钻井液循环当量密度影响因素

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价值工程

1钻井液循环当量密度（ECD ）计算模型钻井液的当量循环密度（Equivalent Circulating Density ，简写为ECD ）可以定义为钻井液的当量静态密度（ESD ）与钻井液流动造成的环空压耗当量密度之和。现场情况下的当量循环密度ECD 表达式如下：

ECD=ρ（1-C a ）+ρs C a +

Δp 0.00981H

（1）式中：ρ为钻井液密度；ρs 为岩屑密度；C a 为环空岩屑浓度，%；Δp 为环空压耗。

1.1环空浓度计算模型环空浓度C a 的计算公式：

C a =ROP 3600（v c -v s ）（1-d 2

o

d

2）

（2）式中：ROP 为钻速，（m/h ）；d 0为钻杆外径，（cm ）；d 为井眼内径，（cm ）；v c 为钻井液环空返速，（m/s ）；v s 为岩屑沉降速度，（m/s ）。

1.2环空压耗计算模型当流态为紊流时，环空井段的压耗Δp 为[1]

：Δp=

2.04f ρv 2

c l d-

d o

（3）

式中：

Δp 为环空压耗，（kg/cm 2）；l 为钻杆长度，（m ）；d o 为钻柱的外径，（cm ）；d 为井眼内径，（cm ）；v c 为钻井液环空返速，（m/s ）；ρ

为钻井液密度，（g/cm 3

）；f 为摩阻系数，无因次。

显然从上式可知环空压耗计算的关键在于环空摩阻系数f 的准确确定。由流体力学原理知，f 与流体的流变模式、流变参数、流体流态、流体雷诺数和几何边界条件等有关。由于理论研究，尤其是非牛顿流体流动研究的不完善，以及实际问题的复杂，非牛顿流体流动的解析解很难得到，目前尚无统一的适用于各种流变模式非牛顿流体的流态判别和摩阻系数计算方法，这些方法都存在很大的局限性，并且有时在相同条件下计算结果也相差很大，不能胡乱使用。在这里摩阻系数f 采用Dodge 和Metiner 推导出的半经验公式[2]来计算：

1f 姨=4n 0.75lg[Ref （1-0.5n ）

]-0.395n 1.2（4）由于在深水钻井中，不同的海水深度和温度梯度也会对钻井液的流变性能产生影响，因此在应用上述模型计算环空压耗时，需要考虑温度和深度（压力）对钻井液观粘度、塑性粘度和动切力的影响，而不能直接应用地面上的测量结果。

2ECD 影响因素分析

以一口实钻井的12.25in 井段为例来说明各个参数对ECD 的影响。

2.1ROP(rate of penetration)对△ECD 的影响基本参数如表1所示。图1分析了钻速ROP 对ECD 的影响，从图中可以看出钻速对ECD 的影响很大，随着钻速的提高ECD 会增大，所以为了控制ECD 就要在钻井过程中严格控制钻速的大小。

2.2钻屑浓度C a 对ECD 的影响基本参数如表2所示。图2分

析了钻屑浓度C a 对ECD 的影响，从图中可以看出钻屑浓度对ECD 的影响还是很大的，随着钻屑浓度的增大ECD 会增大，所以为了控制ECD 就要在钻井过程中尽量旋转钻杆并适当提高排量使井眼尽可能保持清洁以致钻屑浓度不太大。

2.3钻屑直径ds 对ECD 的影响基本参数如表3所示。图3分

析了岩屑直径ds 对ECD 的影响，

从图中可以看出岩屑直径对ECD 的影响还是很大的，随着岩屑直径的增大ECD 会增大，所以在钻井

——————————————————————

—作者简介：封卫强（1973-），男，陕西蓝田人，高级工程师，中石化石油工程技

术研究院，主要从事油气田开发工作。

钻井液循环当量密度影响因素分析

The ECD Analysis of Influencing Factors

封卫强①②Feng Weiqiang ；李琪③Li Qi ；孙腾飞①Sun Tengfei

（①中国石油大学（北京）石油工程学院，昌平102249；②中石化石油工程技术研究院，北京100101；

③西安石油大学石油工程学院，西安710065）

（①China University of Petroleum (Beijing)College of Petroleum Engineering ，

Beijing 102249，China ；②Petroleum Engineering Technology Institute of SINOPEC ，Beijing 100101，China ；③College of Petroleum Engineering ，Xi'an Shiyou University ，Xi'an 710065，China ）

摘要：本文建立了钻井液的循环当量密度计算模型，同时分析了岩屑浓度、机械钻速、岩屑直径对钻井液循环当量密度的影响，通过分析可

以得出：随着钻速、钻屑浓度、岩屑直径的增大ECD 会增大，因此在钻井水力参数设计时要注意这些参数带来的影响。

Abstract:Through the established drilling fluid equivalent circulation density calculation model,this article analyses the influence of cuttings concentration,rate of penetration,cuttings diameter on the drilling fluid equivalent circulation density.Through the analysis we can get:along with the increase of the penetration rate,drilling cuttings concentration,cutting diameter,the ECD will increase.So in drilling hydraulic parameters design,we should pay attention to the impact of these parameters.

关键词：ECD ；岩屑直径；钻速；岩屑浓度Key words:ECD ；cutting diameter ；rate of penetration ；cutting concentration

中图分类号：TE3

文献标识码：A

文章编号：1006-4311（2012）04-0022-02

泥浆密度ppg 塑性粘度mpa.s 动切力lbf/100ft 2

钻屑直径

in 钻屑密度g/cm 3

9.1

30

11

0.197

2.65

钻速m/h 排量l/s 30

84.99

表2钻进基本参数表（12.25in pilot 井段）

表1

钻进基本参数表

（12.25in 井段）