詹新寶 陳長江 翟高明（川慶鉆探工程公司長慶鉆井總公司，陜西 西安 710018）

鉆井現(xiàn)場實(shí)用水力參數(shù)模型分析

詹新寶 陳長江 翟高明（川慶鉆探工程公司長慶鉆井總公司，陜西 西安 710018）

鉆井水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)是鉆井工程設(shè)計(jì)的重要組成部分，合理的鉆井水力參數(shù)是提高機(jī)械鉆速的重要手段之一[1]。水力參數(shù)優(yōu)選是為了尋求合理的水力參數(shù)，充分合理的進(jìn)行水力能量分配，提高水力輔助破巖能力和攜巖能力，從而達(dá)到凈化井底和提高機(jī)械鉆速的效果。

水力參數(shù);流變模型;優(yōu)選

鉆井水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)是鉆井工程設(shè)計(jì)的重要組成部分，合理的鉆井水力參數(shù)是提高機(jī)械鉆速的重要手段之一[1]。以水力參數(shù)優(yōu)選為目標(biāo)，對鉆井各個階段的泵參數(shù)、鉆頭水眼選型和射流水力參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。水力參數(shù)表征鉆頭水力特性、射流水力特性以及地面水力設(shè)備工作能力，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括鉆井泵的功率、排量、泵壓以及鉆頭水功率、鉆頭水力壓降、鉆頭噴嘴直徑、射流沖擊力、射流噴速和環(huán)空鉆井液上返速度等。水力參數(shù)優(yōu)選是為了尋求合理的水力參數(shù)，充分合理的進(jìn)行水力能量分配，提高水力輔助破巖能力和攜巖能力，從而達(dá)到凈化井底和提高機(jī)械鉆速的效果。

1 鉆井液流變參數(shù)

優(yōu)化水力參數(shù)首先需要了解鉆井液性能，鉆井液流變性能直接影響鉆井液水力性能，是鉆井水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的前提。

1.1 流體流動的基本概念

（1）剪切應(yīng)力與剪切速率

流體流動有關(guān)的兩個基本概念是剪切速率和剪切應(yīng)力，鉆井液流變性主要是研究流體剪切應(yīng)力和剪切速率之間的關(guān)系。

（2）粘度和雷諾數(shù)

1.2 主要流變模型

根據(jù)流體流動時的剪切速率與剪切應(yīng)力的關(guān)系，可以講流體劃分為不同的類型，稱作流變模式。比較常用的較為接近流動狀態(tài)的流變模式有以下幾種：牛頓模式，賓漢模式，冪律模式，卡森模式和赫巴模式。

賓漢和冪律模式在鉆井液領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，其模型簡單，計(jì)算方便。但是，隨著鉆井深入研究，發(fā)現(xiàn)水力射流可以很好的輔助機(jī)械破巖，鉆井現(xiàn)場一般利用高速流體提高機(jī)械鉆速。賓漢和冪律模型不能較好的描述鉆井液高剪切速率下的流變性能，相比較之下卡森模式在低剪切區(qū)和中剪切區(qū)都有較好的精確度[2]。

卡森流體模型結(jié)合了賓漢流體和冪律流體的特點(diǎn)，是二參數(shù)模型，既有屈服值，又有剪切稀釋特點(diǎn)，能夠近似地描述鉆井液在高剪切速率下的流動性。

2 現(xiàn)場水力參數(shù)計(jì)算模型

2.1 循環(huán)壓耗和當(dāng)量循環(huán)密度

現(xiàn)場計(jì)算水力參數(shù)的核心部分是確定循環(huán)壓耗，不同流變形態(tài)的壓耗計(jì)算模型不同的，計(jì)算的準(zhǔn)確度也不同?？ㄉ髯兡Ｊ侥軌蜉^好的模擬高速流體剪切應(yīng)力變化情況，現(xiàn)場多用卡森模式計(jì)算循環(huán)壓耗[3]。

鉆井液在循環(huán)系統(tǒng)中的流動，主要是在鉆柱內(nèi)的管內(nèi)流動和鉆柱外的環(huán)空流動，循環(huán)壓力損失與鉆井液的流型和流動狀態(tài)等因素有關(guān)。

卡森模式層流狀態(tài)下，壓耗損失如下：

紊流狀態(tài)下，摩阻系數(shù)f（無因次）定義如下，可通過計(jì)算機(jī)迭代求出：

2.2 噴嘴組合方式的優(yōu)選

3 結(jié)語

（1）鉆井液流變模型較多，模型考慮的主要因素和復(fù)雜程度不同，應(yīng)用現(xiàn)場的準(zhǔn)確度也不同，由于卡森流變模型主要是考慮流體在高速流動下的情況，與現(xiàn)場實(shí)際比較吻合。

（2）鉆井現(xiàn)場水力參數(shù)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容是循環(huán)壓耗和當(dāng)量鉆井液密度，循環(huán)壓耗的計(jì)算選擇卡森流體較為準(zhǔn)確。

[1]翟文濤.復(fù)合鉆進(jìn)條件下鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)選方法研究[D].中國石油大學(xué),2007.

[2]周長虹等.鉆井液常用流變模式及其優(yōu)選方法[J].中國科技信息,2005,(22).

[3]胡茂焱等.鉆井液流變參數(shù)計(jì)算方法的分析及流變模式的優(yōu)選[J].探礦工程,2004(07).