喷射钻井水力参数计算方法
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SY/T5234-91
喷射钻井水力参数计算方法
1主题内容与适用范围
本标准规定了石油及天然气钻井中喷射钻井水力参数的计算方法。
本标准适用于石油及天然气钻井中喷钻井水力参数计算。
2计算公式中的符号、名称及单位(见表1)
表1
序号符号名称单位
1 A b井底面积mm2
2 A J喷嘴面积mm2
3 D 钻柱外径mm
4 D b钻头直径mm
5 D h井径mm
6 D p 钻杆外径mm
7 D ro 岩屑直径mm
8 d 钻柱内径mm
9 F J 射流冲击力N
10 f o 环空净化系数——
11 H 井深m
12 H o 临界井深m
13 K 钻井液稠度系数Pa·s n
14 k a 环空压耗系数——
15 k b 钻头压降系数——
16 k c 钻铤压耗系数——
17 k ci 钻铤内压耗系数——
18 k i 管内压耗系数——
19 k p 钻杆压耗系数——
20 k pi 钻杆内压耗系数——
21 k tp 地面管汇压耗系数——
22 L 钻柱长度m
23 L e钻铤长度m
24 L p钻杆长度m
25 N b钻头水功率kW
26 N S钻井泵实际水功率kW
27 N r钻井泵额定水功率kW
28 n 钻井液流性指数——
序号符号名称单位
29 P a环空压耗Mpa
30 P b钻头压降Mpa
31 p c 钻铤压耗Mpa
32 p i 钻柱内压耗Mpa
33 p p 钻杆压耗Mpa
34 p po 钻井循环压耗Mpa
35 p r 钻井泵额定泵压Mpa
36 p s 钻井泵工作压力Mpa
37 p sp地面管汇压耗MPa
38 Q 排量L/s
39 Q opt 最优排量L/s
40 Q r 额定排量L/s
41 Re 环空雷诺数---
42 N u 钻头单位面积水功率W/mm2
43 νa环空返速m/s
44 ν c 临界返喷m/s
45 νj射流喷速m/s
46 νsi岩屑滑落速度m/s
47 μp塑性粘度mPa·s
48 μf钻井液粘度mPa·s
49 ρm钻井液密度g/cm3
50 ρro 岩屑密度g/cm3
51 τy屈服值Pa
52 η钻井泵水功率利用率——
53 θ600旋转粘度计600r/min读数——
54 θ300旋转粘度计300r/min读数——
55 θ200旋转粘度计200r/min读数——
56 θ100旋转粘度计100r/min读数——
3 喷射钻井水力参数计算公式
3.1塑性粘度
μp=θ600-θ300 (1)
3.2屈服值
τy=0.479(2θ300-θ600) (2)
3.3流性指数
n=3.32log θ600 (3)
θ300
3.4稠度系数
0.479θ300
K= (4)
511n
3.5环空返速
1273Q
υa= (5)
D h2-D p2
3.6判断环空流态
3.6.1 宾汉流体
30．864μp＋[（30.864μp）2×123.5τyρm（D h－D p）2]0.5
υc= 24ρm(D h－D p) (6)
9800（D h－D p）υα2ρm
R e= (7)
τy(D h－D p)+12υaμp
υa≥υc或Re≥2100 紊流
υa＜υc或Re＜2100 层流
3.6.2 冥律流体
2.04×104n0.387K 25.4
υc=0.00508[ ( )n ]1/(2-n) (8)
ρm D h－D p
υ a
Z=808( )2-n (9)
υc
υa≥υc或Z≥808紊流
υa＜υc或Z＜808层流
3.7岩屑滑落速度
0.071D rc(ρrc－ρm)0.667
υsi= (10)
(ρmμf)0.333
对于宾汉流体：
τy(D h－D p)
υf=υp+0.112[ ] (11)
υa
对于幂律流体
12000υ a
μf=1075n0.119K( ) n-1 (12)
D h－D p
3.8环空净化系数
υSi
f c=1－ (13)
υa
3.9地面管汇压耗
3.9.1宾汉流体
k sp=3.767×10-4ρm0.8μp0.2 (14)
p sp=k sp Q1.8 (15)
3.9.2幂律流体
4.088×10-3K 4.093(3n+1)
k sp=8.09×10-4(logn+2.5)ρm{ .[ ]n}(1.4-logn)/7 (16)
ρm n
p sp=k sp Q[(14+(n-2)(1.4-logn))/7 (17)
3.10管内压耗
3.10.1宾汉流体
1
k f=7628ρm0.8μp0.2 (18)
d4.8
p i=k i LQ1.8 (19)
3.10.2幂律流体
64846(logn+2.5)ρm7.71×10-11d i K
k i= { ·
d 5ρm
2.546×106(3n+1)
[ ]n}(1.4-logn)/7 (20)
nd3
p sp=k sp LQ[(14+(n-2)(1.4-logn))/7 (21)
3.11 环空压耗
3.11.1宾汉流体
a.层流