钻孔冲洗水力计算.ppt

第二章 钻孔冲洗水力计算 第一节 冲洗液量的计算 冲洗液量(液体洗井时称为泵量，空气洗井时称为风量)的大小，主要是要保证钻头得到及时而充分的冷却，以及岩粉得到及时排除(避免二次破碎)并携带出孔口。油田进行喷射钻井时，冲洗液量还要考虑钻头水眼具有80-150米/秒以上喷射速度所需的泵量，利用高压高速射流来加快孔底岩石的破碎，以提高钻井速度。 当冲洗液量不足时，会影响机械钻速，增加钻头磨损和构成孔内烧钻事故。而冲洗液量过大，也会损坏钻头，冲坏岩心和孔壁，并造成泵压过高，以至无法工作。 由于各种钻进方法不同，钻进速度和所破碎岩屑的颗粒大小和数量不一，因而对冲洗液量的要求也是不相同的。各种钻进方法的工艺规程，均根据钻头直径的不同，给出一定冲洗液量的数据，作为生产使用参考。 这里介绍的，只是根据岩屑在冲洗液中沉陷进度不 同，确定冲洗冲洗液量 的方法，它也只作为分析问题时参考。 一、在静止的液体中，岩屑颗粒沉降速度的计算 如图 2-1所示，假定岩屑颗粒为球形，其重力为G，方向向下，即在重力作用下，颗粒下沉。 P1为浮力，它等于球形颗粒所排出同体积液体的重量，其方向向上，是使球形颗粒悬浮的力。 P2是球形颗粒在液体中下沉运动时所遇的液体阻力，其方向向上。 当以上三种力保持平衡时，球形颗粒在静止液体中以等速下沉，即G＝P1十P2，（2-1） 而当P2＜G-P1时颗粒加速下沉。 球形颗粒的岩屑重量以下式表示： （2-2） 浮力P1以下式表示： （2-3） 由水力学知，岩屑颗粒在液体中 运动时所受阻力P2可以下式表示 （2-4） 式中：d1一球形岩屑直径，米 Yl一岩屑颗粒比重，公斤/米3 γ2一液体比重，公斤／米3。 V1一岩屑颗粒在液体中沉降速度，米／秒； F1一受到阻力的面积，即垂直于运动方向的岩屑横断面积， 米2 g—重力加速度，米／秒2， C—阻力系数，它与岩屑形状大小，岩屑处于液体中的状态以及液体粘度等有关，C值也与雷诺数有关。 将（2-2），（2-3），（2-4）式代入（2-1）式，并简化得下式： 米/秒 （2-5） 即K取决于C的变化。 式(2-5)称为李丁格尔公式。 表(2-1)中，只是根据颗粒形状不同，列出了不同的c、k值大小(以米为单位计算所得的数值)，并只是层流态时的数值。此外，c值还可用另公式进行计算。 举例：设球形颗粒，dl＝0.3毫米＝0.0003米， γl＝2500公斤/米3，γ2＝1200公斤/米3。 求沉降速度。 解: 二、冲洗液的上返速度 冲洗液的上返速度除用于克服颗粒沉降速度外，还应具有真正携带岩屑颗粒上返的速度可以下式表示： V1=V-W (2-7) 或 V＝ W + v1 式中： v1—颗粒在冲洗液中的沉降速度，米/秒； V—克服岩屑颗粒自由沉降所需的冲洗液上返速度，米/秒； W—岩屑真正的上返速度，米/秒 如已算得沉降速度V1，则W值可按下式求得； W＝(0.1~0.3)V1 (2-8) 则 V＝W十V1=V1十(0.1~0.3)V1=（1.1~1.3)V1 即可取上返速度为沉降速度的1.1-1.3倍。钻孔越深，钻进速度越快，岩屑越多，所取的数值也应越大。以上计算V1值时，是取最大岩屑颗粒的沉降速度值，因此算得的上返速度v值也能将较小颗粒的岩屑携带上来。 表2-2所列各种钻进方法所要求的冲洗液上返速度数值， 如小口径金刚石钻进，单从带上岩粉考虑，则由于岩