第5小組 小井眼井循環(huán)壓力損失特殊性和計算方法

1、小井眼井循環(huán)壓力損失特殊性和計算方法概 述小井眼井循環(huán)壓力損失特殊性一、二、小井眼井循環(huán)壓力損失的計算方法一、小井眼井循環(huán)壓力損失特殊性1、小井眼的定義： 90%以上井段用小于7英寸（177.5mm）鉆頭打的井眼。2、小井眼井與常規(guī)井的區(qū)別一、小井眼井循環(huán)壓力損失特殊性（1）環(huán)空間隙小，流變方程與流變參數(shù)的確定敏感性增強。（2）月牙（Crescent）效應。是由于鉆柱偏心引起，常規(guī)井眼偏心距不大，但在小井眼井中比值可達0.75。（3）庫特（Couette）效應。指小井眼鉆井中存在由于鉆柱旋轉而產(chǎn)生的粘度效應。（4）接頭局部壓力損失就不能忽略。（5）小井眼鉆井中，由于環(huán)空壓耗的增大，裸眼井段高粗

2、糙度對小井眼環(huán)空壓耗的影響很大，不可忽略。一、小井眼井循環(huán)壓力損失特殊性2、小井眼井與常規(guī)井的區(qū)別（6）在進行鉆井水力參數(shù)優(yōu)化設計時，常規(guī)方法通常是忽略循環(huán)過程中可能出現(xiàn)層流的情況，認為整個流動都是紊流狀態(tài)，循環(huán)壓耗與排量呈簡單的指數(shù)關系。但是在小井眼鉆井過程中，環(huán)空壓耗是很大的，這種忽略會造成很大的誤差，必須考慮層流狀態(tài)。二、小井眼井循環(huán)壓力損失的計算方法1、小井眼環(huán)空壓耗計算 根據(jù)假設條件，可以推導出偏心環(huán)空螺旋流所滿足的方程1.1 層流流態(tài)時小井眼環(huán)空壓耗計算方法1.1.1 赫-巴流體偏心環(huán)空螺旋流壓力梯度計算方法 假設流體為同心環(huán)空螺旋流，則運動方程組與角度無關，僅是 r 的函數(shù)，方程

3、組就變成下面二、小井眼井循環(huán)壓力損失的計算方法1.1.1 赫-巴流體偏心環(huán)空螺旋流壓力梯度計算方法 對任一位微小角度 = a，根據(jù)三角關系，我們可以很簡單的得出:e 為偏心距，m環(huán)空間隙 ha = Ba - R1 對于0 ,2的任一角度，以 R1為內(nèi)徑， B ( ) 為外徑的同心環(huán)空，則:二、小井眼井循環(huán)壓力損失的計算方法1.1.1 赫-巴流體偏心環(huán)空螺旋流壓力梯度計算方法由流體的邊界條件方程組 可得：赫-巴流體偏心螺旋流的流量公式二、小井眼井循環(huán)壓力損失的計算方法1.1.1 赫-巴流體偏心環(huán)空螺旋流壓力梯度計算方法因為平均流速定義為從而有可知赫-巴流體偏心螺旋流的壓力梯度方程為1.1.1 赫

4、-巴流體偏心環(huán)空螺旋流壓力梯度計算方法二、小井眼井循環(huán)壓力損失的計算方法二、小井眼井循環(huán)壓力損失的計算方法1.1.2賓漢流體和冪律流體壓力梯度計算方法 上面的方法得到了赫-巴流體偏心環(huán)空螺旋流壓力梯度計算方法，而賓漢流體和冪律流體作為赫-巴流體的特殊情況，可以利用赫-巴流體的計算方法計算其環(huán)空壓耗。 令 n=1，就可以利用赫-巴流體的公式來計算賓漢流體偏心環(huán)空螺旋流的壓力梯度； 令o =0，可以利用赫-巴流體的公式計算冪律流體的壓力梯度。1.1.3鉆柱接頭對循環(huán)壓耗的影響二、小井眼井循環(huán)壓力損失的計算方法 對外加厚或內(nèi)加厚鉆桿，計算循環(huán)壓耗必須考慮鉆具接頭對壓耗的影響，鉆柱接頭影響系數(shù)為 則考

5、慮了鉆柱偏心、旋轉、鉆具接頭影響的層流流態(tài)的環(huán)空壓耗計算公式為二、小井眼井循環(huán)壓力損失的計算方法1.2 紊流流態(tài)時小井眼環(huán)空壓耗計算方法 由于紊流流動的復雜性與無序性，用解析的方法來研究其流動既不可能，同時實際作用也不大，所以對于紊流流動的壓耗選擇在常規(guī)壓耗計算公式的基礎上加入修正系數(shù)來進行計算。 對于小井眼鉆井，需要考慮鉆柱的旋轉效應、偏心效應和鉆柱接頭的影響，可以用下面的公式表示小井眼紊流數(shù)學模型：二、小井眼井循環(huán)壓力損失的計算方法（1）旋轉對循環(huán)壓耗的影響因子Ft的計算公式為：1.2 紊流流態(tài)時小井眼環(huán)空壓耗計算方法 雷諾數(shù)為其它值時，線性插值計算 Ft，適用范圍：41 Ta 800，

6、Ta 41時，F(xiàn)t=1。Ta 的計算公式為：二、小井眼井循環(huán)壓力損失的計算方法1.2 紊流流態(tài)時小井眼壓耗計算方法（2）偏心因子的計算方法偏心度的定義如下： 根據(jù)槽近似法，引入了平均偏心度的概念，對于正弦偏心的情況，其平均偏心度為：二、小井眼井循環(huán)壓力損失的計算方法1.2 紊流流態(tài)時小井眼壓耗計算方法（2）偏心因子的計算方法計算Rec1 ：計算Rec2 ：計算Rmax ：計算Rtur ：二、小井眼井循環(huán)壓力損失的計算方法1.2 紊流流態(tài)時小井眼壓耗計算方法（2）偏心因子的計算方法計算環(huán)空雷諾數(shù) Re根據(jù) Re 計算修正后的偏心因子 R ：二、小井眼井循環(huán)壓力損失的計算方法1.2 紊流流態(tài)時小井

7、眼壓耗計算方法（3）鉆柱接頭對壓耗的影響 對外加厚鉆桿，計算環(huán)空壓耗必須考慮鉆柱接頭對壓耗的影響，鉆柱接頭影響系數(shù)：二、小井眼井循環(huán)壓力損失的計算方法2、小井眼循環(huán)系統(tǒng)壓耗的確定 循環(huán)系統(tǒng)的壓耗 Pd主要由地面管匯、鉆柱內(nèi)和環(huán)空各段的壓耗組成。而鉆井泵所提供的水力能量一部分消耗于循環(huán)壓耗，另一部分為鉆頭所用，即最大泵壓Pmax為： 循環(huán)系統(tǒng)中地面管匯的壓耗主要包括地面高壓管線、立管、水龍帶（包括水龍頭在內(nèi)）、方鉆桿等的壓耗。根據(jù)管流壓耗的計算方法，可分別根據(jù)鉆井液流變模式帶入雷諾數(shù)的計算公式計算出各自的雷諾數(shù)判斷流態(tài)，然后帶入上面管流的壓耗計算公式求出各自的壓耗。對于牛頓流體，則壓耗與排量的關系可以近似為二、小井眼井循環(huán)壓力損失的計算方法2、小井眼循環(huán)系統(tǒng)壓耗的確定對于冪律流體和赫-巴流體Ft 旋轉修正系數(shù)R 為偏心修正系數(shù)紊流狀況下紊流狀況下二、小井眼井循環(huán)壓力損失的計算方法2、小井眼循環(huán)系統(tǒng)壓耗的確定對于賓漢流體化簡后則壓耗與排量的關系可以表示如下紊流狀況下二、小井眼井循環(huán)壓力損失的計算方法2、小井眼循環(huán)系統(tǒng)壓耗的確定對于冪律流體壓耗與排量的公式可以簡化為紊流狀況下2、小井眼循環(huán)系統(tǒng)壓耗的確定對于赫-巴流體經(jīng)過代換，壓耗與排量的公式可以簡化為二、小井眼井循環(huán)壓力損失的計算方法二、小井眼井循環(huán)壓力損失的計算方法2、小井眼循環(huán)系統(tǒng)壓耗的確定 對于整個壓耗計算，我們可以將它們