鉆井液工藝學(xué)分析PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1鉆井液工藝學(xué)分析鉆井液工藝學(xué)分析2009年8月ZHOUCY 非穩(wěn)定流動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng)流動(dòng)類型第1頁(yè)/共46頁(yè)2009年8月ZHOUCY靜止靜止塞流塞流層流層流紊流紊流液體流速增加液體流速增加第2頁(yè)/共46頁(yè)2009年8月ZHOUCY第3頁(yè)/共46頁(yè)2009年8月ZHOUCY第4頁(yè)/共46頁(yè)2009年8月ZHOUCY粘滯系數(shù)簡(jiǎn)稱粘滯系數(shù)簡(jiǎn)稱第5頁(yè)/共46頁(yè)2009年8月ZHOUCY1 1塑性液塑性液2 2假塑性液假塑性液3 3牛頓液牛頓液4 4膨脹液膨脹液第6頁(yè)/共46頁(yè)2009年8月ZHOUCYo1.牛頓液牛頓液(Newtonion fluid)無(wú)結(jié)構(gòu)、均勻質(zhì)點(diǎn)，如油類無(wú)結(jié)構(gòu)、均勻質(zhì)點(diǎn)，如油

2、類、清水。、清水。流變曲線為一條過(guò)原點(diǎn)直線流變曲線為一條過(guò)原點(diǎn)直線, ,符合符合=。00、00施加很小的切應(yīng)施加很小的切應(yīng)力就發(fā)生流動(dòng)。力就發(fā)生流動(dòng)。為常數(shù)為常數(shù), ,不隨不隨變化變化 =/=tg=/=tgabaabb第7頁(yè)/共46頁(yè)2009年8月ZHOUCY2.塑性液塑性液(Plastic fluid): (大多數(shù)鉆井液大多數(shù)鉆井液)存在不流動(dòng)區(qū)存在不流動(dòng)區(qū)s s 、=0=0、00s s靜切力：反映靜態(tài)靜切力：反映靜態(tài)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。過(guò)度區(qū)過(guò)度區(qū)( (塞一層塞一層):):結(jié)構(gòu)拆結(jié)構(gòu)拆散散, ,不能被均勻剪切不能被均勻剪切. .層流區(qū)層流區(qū)( (直線段直線段) ) 靜靜止止塞塞流流層層流流

3、紊紊流流 s 第8頁(yè)/共46頁(yè)2009年8月ZHOUCYo剪切稀釋性剪切稀釋性(shear thinning )o原因原因：在速梯增大時(shí)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)被拆散，結(jié)構(gòu)粘度：在速梯增大時(shí)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)被拆散，結(jié)構(gòu)粘度降低所致。降低所致。o意義意義：具有剪切稀釋性的鉆井液，在速梯較低時(shí)有：具有剪切稀釋性的鉆井液，在速梯較低時(shí)有較大的表觀粘度，有利于懸浮和攜帶巖屑。而在速較大的表觀粘度，有利于懸浮和攜帶巖屑。而在速梯較大時(shí)又有較小的表觀粘度，這有利于降低流動(dòng)梯較大時(shí)又有較小的表觀粘度，這有利于降低流動(dòng)阻力，減少功率損耗。阻力，減少功率損耗。第9頁(yè)/共46頁(yè)2009年8月ZHOUCY3.假塑性液假塑性液(Pseu

4、do-plastic fluid)（聚合物鉆井液、油包水乳化鉆井液為典型的假塑性液）（聚合物鉆井液、油包水乳化鉆井液為典型的假塑性液）流變曲線為過(guò)原點(diǎn)的流變曲線為過(guò)原點(diǎn)的指數(shù)曲線；指數(shù)曲線；施加很小切應(yīng)力發(fā)生施加很小切應(yīng)力發(fā)生流動(dòng)，無(wú)流動(dòng)，無(wú)s s或很小或很小; ;具有剪切稀釋性。具有剪切稀釋性。abaabb第10頁(yè)/共46頁(yè)2009年8月ZHOUCY4.膨脹性液體膨脹性液體(dilatant fluid)l流變曲線為指數(shù)曲流變曲線為指數(shù)曲線與假塑性液體相線與假塑性液體相似，但凹凸方向相似，但凹凸方向相反；反；l粘度隨速梯增加而粘度隨速梯增加而增加增加剪切增稠剪切增稠。ababb第11頁(yè)/共4

5、6頁(yè)2009年8月ZHOUCY3-2 鉆井液流變模式鉆井液流變模式 Drilling fluid rheological models evaluations0第12頁(yè)/共46頁(yè)2009年8月ZHOUCY1.1.p p- -塑性粘度塑性粘度PVPV(plastic viscosity ) Pa.s or mPa.s 意義意義: : p p=(-=(-0 0 )/)/ 反映了液相之間，固液之間和固相與固相之間反映了液相之間，固液之間和固相與固相之間 的摩擦力。的摩擦力。 影響影響: :固相性質(zhì)及含量，液相性質(zhì)。固相性質(zhì)及含量，液相性質(zhì)。 控制控制: :通常通過(guò)清除鉆屑來(lái)降低。通常通過(guò)清除鉆屑來(lái)降

6、低。第13頁(yè)/共46頁(yè)2009年8月ZHOUCY2.0-動(dòng)切應(yīng)力動(dòng)切應(yīng)力YP (Yield Point) Pa. 意義意義:用以表示鉆井液流動(dòng)時(shí)鉆井液中粘土網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度用以表示鉆井液流動(dòng)時(shí)鉆井液中粘土網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度 反映了鉆井液攜帶和懸浮鉆屑的能力。反映了鉆井液攜帶和懸浮鉆屑的能力。 影響影響:形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的因素，如形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的因素，如粘土含量粘土含量及及性質(zhì)、聚合物、電性質(zhì)、聚合物、電解質(zhì)解質(zhì)等。等。控制控制: 提高動(dòng)切力提高動(dòng)切力：加上述物質(zhì)；：加上述物質(zhì)；降低動(dòng)切力降低動(dòng)切力：加拆散結(jié)構(gòu)的物質(zhì)如：降粘劑、反絮凝劑等。：加拆散結(jié)構(gòu)的物質(zhì)如：降粘劑、反絮凝劑等。 第14頁(yè)/共46頁(yè)200

7、9年8月ZHOUCY 3.視粘度表達(dá)式視粘度表達(dá)式: =0/+p =g +p 結(jié)構(gòu)粘度定義結(jié)構(gòu)粘度定義為為g =0/討論：討論：兩種鉆井液在某相同的速梯（剪切速率）下視粘度兩種鉆井液在某相同的速梯（剪切速率）下視粘度相同，其懸浮攜帶鉆屑的性能是否相同？相同，其懸浮攜帶鉆屑的性能是否相同？ 由此表明采用由此表明采用賓漢模式賓漢模式的視粘度由的視粘度由結(jié)構(gòu)粘度結(jié)構(gòu)粘度和和塑性粘度塑性粘度構(gòu)成，構(gòu)成，其所占其所占的比例不同對(duì)鉆井液的的比例不同對(duì)鉆井液的流變性影響很大。流變性影響很大。第15頁(yè)/共46頁(yè)2009年8月ZHOUCY表達(dá)式：表達(dá)式：=kn （指數(shù)方程）（指數(shù)方程）1. n1. n流性指數(shù)流

8、性指數(shù)意義意義：當(dāng)當(dāng)n n11 1 時(shí)為膨脹流體。時(shí)為膨脹流體。在大多數(shù)鉆井液中，在大多數(shù)鉆井液中，n1n0.5Rt 0.52. Vs2. Vs計(jì)算：計(jì)算：顆粒沉降流態(tài)顆粒沉降流態(tài): :鉆屑顆粒沉滑時(shí)鉆屑顆粒沉滑時(shí), ,邊界液流所呈的狀態(tài)邊界液流所呈的狀態(tài). .顆粒雷諾數(shù)顆粒雷諾數(shù)-Re.p -Re.p (partical Reynolds Number ) 16.ReassfdVp第36頁(yè)/共46頁(yè)2009年8月ZHOUCY17)(32. 0afsssdV 18)()(706. 0333. 0667. 0ffsssdV 19)(9 . 2ffsssdV Re.p1 Re.p2000Re.p2

9、000紊流沉降紊流沉降第37頁(yè)/共46頁(yè)2009年8月ZHOUCY基本數(shù)據(jù)基本數(shù)據(jù)計(jì)算環(huán)空流態(tài)計(jì)算環(huán)空流態(tài)式（式（1818）計(jì)算）計(jì)算VsVsRep2000Rep2000式（式（1919）計(jì)算）計(jì)算VsVs式（式（1616）計(jì)算）計(jì)算RepRepRep1Rep1式（式（1717）計(jì)算）計(jì)算VsVs計(jì)算計(jì)算VtVt計(jì)算計(jì)算RtRt流態(tài)流態(tài)層流層流紊流紊流YNYN井眼凈化計(jì)算機(jī)框圖井眼凈化計(jì)算機(jī)框圖第38頁(yè)/共46頁(yè)2009年8月ZHOUCYo 鉆井液密度鉆井液密度( ( Density) )Lpff100靜態(tài)測(cè)量靜態(tài)測(cè)量第39頁(yè)/共46頁(yè)2009年8月ZHOUCYLPDCEf10.當(dāng)量循環(huán)泥漿密

10、度當(dāng)量循環(huán)泥漿密度（E.C.DEquivalent Circulating Density）由于鉆井液循環(huán)流動(dòng)所產(chǎn)生附加壓力的相當(dāng)密度。由于鉆井液循環(huán)流動(dòng)所產(chǎn)生附加壓力的相當(dāng)密度。o單位：?jiǎn)挝唬篍.C.D、f kg/m3；PPa；LmLPDCEf100.o單位：?jiǎn)挝唬篍.C.D、f g/cm3；PMPa；Lm第40頁(yè)/共46頁(yè)2009年8月ZHOUCYo 鉆井液的井內(nèi)壓力激動(dòng)鉆井液的井內(nèi)壓力激動(dòng) 起下鉆和鉆井過(guò)程中，由于鉆柱的上下移動(dòng)起下鉆和鉆井過(guò)程中，由于鉆柱的上下移動(dòng)、泥漿泵的開(kāi)動(dòng)等原因，使井內(nèi)液柱壓力產(chǎn)、泥漿泵的開(kāi)動(dòng)等原因，使井內(nèi)液柱壓力產(chǎn)生突然變化（升高或降低），給井內(nèi)增加一生突然變化

11、（升高或降低），給井內(nèi)增加一個(gè)附加壓力（正值或負(fù)值）的現(xiàn)象個(gè)附加壓力（正值或負(fù)值）的現(xiàn)象。n影響激動(dòng)壓力的因素：影響激動(dòng)壓力的因素：o鉆柱運(yùn)動(dòng)速度鉆柱運(yùn)動(dòng)速度o鉆頭及鉆柱的泥包程度鉆頭及鉆柱的泥包程度o環(huán)形空間的間隙、井深環(huán)形空間的間隙、井深o泥漿性能（粘度、切力）泥漿性能（粘度、切力）第41頁(yè)/共46頁(yè)2009年8月ZHOUCYo下鉆下鉆: : 當(dāng)鉆頭在井內(nèi)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，鉆井液被推當(dāng)鉆頭在井內(nèi)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，鉆井液被推動(dòng)著向上流動(dòng)。這時(shí)鉆頭處的壓力等于鉆頭以動(dòng)著向上流動(dòng)。這時(shí)鉆頭處的壓力等于鉆頭以上鉆井液的流動(dòng)阻力與該段鉆井液的靜液柱壓上鉆井液的流動(dòng)阻力與該段鉆井液的靜液柱壓力。超出靜液柱壓力的部

12、分被稱為力。超出靜液柱壓力的部分被稱為“激動(dòng)激動(dòng)”。這是這是造成井漏的原因之一造成井漏的原因之一。o起鉆起鉆: : 相反，當(dāng)鉆頭在井內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，鉆井相反，當(dāng)鉆頭在井內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，鉆井液向下流動(dòng)。這時(shí)鉆頭處的壓力等于鉆頭以上液向下流動(dòng)。這時(shí)鉆頭處的壓力等于鉆頭以上鉆井液的靜液柱壓力減去該段鉆井液的流動(dòng)阻鉆井液的靜液柱壓力減去該段鉆井液的流動(dòng)阻力。低于靜液柱壓力的部分被稱為力。低于靜液柱壓力的部分被稱為“抽吸壓力抽吸壓力”。這是。這是誘發(fā)井噴、井塌的原因之一誘發(fā)井噴、井塌的原因之一。o主要控制措施：主要控制措施：控制起下鉆速度控制起下鉆速度第42頁(yè)/共46頁(yè)2009年8月ZHOUCY開(kāi)泵時(shí)的壓力

13、激動(dòng)開(kāi)泵時(shí)的壓力激動(dòng): 由于鉆井液具有觸變性，停止循環(huán)由于鉆井液具有觸變性，停止循環(huán)后，鉆井液中的粘土顆粒隨停泵時(shí)后，鉆井液中的粘土顆粒隨停泵時(shí)間增加，被拆散的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)恢復(fù)強(qiáng)間增加，被拆散的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)恢復(fù)強(qiáng)度增加，靜切力升高，開(kāi)泵泵壓將度增加，靜切力升高，開(kāi)泵泵壓將超過(guò)正常循環(huán)所需的泵壓，造成壓超過(guò)正常循環(huán)所需的泵壓，造成壓力激動(dòng)。力激動(dòng)。 主要控制措施：主要控制措施：開(kāi)泵操作平穩(wěn)；開(kāi)泵操作平穩(wěn)； Q Q P Ps s P P0 0 P P1 1 P P2 2M M1 1M M2 2PsPs、P P0 0、分別為克服靜、動(dòng)切力所分別為克服靜、動(dòng)切力所需壓力需壓力；P P1 1、P P2 2分別為鉆井液靜止分別為鉆井液靜止若干時(shí)間之后所需壓力若干時(shí)間之后所需壓力。第43頁(yè)/共46頁(yè)2009年8月ZHOUCYo 對(duì)于非加重鉆井液：對(duì)于非加