确定屈服假塑性钻井液流态的公式

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1、维普资讯http://www.cqvip.com石油幸占井工程第4眷第3胡l997年9月确定屈服假塑性钻井液流态的公式II-~o王国芬译新强强管理局油墨轴嚓没．簖)摘要事正培宣确疋屈服促塑}生*升谴(或术渑莨J在各砷氘动范田的氘态要压损计算新心式竖意大到南{F油升试验对比采j{】新，厶＼式的计卓值与现场实测结果一致主题词生羔：廷!兰适生兰三兰引言本文确定出了屈服假塑性钻井液或水泥浆在各种流动范围的流态和压力损失的新的计算方法该方法不考虑以流体密度作为定性参数条件来确定流体的流动状态，此法采用的参数与流体的流变性、平均流速及常规钻井和固井条件下的液压回路的几何尺寸有关．在意大利南部一口油井上所得

2、到的循环测试结果与新计算的结果非常吻台．众所周知．在正确研究钻井和固井工作中液压回路起着重要作用。因此，正确地设计液压回路能大大带降低生产成本为丁准确预测钻井液的性能，应考虑l卜列因素：①控制井底压力：@由于流体在井中循环因此要正确计算压力梯度：@环空钻屑的清除：④减少钻井液对井壁的冲蚀；⑤提高钻速：⑥钻进和起钻时要控制压力：⑦采用合理的流态设计改善泥浆排量，避免固井过程中水泥浆窜流：@充分设计泥浆泵和注水泥泵，要计算沿井壁的压力分布就必颓求解质量与动量守恒方程式．一般将流体假没为单向流、稳态流、不可压缩流体及恒温流动。流体在环空中的流动则假定与两个平行板间的流动相同，这种近似法对钻井中的几何

3、尺寸所产生的误差很小．选择合适的流变模型对模拟钻井液的好坏起着决定性作用，由于钻井液和水泥浆呈现非牛顿流体特性，所以牛顿流变模型不适用于它们。过去．通常使用带两个常致的流变方程(Bingham流变模型和Ostwald&deWaele流变模型)，近年提出的Herschel&Bulkley模型已成为目前钻井液和水泥浆最普遍采用的流维普资讯http://www.cqvip.com第4卷第3捌1997年9月石油钻井工程67变模型．Herschel出Bulkley模型分析表达式有3个恒定参致，在方程式(1)中给出．在特殊情况下，这个模型还包括牛顿流变模型(to=0．n：1)、Binghalrl流变模型(

4、n1j和Ostwald&deWaele流变模型(to=0)．对不同组份的水基泥浆、油基泥浆和水泥浆研究结果发现：粘度计读数与用Herschel＆Bulkley流变模型计算的结果非常一致．r=r。+(1)式中f一剪切应力；奸—一屈服值；k-——稠度指数：y——鹄切速率：I卜—谎动特性指致。屈服假塑性流体下面是屈服假塑性流体在圆形管内流动的分析方法．假定流体在内径为R自0蛔形管道内流动，圆截面上某一点的管道长为￡，应用层流运动方程就可推导出方程式(21。△：2Lr，(2)式中rr一半径r处的剪切应力：邸一压力降；，一圆截面上某点的半径；—空长度．将半径r处的剪切应力(rr)显项代入Herschel

5、出Bulkley流变模型表达式，就可推导出方程式(3)；代入剪切速率可得出方程式(4)：在半径

6、R和

7、Rmn处剪切速率不为零，为此从R到Rmax对剪切速率表达式积分可得到局部流速表达式(5)．r=2￡+“l(3)dvIlf瓦Ji(l2Lro)JL(4)研l(51『()一(@r-2Lro)”lLJ位于段塞流动区的流速最大，可用方程式(6)表示，方程式(7)为总流量表达式。v一一n+I2Lk一詈k)【Lt‘一R』㈣～式中v。『_——帚大流速．Q=：(7]式中——平均流速．假设介于半径R和R一的层流区流量为Qt，介于0和Rm“的段塞流量为Q2，总流量为二者之和，则可得到方程式(8)和方程式(9)，代

8、入显项即可得到平均流速积分表达式(10)。维普资讯http://www.cqvip.com68王国芽：确定屈服假塑性钻井液筑态的公式=ja。-=：Jv，，‘dr(8)式中Qr——介于半径R和“之间的流量；、，r一局部流速．．=-v(9)式中Qr——介于半径0和风之间的段塞流动区的流量；。r一与相对应的圆截面半径．吾川r=(v求解积分得到平均流速表达式(11)，它适用于圆形管面的平均流速计算．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)摩阻系数取决于3个流变参致，即流体、平均流速和管道半径，而与流体密度无关．圆截面管道内

9、的流动状态针对圆管流和环形流的流动，用实验致据推导出了适合所有流动范围(从段塞流到湍流)的摩阻系致．研究过程中发现每种流态的监线形状和斜率都随流态变化而变化，因此，流态完全可以只考虑摩阻系致的特性．为便于使用，特决定摩阻系数的5个不同参致减少为3个，应变量减少后采用摩阻系数更易于确定流态．根据这一基本原理，采用Gc、k／和n这三组参致就可确定流态．因此，函致可写成下面形式：=，(G，，n)Gc：f