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1、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 QQ
2、r 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11断面参数为：P1，V1,由能量平衡原理得：,22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
3、，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：,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,（
4、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：,钻进循环流动,B 层流时摩擦系数的计算（宾汉液）,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,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
5、算,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。,环空流,喷嘴处,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,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,摩擦系数 f 计算,认为泥浆属于宾汉液，雷诺数计算为：,式中：,s 塑性粘度,e 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,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
6、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,地面管汇压力降,令：,3.循环管路的压耗系数,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,钻杆段压力降,钻杆段压力降：,令：,3.循环管路的压耗系数,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,钻铤段压力降,钻铤段压力降：,令：,3.循环管路的压耗系数,循环管路压耗系数,循环管路压耗：,3.循环管路的压耗系数,循环管路压耗系数,令：,令：,3.循环管路的压耗系数,思考：,当泥浆性能改变后如何对m，n，Kl 进行修正？,如何实测循环管路压耗系数？,作业：,Page 171Page 172：5，6，7题,
