確定屈服假塑性鉆井液流態(tài)的公式

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1、維普資訊http://www.cqvip.com石油幸占井工程第4眷第3胡l997年9月確定屈服假塑性鉆井液流態(tài)的公式II-~o王國(guó)芬譯新強(qiáng)強(qiáng)管理局油墨軸嚓沒．籪)摘要事正培宣確疋屈服促塑}生*升譴(或術(shù)澠莨J在各砷氘動(dòng)范田的氘態(tài)要壓損計(jì)算新心式豎意大到南{F油升試驗(yàn)對(duì)比采j{】新，厶＼式的計(jì)卓值與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果一致主題詞生羔：廷!蘭適生蘭三蘭引言本文確定出了屈服假塑性鉆井液或水泥漿在各種流動(dòng)范圍的流態(tài)和壓力損失的新的計(jì)算方法該方法不考慮以流體密度作為定性參數(shù)條件來確定流體的流動(dòng)狀態(tài)，此法采用的參數(shù)與流體的流變性、平均流速及常規(guī)鉆井和固井條件下的液壓回路的幾何尺寸有關(guān)．在意大利南部一口油井上所得

2、到的循環(huán)測(cè)試結(jié)果與新計(jì)算的結(jié)果非常吻臺(tái)．眾所周知．在正確研究鉆井和固井工作中液壓回路起著重要作用。因此，正確地設(shè)計(jì)液壓回路能大大帶降低生產(chǎn)成本為丁準(zhǔn)確預(yù)測(cè)鉆井液的性能，應(yīng)考慮l卜列因素：①控制井底壓力：@由于流體在井中循環(huán)因此要正確計(jì)算壓力梯度：@環(huán)空鉆屑的清除：④減少鉆井液對(duì)井壁的沖蝕；⑤提高鉆速：⑥鉆進(jìn)和起鉆時(shí)要控制壓力：⑦采用合理的流態(tài)設(shè)計(jì)改善泥漿排量，避免固井過程中水泥漿竄流：@充分設(shè)計(jì)泥漿泵和注水泥泵，要計(jì)算沿井壁的壓力分布就必頹求解質(zhì)量與動(dòng)量守恒方程式．一般將流體假?zèng)]為單向流、穩(wěn)態(tài)流、不可壓縮流體及恒溫流動(dòng)。流體在環(huán)空中的流動(dòng)則假定與兩個(gè)平行板間的流動(dòng)相同，這種近似法對(duì)鉆井中的幾何

3、尺寸所產(chǎn)生的誤差很?。x擇合適的流變模型對(duì)模擬鉆井液的好壞起著決定性作用，由于鉆井液和水泥漿呈現(xiàn)非牛頓流體特性，所以牛頓流變模型不適用于它們。過去．通常使用帶兩個(gè)常致的流變方程(Bingham流變模型和Ostwald&deWaele流變模型)，近年提出的Herschel&Bulkley模型已成為目前鉆井液和水泥漿最普遍采用的流維普資訊http://www.cqvip.com第4卷第3捌1997年9月石油鉆井工程67變模型．Herschel出Bulkley模型分析表達(dá)式有3個(gè)恒定參致，在方程式(1)中給出．在特殊情況下，這個(gè)模型還包括牛頓流變模型(to=0．n：1)、Binghalrl流變模型(

4、n1j和Ostwald&deWaele流變模型(to=0)．對(duì)不同組份的水基泥漿、油基泥漿和水泥漿研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：粘度計(jì)讀數(shù)與用Herschel＆Bulkley流變模型計(jì)算的結(jié)果非常一致．r=r。+(1)式中f一剪切應(yīng)力；奸—一屈服值；k-——稠度指數(shù)：y——鵠切速率：I卜—謊動(dòng)特性指致。屈服假塑性流體下面是屈服假塑性流體在圓形管內(nèi)流動(dòng)的分析方法．假定流體在內(nèi)徑為R自0蛔形管道內(nèi)流動(dòng)，圓截面上某一點(diǎn)的管道長(zhǎng)為￡，應(yīng)用層流運(yùn)動(dòng)方程就可推導(dǎo)出方程式(21?！鳎?Lr，(2)式中rr一半徑r處的剪切應(yīng)力：邸一壓力降；，一圓截面上某點(diǎn)的半徑；—空長(zhǎng)度．將半徑r處的剪切應(yīng)力(rr)顯項(xiàng)代入Herschel

5、出Bulkley流變模型表達(dá)式，就可推導(dǎo)出方程式(3)；代入剪切速率可得出方程式(4)：在半徑

6、R和

7、Rmn處剪切速率不為零，為此從R到Rmax對(duì)剪切速率表達(dá)式積分可得到局部流速表達(dá)式(5)．r=2￡+“l(fā)(3)dvIlf瓦Ji(l2Lro)JL(4)研l(wèi)(51『()一(@r-2Lro)”lLJ位于段塞流動(dòng)區(qū)的流速最大，可用方程式(6)表示，方程式(7)為總流量表達(dá)式。v一一n+I2Lk一詈k)【Lt‘一R』㈣～式中v?！篲——帚大流速．Q=：(7]式中——平均流速．假設(shè)介于半徑R和R一的層流區(qū)流量為Qt，介于0和Rm“的段塞流量為Q2，總流量為二者之和，則可得到方程式(8)和方程式(9)，代

8、入顯項(xiàng)即可得到平均流速積分表達(dá)式(10)。維普資訊http://www.cqvip.com68王國(guó)芽：確定屈服假塑性鉆井液筑態(tài)的公式=ja。-=：Jv，，‘dr(8)式中Qr——介于半徑R和“之間的流量；、，r一局部流速．．=-v(9)式中Qr——介于半徑0和風(fēng)之間的段塞流動(dòng)區(qū)的流量；。r一與相對(duì)應(yīng)的圓截面半徑．吾川r=(v求解積分得到平均流速表達(dá)式(11)，它適用于圓形管面的平均流速計(jì)算．摩阻系致用式(12)表示．miiw?【【I)式中y——井壁剪切速率：破——摩阻系致．=f(n，k，f。，V，R)(12)摩阻系數(shù)取決于3個(gè)流變參致，即流體、平均流速和管道半徑，而與流體密度無關(guān)．圓截面管道內(nèi)

9、的流動(dòng)狀態(tài)針對(duì)圓管流和環(huán)形流的流動(dòng)，用實(shí)驗(yàn)致?lián)茖?dǎo)出了適合所有流動(dòng)范圍(從段塞流到湍流)的摩阻系致．研究過程中發(fā)現(xiàn)每種流態(tài)的監(jiān)線形狀和斜率都隨流態(tài)變化而變化，因此，流態(tài)完全可以只考慮摩阻系致的特性．為便于使用，特決定摩阻系數(shù)的5個(gè)不同參致減少為3個(gè)，應(yīng)變量減少后采用摩阻系數(shù)更易于確定流態(tài)．根據(jù)這一基本原理，采用Gc、k／和n這三組參致就可確定流態(tài)．因此，函致可寫成下面形式：=，(G，，n)Gc：f