SY T 5234-1991 喷射钻井水力参数计算方法.pdf

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1、s 中华人民共和国石油天然气行业标准SV/T 5234-91 喷射钻井水刀参数计算方法1991-07一19发布1991斗1-01实施中华人民共和国能源部发布中华人民共和国石油夫然气行业标准SY /T 5234-91 喷射钻井水力参数计算方法主题内容与适用范围本标准规定了石油及天然气钻井中喷射钻井水力参数的计算方法。本标准适用于石油及天然气钻井中喷射钻井水力参数计算。2 计算公式中的符号、名称及单位(见襄1)表1序号符名称单位1 A . 井底面积mm2 2 AJ 喷嘴面积mm2 3 D 钻柱外径mm 4 D. 钻头直径mm 5 DA 井径m口16 D, 钻杆外径m口17 D,. 岩屑草径mm 8

2、 d 钻柱内径mm 9 FJ 射流冲击力N 10 f . 环主净化系数11 H 井深m 12 H. l临界井深m 13 K 钻井液稠度系数Pa . s 14 L 环空压耗系数15 钻头压降系数16 k , 钻挺压耗系数17 kci 钻挺内压耗系数18 L 管内压耗系数19 k, 钻杆压耗系数20 k , 钻杆内压耗系数21 k 地面管汇压耗系数22 L 锚桂长度m 23 L. 销链长度m 24 L , 铀杆长度m 25 N . 钻头水功$kW 26 N , 钻井泵实际水功率kW 27 N . 钻井泵额定水功半kW 28 n 钻井液流性指数29 P. 环空压耗MPa 30 P! 钻头压降MPa

3、中华人民共和国能源部1991-07-19批准1991-11-01实施1 SY / T 5234-91 续表序号符号名称单位31 P. 钻诞压耗MPa 32 Pl 钻柱内压耗MPa 33 P, E占杆压耗MPa 34 P一钻柱循环压耗MPa 35 P. 钻井泵额定泵压MPa 36 ps 钻井泵工作压力MPY 37 p 地面管汇压耗MPa 38 Q 排量L/s 39 0., 最优排量L/s 40 O. 额定排量L/s 41 Re 环空雷诺数42 N. 钻头单位面积水功率W/mm2 43 V. 环空返速m/s 44 V. 11笛界返速I旷s45 VJ 射流啧速m/s 46 11 岩屑滑蓓速度m/s

4、47 ， 塑性粘度mPa S 48 f 钻井液粘度mPa S 49 钻井液密度g/cm3 50 p.o 岩屑密度g/cm3 51 T , 屈服值P a 52 估井泵水功率利用率53 e600 旋转粘度计600r/min的读数54 e300 旋转粘度计300r/min的读数55 e200 旋转粘度计200r/min的读数56 。100旋转柏度计100r/min&，J读数3 喷射钻井水力参数计算公式3. 1 塑性粘度3.2 屈服值3.3 流性指数3.4 稠度系数3.5 环空返速3.6 判断环窒流态3.6. 1 宾汉流体2 = (J 600 - (J 300 . . . (。T y = O. 479

5、(2 (J 300 - (J600) (2) n=3321og737 O.479B3 0 K=一KJ.(4)511 =乌豆豆一 (5) Dh2-Di SY /T 5234-91 ue=30.864p+C(30.864p)2X123.5ry，(D，-Dp)2J5. . . . . . . (6) 24，(DIt-Dp) 的VQ或Re二2100紊流V. . . (26) 山X1仙一1)Yl (1.4-10g川n(D,+ D)(Dh-D )Z J J p ,= kaL Q14+(n-2)( 1.4-1ojt的/7. . (27) kp=k/Ji+kp,. . (28) kc=kci十kca. (29

6、) PP=PPi+P归(30)P.=pci十pca. . . . (31) PPC= psp十pp十p.(32)kb=臼飞学些. . . . .f. 1. 1ft . (33) J吱rPb=kbQ2. (34) s= pc十b(35)Vl=旦_QOQ.(36) ./:11 FI=mVJQ(37) Nb=PbQ (38) Ns=psQ (39) Nu=1qqOJIb. . (40) ./:J. b Nb =一.41)Ns SV/T 5234-91 一(554.4pmQ20 . 5 . . j . (42) p.-ppe I 3.22 临界井深3.22. 1 宾汉流体a.最大钻头水功率工作方式Hc

7、 0.3盯，一:一eQl坦十Lc. . . (创kQl b.最大冲击力工作方式一O.526p,-k,pQl. 8-kcLcQ1. 8 H一一一一一岛丁一一一-一+Lc(44)kpQl 3.22.2 菲律流体a 最大钻头水功率工作方式7P俨一一(k$十kcLc)Q 14+( 2)( 1. 4 -Iogn )/7 _21十(n一2)(1.4-1ogn) b.最大冲击力工作方式14D P(k.十hQ(川-川.4-1咿)J/l+Lc (45) He=2j-(且一2)(1.4-logn) +Lc (46) kQ14+ ( ft-2 1. 4-0.)/1 3.23 最优排量3.23.1 宾汉流体a.最大钻

8、头水功率工作方式一(0.357 pr 飞川.8 ). (47) k.p十kpLp十kcL/b.最大冲击力工作方式t=(J mR k.+kpL+kcLc 3.23.2 菲律流体a.最大钻头水功率工作方式厂一一一71.一一一一JTI 14+(n-:D (1.4-1叩门QoPt=! 1+(n-2)(1.4一log一lL k.p十kpLp+Lc.J b.最大冲击力工作方式. (48) (49) 些生一一一一_._11l14+(n-2)(I.4-logn门=1坦土鱼二比1兰兰旦旦旦主| . (则L k.p十kpLp十kcLJ 4 公式使用说明4. 1 用途用于喷射钻井水力参数设计和i贤射钻井水力参数分析

9、。4.2 注意事项a.计算钻杆内压耗时，若钻抨接头内径与钻杆本体内径相等或比值大于85q奋，则可直接运用公式F若接头内径与本体内径比值在85%,., 70 %之间，则将接头长度累加一起，做为一段管柱单独计算压耗，再与钻杆本体压耗合并做为钻抒压耗。b.在计算临界井深和最优排量时，无论环空是层流或紊流状态，都必须用环空紊流压耗系数代入公式。5 SV/T 5234-91 C.给出的宾汉和军律两种流体计算公式应根据钻井液类型选用。4.3 计算步骤4.3. 1 常规水力参数设计，见附录A(参考件)中的Al。a. 目的设计排量和喷嘴尺寸，使其充分发挥、合理分配泵功率。b.根据地层剖面和铀头进尺把全井分成若

10、干井段，即确定设计井深。C.根据地面设备和井下情况选择适当泵型。缸套尺寸选择后，即对应有额寇泵压户、额定排量Qr。d.选择某一种最优工作方式。e.有相应的适合喷射钻井的钻井液设计。f.确寇钻井液流动模式，计算钻井液流变参数。9.用初选缸套的额定泵压和额定排量计算临界井深Hc，然后与钻头的起钻井深H比较。若HH c, 9tUQop，=Qr，按Qr、Pr设计喷嘴尺寸s着HHc则计算Q刑后，按Qo，.Pr设计喷嘴尺寸(若Qr大于环空冲蚀排量，贝u按小于冲蚀排量设计喷嘴)。注意s尽量选择组合喷嘴和双喷嘴。h.用QoI计算环空净化系数fc。若fc二三0.5则满足携岩要求F否则重复步骤c和g，再次检验，直

11、至满足携岩要求。i.计算其他水力参数。4.3.2 水力参数分析，见附录A(参考件)中的A20a.用途根据实测数据，进行随锚水力参数分析或完钻资料处理。b.根据实测旋转柑度计读数确运钻井液流动模式，计算钻井液流变参数。C.根据实际泵压、喷嘴等参数，用迭代法求排量。d.计算各水力参数。注以上水力参数的计算，应在计算机上由喷射钻井水力参数设计和分析程序完成.6 SY /T 5234-91 附景A喷射钻井水力参数计算实例(参考件Al 常规水为参数设计A1. 1 一般鼓据见费A1 钻头直径设计井段244.5mm套管下深244.5mm套管平均内侄钻杆外径钻忏内径钻杆接头内侄钻链外径钻链内径钻链长度岩屑直径

12、岩屑密度钻井液密度旋转粘度计读数。930。9200 9100 表AlA1. 2 选泵型、定排量及钻头进尺分段见襄A2 泵额定J)J率缸套尺寸额定泵压泵排量范围第一只钻头钻进井段第二只钻头钻进井段最优工作方式额定排量A1. 3 第-只钻头水力戴设计A 1. 3.1 确定流型和计算钻井液流变参数a.确定流型表A2Db=216mm 2810-3300m 2805m D1=217mm D ,=127mm 小=108.6mm95.25mm Dc=177.8mm d.=71. 4mm L.=108m D.c=Smm p.o=2.5g/cms = L 20. 1. 25g/cms 40.00.45.01 2

13、5.01-28.12 20. OO旷22.5115.01-16.87 Nr=956kW 170mm Pr=20.6MPa 28.0.33.1L/s 2810-3100m 3100-3300m 最大地头水功率Q.=38.1874L/s 取钻井液密度和旋转粘度计读数范围的上限。对4种剪切速率下的切应力进行一元回归。宾汉模式相关系数:1. 000, 菲律模式相关系数:0.992, 选用宾汉流体模式。7 b.计算钻井液流变参数见表A3参数11- , , sy/r 5234-91 表A3阱用公式(1) (2) A1. 3.2 计算临界井探确定最优排量见表A4:反A4参卖文月i公z飞k (14) hpi

14、(18) kc i (18) k,. (23) k. (23 ) k. (28) kc (29 ) H. (43) H0.5排量可满足净化要求。Re2100为紊流。A1. 3.4 设计喷嘴结果14.99mPas 4.8Pa 结果7.49X10-4 2.564XI0-6 1.919XI0-5.65 X 10-7 5.34X10-6 2.453 X 10-5 3.130X10-6 3337m 结果1.36m/s 2898 0.15m/s 0.89 由式(42)求得喷嘴总面积为230.86mm2。根据组合喷嘴一大两小，小大喷嘴直径比小于0.6的原则，装两个直径为7mm，一个直径为14mm喷嘴，其面积

15、为230.91mm2。也可装两个不等径或等径喷嘴，例如z一个直径为10mm，一个直径为14mm，其面积为232.48mm2。A1. 3.5 计算井深3100m灶的其他参数见表A6表A6最 芫L所用公二飞结呆P，。(14)、(15)、(18)、(19)、(23)、(24)、6.94MPa (28)、(29)、(30)、(31)、(32)P. (33)、(34)13.67MPa P. (35 ) 20.6MPa VJ (36) 143m/s FJ (37) 5694N N , (38) 452kW lv. (39) G82kW /l. (40) 12. 35w/mm1 (41) 0.66 8 SY

16、/T 5234-91 N./N，=0.71在泵要求的范围内。泵实际功率应为泵额寇功率的75%以下，并持久工作。A1. 4 第二只钻头水力参数设计A1. 4.1 确远流型和计算钻井液流变参数a.确定流型取钻井液密度和旋转粘度计读数的下限。对4种剪切速率下的切应力进行一元回归。宾汉模式相关系数1. 000; 幕律模式相关系数:0.992; 选用宾汉流体模式。b.计算钻井液流变参数见表A7 杂c7 ， T, 数表A7所用公式(1) (2) A1. 4.2 计算临界井深确定最优排量见衰A80先;-H. 0011 数HHc时按最优排量钻进。表A8所用公式同Al.3.2中所用公式(47) A1. 4.3

17、计算环空净化系数见表A9表A9去 数所用公式V. 同A1.3.3中所用公式Re 同A1.3.3中所用公式V , l 同A1.3.3中所用公式f c 同A1.3.3中所用公式1c0.5时排量可满足净化要求。Re2100为紊流。A1. 4.4 设计喷嘴结果16.89mPa S 5.38Pa 结果3103红131. 1L/s 结果1. 33m/s 2575 o .139 m/s 0.90 由公式(42)求得喷嘴面积为233.28mmz。装两个直径为7mm，一个直径为14.25mm的喷嘴，其面积为236.45mm2，或装双喷嘴，例如=装直径8.73mm和直径15mm的双喷嘴，其面积为236.57mmz

18、o本只钻头在井深3103m前，Q=Qr;井深3103m后，在泵压保持pr条件下，逐渐减少排量，直至井深3300m，排量为31.1L/soA1. 4.5 计算井深3300m处的其它参数，其公式同A1.3.5 ppc=7.36Mpa; Pb= 12. 89MPa; P s= 20.25MPa; V J = 1361l1 /s; Nb=416kW; N.=653k飞币，Nu=11. 35W/mm2J =0.64 ; 9 F J=5498N J A2 水力参敏分析A2.1 已知条件钻头直径z井深z工作泵压z平均井径z钻杆外径z钻梓内径:钻抨接头内径=钻挺外径z钻挺内径z钻挺长度z岩屑直径z岩屑密度=钻

19、井液密度z喷嘴直径:旋转帖度计读数zSY /T 5234-81 Db=216mmJ H=2900mJ P.= 20. 6MPa; DII=220mmJ D,=127mmJ dJ=108.6mm 95.25mmJ Dc=177.8mm; dc=71. 4mm; Lc=108m, Dro=5mmJ rc=2. 58g/ cm3; 嗣=1.20g/cm3; 直径7mm的两个、直径13mm的)个$8600=45.93; 8300=27.14: 8200=20.88J 。100=16.70。A2.2 确定流型和计算钻井液流蛮参数a.确定流型宾汉模式相关系数:0.998; 事律模式相关系数:0.979;

20、选用宾汉模式。b.计算钻井液流变参数，用公式(1)、(2)。p=18.79mPa. s y=4Pa A2.3 用迭代法求排量Q=30.9L/ s A2.4 计算备参数(所用公式同Al.3.2、A1.3.3、A1.3.5)10 Ppc=6.15MPa: Pb=14.45MPa: P.=20.6MPa: vJ=147m/s: F J=5467N: fvT b二446k飞罚fN.=637kvV =0.70 ; Nu=12.19W /mm2; V= 1. 219m/s; Re=2513, 的=0.142m/sJ/c二0.88。SY /T 5234-91 附加说明=本标准由右油钻井工艺标准化分委员会提出。本标准由石油钻井工程专业标准化委员会归口。本标准由胜利石油管理局钻井工艺研究院负责起草。本标准主要起草人吕金信、丛祥生。11