4.4水功率传递原理在线视频

大家好

今天我们给大家介绍一下

水功率传递原理

水功率传递原理

是我们

钻井水力学参数上

设计的最基本的一个概念

我们首先来看一下

钻井液的一个循环路径

当我们的泥浆

从钻井泵出来以后

首先

会通过我们的高压管汇

进入我们的滤管

通过水龙带

到水龙头

进入方钻杆

那么我们把

从泥浆泵出来以后

进入钻柱前面这一节

我们都叫做地面管汇

从地面管汇出来以后

钻柱

进入钻柱的一个内部

然后进入到我们的钻头喷嘴

形成一个射流

从钻头喷嘴出来以后

通过钻柱与我们井壁的环形空间

转出到地面

这个就是我们钻井液的流动的途径

那么

我们要让这个钻井液

在这个循环空间流动起来

就一定会消耗一定的能量

那么

这个能量

或者说

这个压力

全部是由我们的

泥浆泵或者是钻井泵

来提供

那么

下面我们再来看一下

在流动过程中

通过每一个环形空间

或者说我们的空间

它都会产生一个

流动阻力

下面有一张图是一个管流

当流体从这边到这边的话

通过L的长度

它的压力

会下降一个Δp

这个Δp我们叫

压耗或者压力降

由流体力学最基本的知识

我们知道

流体在管内

产生流动的话

会产生压耗

流动的速度越快

产生的压耗就越大

那么我们把这两句话

进行一个推广

我们得到两个结论

我们需要有一定的这个压差

来保证钻井液的流动

就是两头的话差异一个Δp

否则钻井液是流动不起来

第二

需要足够的压差来保证

钻井液的流速

比如我们在达到一定流速的时候

这个Δp要满足要求

那么

最后

我们通过这两个条件

我们能够得到

一句话就是

要维持一定的流速Q

就是我们的排量

钻井液的排量

需要有足够的泵压

那么我们的钻井过程中

为什么要去维持一定的排量

那么原因主要有两点

第一点

我们需要维持一定的排量来保证

环形空间钻井液的翻出速度

只有满足了这个速度

才能顺利的把井下的钻屑带到井口

那么这里有两幅图

这边是直行的岩屑

这是水平的岩屑

他要把岩屑从井下带到井口

那么一定是

要一定的流速下才可以

那么第二个条件就是

为什么要保证一定的速度

一定的排量

因为

如果在钻井条件允许的条件下面

我们要尽可能提高我们

射流的能量

提高射流能力以后

能够提高我们井底清洗和

水力辅助破岩的效率

那么所以

我们钻井液在循环过程中

不仅是要让钻井液流动起来

而且要保证一定的流速

保证射流的能量

下面我们来看一下

整个泵提供的压力和能量

在整个循环系统是怎样的分布的

我们还是来看一下这张图

当泵推动这个泥浆往前走的时候

首先会通过立管

这个立管的压力

我们叫立管压力

那么经过整个的地面管汇

他会消耗立管压力

我们把这部分压力叫做

地面管汇的压耗

当钻井液进入我们的钻杆内部以后

它也也会消耗一定的压力

我们把它叫做钻杆内的

钻柱内的压耗

到了这个钻头以后

它会形成一个钻头压降

通过喷嘴以后

钻井液在环空里面的流动

也会形成一定的压耗

我们叫做环空压耗

那么这四个部分的压耗相加

就应该等于我们泵提供的压力

那么我们就得到这么一个式子

Ps=Pg+Ppl+Pal+Pb

如果我们忽略地面管汇的压耗

那么我们就能得到

一个简化的式子

就是我们的

泵压等于钻杆里面的压耗

加上钻头压降

再加上环空里面的压耗

当然这个式子

我们还可以换成功率的形式

这个形式上

是和我们之前压力的形式一样

那么有了这个等式以后

只要我们分别计算出来

流体在钻柱内钻柱外

以及钻头压降处的压力损失

那么我们就知道

在这种排量下面

需要的一个泵压是多少

这个就是我们的

水功率的传递的原理

那么在计算

整个循环系统的压耗

钻头喷嘴的时候

我们肯定采用下面两个公式

那么第一个

在计算循环压耗的时候

我们一般采用这个

范宁·达西公式

那么具体的计算方法

我们在下一节课给大家讲

我们只是看一下公式的形式

它的一个压耗

等于我们的一个水力摩阻

乘上一个长度

一个水力半径

还有流速密度

也就是说这个压耗是和什么

这些因素有关系

那么其中有一个叫水力半径

我们管内和管外的

水力半径是不一样的

那么因此在计算过程中

要分开进行计算

这个就是我们钻头压降的计算公式

我们还是能从公式看出

钻头压降

是和我们的排量

面积

和这一个喷嘴系数有关

那么钻头压降

越大

我们得到的钻头射流能量就越大

那么有了前面两个简单的公式

那么我们就能够计算出来

循环系统的压耗

和我们钻头的压降

那么他们之间的相加应该等于泵压

那么所以

由水功率传递的原理我们知道

循环压耗

就是我们钻柱内和钻柱外的压力

加上我们的钻头压降

它的和不能大于额定泵压Pr

为什么

如果大于额定泵压

那么我们泵就开不起来

那么第二个

假设钻井液性能一定

在保证我们的

Ppl+Pal+Pb

小于我们额定泵压的情况下

我们这个时候要

尽可能提高钻头压降

来获得更大的一个射流能量

我们来看一个例子

我们假设在一定的排量下面

我们计算这个循环系统的一个压耗

是13MPa

那么这个时候

允许的泵压是20MPa

这个时候泵还能够提供

20-13=7MPa的能力

那么这个时候我们就可以什么

可以通过合理的设计喷嘴的尺寸

和我们的优化排量

达到充分的利用

泵剩余的这个7MPa的能力

去达到什么

更大的一个射流能量

那么所以

通过上面的例子

我们就能得到了

得到水力参数设计的一个

基本任务

第一个任务就是

优化排量Q获得最大的

喷射能力

第二个就是

设计钻头喷嘴

获得最大的喷射能量

那么这里有一个思考

为什么我们要讲

优化排量Q

而不是说增加排量

我们不是说我们这个钻头喷嘴

排量越大

喷嘴压强就越大吗

这里有两个式子

就是我们的循环压耗

和我们这个钻头压降

都是和排量Q有关

那么大家下来思考一下

为什么不能够

通过纯粹的增加排量

来提高我们的射流能量

那么今天我们的课就讲到这里

谢谢大家