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作业： Page 171~Page 172： 5， 6， 7题 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第四章 钻进循环流动 钻进循环流动 钻井液循环流动路线： 泥浆罐（池） 泥浆泵 地面高压管汇 钻柱内 钻头 环空 钻进循环流动 一、泥浆泵的工作状态 泵的工作参数： 1. 泵的额定功率 Nr： 泵能输出的最大水功率。 2. 泵的额定泵压 Pr： 缸套的最大允许压力。 3. 泵的额定排量 Qr： 当泵的实际水功率等于额定功率，实际泵压等于额定泵压时，泵的排量。 钻进循环流动 一、泥浆泵的工作状态 1. 等泵压工作方式 当 QQr 时（调节泵冲数）， 若要 Ns=Nr， 则必须使 PsPr， 不允许！ 只能保持 Ps=Pr， 等泵压工作方式 钻进循环流动 一、泥浆泵的工作状态 2. 等功率工作方式 当 QQr 时， 若使Ps=Pr， 则 NsNr， 不可能！ 只能保持 Ns=Nr， 等功率工作方式 钻进循环流动 一、泥浆泵的工作状态 3. 泵压、泵功率关系曲线 结论： 从获得高泵压、高功率来讲，排量应尽可能选缸套的额的排量。 钻进循环流动 二、水功率传递的基本原理 钻井液循环流动路线： 设1—1断面参数为：P1，V1 由能量平衡原理得： 2—2断面参数为：P2，V2 钻进循环流动 二、水功率传递的基本原理 钻进循环流动 二、水功率传递的基本原理 泥浆泵提供的压能全部用于沿途损耗。 结论： 沿途压耗组成： 地面管汇压耗：Pg 钻具内压耗：Pi 钻头压耗：Pbit 环空压耗：Pa （地面管汇，立管，水龙带，水龙头，方钻杆） （钻杆内，钻铤内） （钻杆外环空，钻铤外环空） 钻进循环流动 二、水功率传递的基本原理 水功率传递原理： 令： 泵压分配关系 泵功率分配关系 结论：在泵功率一定的情况下，尽量减小循环压耗，是提高钻头水力参数的唯一途径。 钻进循环流动 三、钻井液循环流动压耗计算 1. 循环压耗的理论计算 （1）计算原理 由能量守恒原理： 其中： f ：管壁与流体之间的摩擦系数； rw：管路水力半径； （环空） （管内） 钻进循环流动 三、钻井液循环流动压耗计算 1. 循环压耗的理论计算 管内流压耗： 环空流压耗： 循环压耗计算的关键：流体与管壁的摩擦系数 f 钻进循环流动 三、钻井液循环流动压耗计算 1. 循环压耗的理论计算 （2）摩擦系数的计算 A 摩擦系数的影响因素 摩擦系数是雷诺数的函数； 摩擦系数与雷诺数的函数关系与泥浆的流态有关； 雷诺数与泥浆的流变性有关，泥浆的流型不同，雷诺数的计算方法不同； 钻进循环流动 B 层流时摩擦系数的计算（牛顿液） 摩擦系数； （管内流） （环空流） 雷诺数计算： （管内流） （环空流） 钻进循环流动 B 层流时摩擦系数的计算（宾汉液） 摩擦系数； （管内流） （环空流） 雷诺数计算： （管内流） （环空流） 钻进循环流动 C 紊流时摩擦系数的计算 紊流状态下，尚未找到摩擦系数与雷诺数的准确函数关系。 研究结果表明：所有流型的流体在紊流状态下都表现出与牛顿液相同的规律。 紊流状态下牛顿液摩擦系数计算： 求雷诺数 查图表得摩擦系数 钻进循环流动 三、钻井液循环流动压耗计算 2. 循环压耗的实际计算 ⑴ 钻井循环管路中的流态 管内流 考虑方法：认为泥浆在整个循环管路中均为紊流。 紊流 环空流 层流，紊流过渡带 喷嘴处 紊流 钻进循环流动 三、钻井液循环流动压耗计算 2. 循环压耗的实际计算 ⑵ 摩擦系数 f 计算 实验研究表明： 钻井中取： 内平钻柱内： 贯眼钻柱内，环空： 钻进循环流动 三、钻井液循环流动压耗计算 2. 循环压耗的实际计算 ⑵ 摩擦系数 f 计算 认为泥浆属于宾汉液，雷诺数计算为： （管内流） （环空流） 式中： ηs 塑性粘度 ηe 当量紊流粘度 钻进循环流动 三、钻井液循环流动压耗计算 2. 循环压耗的实际计算 ⑶ 循环压耗的计算 （内平钻杆管内流） （贯眼钻杆管内流） （环空流） 钻进循环流动 三、钻井液循环流动压耗计算 2. 循环压耗的实际计算 各物理量量纲： 钻进循环流动 三、钻井液循环流动压耗计算 3. 循环管路的压耗系数 由循环压耗计算公式可知： 钻进循环流动 三、钻井液循环流动压耗计算 3. 循环管路的压耗系数 ⑴ 地面管汇压力降 令： 3. 循环管路的压耗系数 ⑵ 钻杆段压力降 钻杆内压力降： 钻杆外压力降： 钻杆段压力降： 3. 循环管路的压耗系数 ⑵ 钻杆段压力降 钻杆段压力降： 令： 3. 循环管路的压耗系数 ⑶ 钻铤段压力降 钻铤内压力降： 钻铤外压力降： 钻铤段压力降： 3. 循环管路的压耗系数 ⑶ 钻铤段压力降 钻