循环流动压耗计算

摩擦系数； f 16
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；
钻杆段压力降：
0.8 0.8 m e 0.2 m e 0.2 1.8 Pp 0.164 0.182 Lp Q d pi 4.8 ( Dh D p )3 ( Dh D p )1.8
3. 循环管路的压耗系数
⑵ 钻杆段压力降
钻杆段压力降：
0.8 0.8 m e 0.2 m e 0.2 1.8 Pp 0.164 0.182 Lp Q d pi 4.8 ( Dh D p )3 ( Dh D p )1.8
钻井中取： 内平钻柱内：
f
A 0.053 A 0.059
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：
Re
di V e
（管内流） （环空流）
( Dh D) V Re e
P Kl Q1.8 l
Kl =？
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
m 0.8 e 0.2 Lg Q1.8
d g 4.8
令： K 0.164 g
m 0.8 e 0.2 Lg
d g 4.8
只能保持 Ns=Nr，
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：
Ps P P l bit
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。
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 P P l 1 2
V 2
2g
其中：
di f ：管壁与流体之间的摩擦系数； rw 4
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 0.164 l P 0.182 l P 0.182 l
m0.8 e0.2 L Q1.8
di di
4.8
（内平钻杆管内流）
（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：
Ps Pg P P P i a bit Ns Ng Ni Na Nbit
令：
泵压分配关系 泵功率分配关系
P Pg P P l i a Nl Ng Ni Na
Nr Pr Qr
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）， 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！
1.8
Pg Kg Q
Kg : 地面管汇压耗系数；
3. 循环管路的压耗系数
⑵ 钻杆段压力降
钻杆内压力降： Ppi 0.164
0.8 m e0.2
d pi 4.8
Lp Q1.8
0.8 m e0.2 钻杆外压力降： Ppa 0.182 Lp Q1.8 ( Dh Dp )3 ( Dh Dp )1.8
di V Re (1 0 d / 6 )
Re
（管内流） （环空流）
( Dh D) V (1 0 d / 6 )
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
P 1
V12 P2 V22 h 2g 2g Ps
钻进循环流动
二、水功率传递的基本原理
P 1
V12 P2 V22 h 2g 2g Ps

P P2 1 V1 V2
P s

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
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 ( 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；
钻进循环流动
B 层流时摩擦系数的计算（牛顿液）
Pc Kc Q
1.8
Kc : 钻铤压耗系数；
L p H Lc
3. 循环管路的压耗系数
⑷ 循环管路压耗系数
循环管路压耗： P Pg Pp P l c
Pl Kg Q m Lp Q Kc Q
1.8 1.8
1.8
Pl Kg m Lp Kc） m e 0.2 m e 0.2 m 0.164 0.182 4.8 3 1.8 d pi ( Dh D p ) ( Dh D p )
Pp m Lp Q1.8
m: 钻杆压耗系数；
3. 循环管路的压耗系数
⑶ 钻铤段压力降
钻铤内压力降： P 0.164 ci

d
0.8 0.2 m e 4.8 ci
Lc Q1.8
0.8 m e0.2 钻铤外压力降： P 0.182 Lc Q1.8 ca 3 1.8 ( Dh Dc ) ( Dh Dc )
钻铤段压力降：
0.8 0.8 m e 0.2 m e 0.2 Pc 0.164 0.182 Lc Q1.8 4.8 3 1.8 dci ( Dh Dc ) ( Dh Dc )
3. 循环管路的压耗系数
⑶ 钻铤段压力降
钻铤段压力降：
0.8 0.8 m e 0.2 m e 0.2 Pc 0.164 0.182 Lc Q1.8 dci 4.8 ( Dh Dc )3 ( Dh Dc )1.8
令：
0.8 0.8 m e 0.2 m e 0.2 K c 0.164 0.182 L 4.8 3 1.8 c dci ( Dh Dc ) ( Dh Dc )
DH : 井眼直径， 米； di : 钻具内径， 米；
L : 管路长度， 米；
Q : 循环排量， 3 /秒； 米
e : 泥浆当量紊流粘度， 秒； 帕
m : 泥浆密度， 千克/米3；
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：
P Q1.8 l
Kl : 循环压耗系数；
Lp H Lc
1.8
Pl m H Kg Kc m Lc）Q （
1.8
L p H Lc
3. 循环管路的压耗系数
⑷ 循环管路压耗系数
Pl m H Kg Kc m Lc）Q （
令：
1.8
n Kg Kc m Lc
Pl m H n）Q （