大位移井循环压耗精确计算方法研究及应用

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1、石油天然气学报(江汉石油学院学报)2008年10月第30卷第5期JournalofOilandGasTechnology(J．JP1)Oct．2008Vo1．30No·5大位移井循环压耗精确计算方法研究及应用郭晓乐，汪志明(中国石油大学(北京)石油天然气工程学院，北京102249)[摘要]对现有大量的压耗计算方法进行了研究分析，提出了适合于大位移井循环压耗计算的不同流变模式泥浆流动的流态判别和摩阻系数计算方法，建立了钻杆接头对钻杆内压耗的影响系数计算式和井下动力钻具压耗计算方法。基于传统钻井循环压耗计算方法，结合大位移井特点。提出了大位移井循环压耗的精确计算方法．验

2、证结果表明，该方法能够较大幅度降低误差，从而能为大位移井水力参数计算和设计提供帮助。[关键词]大位移井；循环压耗；钻杆接头；井下动力钻具[中图分类号]TE242[3Z献标识码]A[文章编号]1000—9752(2008)05—0099—04循环压耗的计算是钻井水力参数设计的核心内容。循环压耗计算的准确与否直接关系到水力参数设计的合适与否。由于大位移井井身长，循环压耗大，同时地层承压能力和设备能力有限，其循环压耗的计算也必须更加准确。不同流变模式、不同流态以及不同边界条件下泥浆流动压耗的计算方法不同，必须针对具体情况选用不同方法计算。另外，现有压耗计算中常常忽略钻杆接

3、头对钻杆内压耗的影响，忽略井下动力钻具的压耗损失，并且不考虑岩屑床的影响，这在井深较大时会产生较大误差。因此，笔者针对上述问题，首先经过大量计算分析，确定了适合于大位移井循环压耗计算的不同流变模式泥浆流动的摩阻系数计算方法，建立了钻杆接头对钻杆内压耗的影响系数计算式和井下动力钻具压耗计算方法，最后考虑了钻杆偏心、钻杆旋转和岩屑床等对循环压耗的影响，建立了大位移井循环压耗的精确计算方法，现场应用表明，本方法原理简单，计算方便，易于编程实现，并能有效减小误差，从而为大位移井水力参数计算和设计提供指导。1大位移井循环压耗计算方法1．1基本公式由流体力学基本原理知，圆管内压

4、耗计算公式为：AP：2fplv2．，(1)ai式中，△P为圆管或环空压耗，Pa；厂为圆管或环空摩阻系数，无因次；J0为流体密度，kg／m。；z为圆管或环空长度，m；为圆管或环空内流体速度，m／s；d。和di分别为圆管外径和内径，m；对于环空内压耗，需要将式中圆管内径di替换为环空当量内径D。一d。；Di为环空内径，In。显然，循环压耗计算的关键在于圆管和环空摩阻系数的准确确定。由流体力学原理知，摩阻系数与流体流变模式、流变参数、流体流态(层流或紊流)、流体雷诺数和几何边界条件等有关。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。必须使用大

5、量实际数据对不同摩阻系数计算结果进行对比，然后确定最合适的流态判别和摩阻系数计算方法。1．2泥浆流变模式优选钻井用泥浆属于非牛顿流体，常用的泥浆流变模式有幂律、宾汉和赫巴模式。卡森模式主要适用于高[收稿日期]2008—05—23[基金项目]教育部创新团队研究项目(IRT0411)；中海油田股份有限公司深圳分公司项目(Z2OO7SLSZ一034)。[作者简介]郭晓乐0981一)，男，2002年大学毕业，博士生，现主要从事井筒流动与洗井技术研究工作。石油天然气学报(江汉石油学院学报)2008年1O月速流体，在钻井中使用较少。泥浆流变模式的选择和流变参数的确定是循环压耗计

6、算的前提，选用不同的泥浆流变模式和流变参数其压耗计算结果也会有很大不同，因此，进行循环压耗计算和水力参数设计前，必须优选出正确的泥浆流变模式和最准确的流变参数。现场计算时，常根据经验选择一种流变模式，然后根据简易公式确定流变参数，这种方法计算简单，但存在较大误差。随着计算机的发展，可以通过编程实现泥浆流变模式和流变参数的快速、准确确定。目前常用的优选方法有线性回归法和最小二乘法，其原理简单，也易于编程实现。详见文献[1～3]。1．3流态判别和摩阻系数选择如前所述，不同流变模式的流体，其流态判别和摩阻系数计算方法也不同，必须分别计算。目前，对于非牛顿流体层流的研究比较

7、成熟Ⅲ，基本能够满足工程需要，而其难点在于流态判别和紊流摩阻系数的计算。限于篇幅，以下仅给出结果，不再详述评价过程。1)幂律流体幂律流体流态临界雷诺数为：Re一3470—1370n(2)紊流摩阻系数，使用Dodge—Metzner半经验式：击一lg~Re·f~I-0．5n)]一署(3)式中，，z为流性指数，无因次；。和风分别表示临界雷诺数和雷诺数，无因次。2)宾汉流体宾汉流体雷诺数、流态判别和层流压耗计算推荐采用赫兹(Hedstrom)以及汉克斯(Hanks)方法。～盯。圆管内宾汉流体雷诺数为：Re=耻。(4)1．t宾汉流体流态转化临界雷诺数由以下3个方程联立求