力损耗系数,无因次量;40.80.23.76710g d pv k -=⨯⨯⨯ρμ其中 d ρ—作业液密度,g/3cm ;pv μ—作业液塑性粘度,mPa ·s ;Q —流量,L/s 。
(七)工具组合及钻头喷嘴压力损失计算模型 喷嘴压降的计算模型为:22240.844Q p n d ρμ∆=其中:μ分别为流量系数,根据喷射流道结构确定,无量纲;ρ—流体密度,kg/m 3;Q —排量,m 3/s ; d —喷嘴直径,m ;p n —射孔孔眼数量,无量纲;P ∆—喷嘴压降,Pa 。
根据计算,采用常规泥浆泵不能满足泵压要求,此时考虑可能需采用压裂泵。
二、排量计算(一)环空返速得到的最低流量11Q v A =⨯环返(二)连续管钻井水平井筒携岩最低流量2 1.单颗粒沉降末速计算(1)层流区沉降(Re s ≤1)或 ()1231.225p l sl d μρρρ⎡⎤≤⎢⎥-⎣⎦这时,颗粒与液体之间的相对运动是层流。
根据Stokes 公式,24e D s C R =()218s l p t g d v ρρμ-=(2)过渡区沉降(1≤e s R ≤500)它描述在固体颗粒运动中逐渐发展的紊流。
根据Allen 公式,10/D C =()1231.195s l t p l v d ρρμρ⎡⎤-=⎢⎥⎢⎥⎣⎦适用粒径范围:()()1122330.91520.4pl s l l s l d μμρρρρρρ⎡⎤⎡⎤≤≤⎢⎥⎢⎥--⎣⎦⎣⎦(3)紊流区沉降(500≤e s R ≤2*105)描述除边界层外完全发展的紊流。
作紊流沉降的圆球形固体颗粒的阻力系数接近一常数: 0.45D C ≈t v =适用粒径范围:()()11223320.41105pl s l l s l d μμρρρρρρ⎡⎤⎡⎤≤≤⎢⎥⎢⎥--⎣⎦⎣⎦则单个砂粒的沉降末速度为:()()112233235010061.195 1.1950.000250.0354/0.0011006s l t p lv d m s ρρμρ⎡⎤⎡⎤--==⨯⨯=⎢⎥⎢⎥⨯⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦钻井液通常符合宾汉流型,通过大量分析,岳湘安等给出了在该流型下的颗粒下滑速度公式:()()22230011800.000250.6880.6880.0011/0.0455s l p t d v m s ρρμ--⨯==⨯=2.颗粒群沉降末速计算计算表明,当颗粒体积密度较小时(Cs<0.05m 3/m 3),干扰沉降末速度均小于前面计算的自由沉降末速度,这样以单颗粒模型计算的携砂所需的最低流量值更安全一些。
另外,当颗粒体积浓度大于5%时,此时由于干扰颗粒增多,干扰沉降末速度可能会大于自由沉降末速度,必须另外考虑。
霍利克斯(Hawksley)从斯托克斯定律出发,考虑了浑水粘性和容重的增加,以及颗粒下沉引起的回流作用,得出固体颗粒浓度高时的沉降速度公式:212(1)exp 1t ss ts sv k C C v k C ξ-=--其中ξ,1k ,2k 为相关系数。
其中ξ=1(泥沙不发生絮凝现象),ξ≈2/3(泥沙形状近似球体,存在絮凝现象),无因次;1k —形状系数,对于球体来说k1=2.5,对于非球体来说k1=2.5Λ(颗粒的球度),无因次;2k —固体颗粒之间的相互影响系数,对于球体来说,k2=39/64,无因次。
采用不同砂粒浓度带入上式计算,当颗粒形状近似球体,存在絮凝现象时,加快了砂粒沉降,此时沉降速度v ts 要大于自由沉降末速。
3.连续管钻井水平井筒携岩最低流量226Q v A =⨯⨯ts 环对于老井加深的竖直井筒情况:22Q v A =⨯⨯ts 环泥浆携岩的颗粒群沉降末速较小,不作为计算依据。
则清水连续管钻井水平井筒携岩最低流量计算如下:(三)根据连续油管内外压承载极限反算的最大允许流量根据井身结构,将最大连续油管内外压差代入为连续油管内部屈服压力,考虑套管放空,求得最大允许流量Q3。
(四)根据所选螺杆钻具查参数表得最大允许流量Q4 (五)连续油管钻井合适排量推荐根据前面的计算,连续油管钻井合适排量应满足下式:(max(1,2),min(3,4))Q Q Q Q Q ∈。