5.7 波动压力的计算方法在线视频

对于波动压力的计算

我们可以采用

这个波动压力

根据流体力学

这个数学公式

我们可以进行计算

在这个波动压力计算公式里

前面是因为

单位换算的一些常数

这个是摩阻系数

这个是钻井液的密度

还有环空的平均速度

计算的这个井眼的

这个是深度

这是井眼的环空的外径

还有钻柱的外径

在这里面

主要是

摩阻系数的计算

相对要难一些

在摩阻系数的计算

要根据不同的流态

然后进行一个计算

对于层流流动来说

摩阻系数计算

可以采用这种公式

24除以雷诺数

雷诺数根据前面的内容

也可以计算出来雷诺数

跟我们的速度有关系

跟流体的性质有关系

对于紊流流态来说

就是流动速度比较快的话

不同的流动形态

它的摩阻系数

计算模型是不一样的

对于塑性流体来说

它的摩阻系数等于

0.0791除以雷诺数的0.25次方

对于幂律流体来说

摩阻系数的话

它就有

这个a除以雷诺数的b次方

在这里面

a或b这个常数

可以根据它的流型指数

进行计算

这是它相应的计算模型

在前期的课程里面

已经跟大家做了一个

比较详细的讲解

对于波动压力的计算

对于开口管来说

相对就要复杂一些

因为对于开口管

相当于我钻头水眼

水眼没有被堵塞

在我起钻柱

或者是下放钻柱的过程当中

钻井液一方面通过环空往

比如说我下放钻柱

钻井液

通过环空往上面有一个走的趋势

同时的话

钻柱里面的流体

也有往上面走的趋势

对应的钻柱

排开的这部分体积

就有两个流动方向

一个是钻柱里面

一个是钻柱环空的

外面环空的

在这里面计算

我们怎么来计算

我们可以首先讲

假设一个排量

假设的这个排量

就是QI

假设这个排量是

在钻柱里面流动的排量

总的排量

是不是可以通过

前面讲的闭口管

这种模型可以把它计算出来

根据我们钻柱的外径

还有钻柱的内径

钻柱的下放速度也是知道

钻柱所占的体积

单位时间排开的这部分体积

是可以算出来的

这部分体积

减去我钻柱里面的排量

就得到环空的排量

环空的排量

这里面

我们首先是假设一个

钻柱里面的排量

假设钻柱里面的排量过后

我们就知道环形空间的排量

根据环形空间的排量

我们就可以根据前面讲的

波动压力计算公式

可以把环形空间的波动压力

把它计算出来

类似的在这种情况下

我也可以通过

流体力学相关的一些数学模型

把钻柱里面的

波动压力计算出来

现在我就要看我的

假设是否合理

钻柱里面和环形空间

波动压力如果差值太大

比如说计算出来

假设这个排量

可能是还需要修正

最终的话

让我们管内和管外

环空的这个压力

几乎相等

最后这个排量

就是我们所需

计算出来的

真实钻柱里面的排量

这是计算的一套

基本计算方法

接下来大家

要关注的一个

就是我喷嘴的计算

因为实际上对于我们

现实钻井过程当中

所用的钻头

根据钻头类型的不一样

对喷嘴的尺寸

还有喷嘴的组合

也是不一样的

有的钻头

比如说根据水力参数的优化

还有钻头的结构

还有地层的特性

等等

有的设计

有三个喷嘴的

有的还有四个五个

更多喷嘴的

在这种情况下

我这个喷嘴的

钻井液通过这个喷嘴

喷嘴这个地方

这个流动的这个面积是多少

我们需要一种计算方法

把它计算出来

在这种情况下

我们

在波动压力计算

这个地方

我们是假设

如果有三个喷嘴

每个喷嘴

它有一定的面积

三个喷嘴的面积相加

就是我相当于

总的喷嘴的面积

比如说是三个喷嘴

它的这个喷嘴

和这个这个

三个相加

它的面积相加

相当于是总的喷嘴的面积

我们可以等效为

一个喷嘴

比如说一个喷嘴是圆形的

它的面积

和这面三个的相加

它的面积

和这面三个的相加

相等的

它和它相等的

这三个面积计算

就采用这个公式

可以计算出来

类似

对于多个喷嘴的

也可以采用这套方法

比如说有四个喷嘴

每个喷嘴的直径我是知道的

四个喷嘴的面积相加

可以计算出来

计算出面积过后

我根据面积可以反算出

它的等效的直径

这就是多个喷嘴的等效

在这里面

大家可能还要关注

的一个问题

就是对于我们钻柱

实际的钻柱结构

它下面有很多的工具

它有其他的工具

比如说最下面是钻头

上面有一些工具

或者是钻铤、加重钻杆

还有钻杆

还有方钻杆

这是整个的钻柱结构

每一部分的

它的外径和内径

是不一样的

最简单的

就下面是比较大的钻铤

上面是钻杆

这是最简单的钻具组合

钻铤比如说

这个钻铤的话

比如说像八寸半的井眼

215.9mm的这种井眼

可能用的钻铤是

177.8mm这种大的钻铤

上面的钻杆

可能比如说是采用5寸半的

139.7mm的钻杆

它两个的外径是不一样的

在这里面

因为我前面波动压力的计算

给大家讲了

波动压力计算

跟哪个有关系

跟环空的流体的速度有关系

速度有关系

但是我的钻柱

你看钻柱的每一部分

外径不一样

同时我的井眼

井眼直径

比如说

套管的内径

下面你钻开的井眼直径

也有差异

比如说我们假设

差异不太大的话

但是我钻柱外径差异很大

所以这个地方

钻铤的这个环空有一个速度

钻杆旁边也有一个速度

每一点的环空速度是不一样的

我们在计算波动压力的时候

我们精确的计算

采用分段的计算

如果不太精确

我们可以

粗略的计算

我们可以考虑

钻铤的外径

这个地方的话

环空的速度

计算它的这个波动压力

这就是

钻铤和钻杆

外径的一个情况

对于内径也是一样的

一方面就是说

比如说我的钻杆

是一个内径

钻杆的内径可能要大

但是钻铤

由于它的壁非常的厚

它的内径很小

比如说像这种

7寸的钻铤的话

它可能内径只有70多毫米这么小

它的内径也是不一样

另外一个

我还有喷嘴

喷嘴等效的直径

喷嘴的直径肯定比

钻铤的内径还小

对于开口管来说

我们计算的话

像我们简化的计算的话

也是就是说

钻铤这个外径

它的内径是多少

选成喷嘴等效的直径

选这两个进行计算

这是波动压力的计算

对于实际钻具组合的

钻具结构的

采用这种计算的方法

接下来就给大家讲

对于开口管

它的环空速度的计算

应该有一个公式

一种表示方式

我们通过化简过来

可以得到这么一个公式

就是说

根据钻柱与

我的钻柱起下钻的速度

钻柱的内径

还有井眼的直径

钻柱的外径

有关系

通过这个公式

我们可以计算出

环空的平均的一个速度

也可以采用

其他的方法进行计算

就是我们前面讲的方法

假设我们一个

钻柱里面有一个钻井液的排量

钻柱里面的排量

总的钻柱排开的

它的

钻柱起下钻

它所占的体积是多少

根据

钻柱的外径

钻柱的内径

可以把钻柱的这部分

占的体积算出来

钻柱的体积算出来

我们假设

钻柱里面的排量是

Qi

那么我们就可以

环空的速度是多少

就环空的排量

就等于

钻柱的这部分体积

减去管内的这部分排量

最后

再转换过来的话

可以得到这个公式

因为这个随着

DH是表示井眼的直径

井眼的直径

D就表示钻柱的外径

这个地方再乘以

这个地方π/4

乘以这个平方

两个相减

是不是环空的面积

这是环空的面积

实际上这个环空的面积

在这

就是环空的排量

这个除过来过后

相对于这是环空的速度

这是

这两个相减

根据这个公式

我们就可以计算环空的速度

要计算环空的速度

里面最重要的一点

就是我们怎么来

合理的取这个

钻柱里面的排量

钻柱里面的排量

正常情况下

我们现在的计算

计算这种

都是借助计算机

编一个很小的程序

进行一个计算

怎么来计算

首先假设是一个Qi

比如说我假设这个Qi

是一分钟

比如说零点几升的排量

根据这个

然后

我可以算出

环空的速度

算出环空的速度

同时的话

也可以把我钻柱里面的速度

计算出来

钻井液的速度

比如我假设

钻柱里面的排量

钻柱里面的速度

可以计算出来

钻柱里面的速度

也是可以计算出来

环形空间的速度

我也可以把它计算出来

根据这两个速度

再根据波动压力的计算公式

可以把环空的波动压力计算出来

也可以把钻柱里面的

波动压力计算出来

这两个波动压力

我们再来对比

如果这两个波动压力

差值太大的话

我这个排量

假设就是合理的

原因在哪

就是由于我

你想钻井液

在这个钻柱下方的时候

钻井液在这

钻柱外面的钻井液

和钻柱里面的钻井液

在钻头水眼的这个地方

它两个是连通的

根据我们U型管的原理

这个水力系统

它是一个连通的体系

它在这一点的压力应该是相等的

也就是说

水眼喷嘴

外面的这个压力

和喷嘴里面的这个压力

是相等的

在喷嘴这一点是相等的

所以说

你在这就是说

假设这个Qi算出来

里面的波动压力

和外面的波动压力

差值大的话

就是你这个假设的这个排量

是不合理的

我就要来看

如果说我假设排量

如果

这里面假设这个排量偏小

算出来里面的

波动压力就小

外面的波动压力就大

差值就大

外面的波动压力大

里面的小

我们就可以认为

里面的排量

假设这个排量偏小

我可以把里面这个排量

做一个调整

稍微把它提高一些

提高一些

再来计算

看里面的

这个波动压力的大小

和外面波动压力的大小

最后看

如果说我假设

增加了这个排量

发现里面的波动压力又大了

外面环空的波动压力小了

表示我假设的排量大了

前面假设的排量小

现在假设的排量就大了

我们在前面小的排量

和现在大的排量

取一个合理的值

可以重复计算

经过一个迭代的过程

我们可以把这个最优的

里面的排量计算出来

这就是

整个计算的思路

对于开口管来说

假设我不同排量

就可以计算它的

管内或管外的压力

实际上我们最终

最好的一个假设排量

最优的是什么

就是管内的这个

这个Pa表示环空的压降

这个Ps钻柱里面的压降

两个是完全相等的

这是我们最优的

这实际就是

真正这个管内的排量

两个完全相等的时候是

但是实际上你想

我这个Qi都是假设的

不可能完全相等

不可能完全相等

所以说我们在

实际计算当中

我们可以假设

它有一定的误差

这个Δ就是我们的误差

就说你假设的这个

钻柱里面的

这个排量

根据这个排量

算出来的

钻柱里面的这个压降

和环形空间的压降

两个相减

绝对值小于你设定的这个

误差的这个值

我计算出来的这个排量

就是所需要的排量

假设一个值

这就是我们

利用计算机计算

波动压力的时候

开口管波动压力的时候

我们就采用的这么一个

数学模型

实际波动压力

有个实例

跟大家讲讲

波动压力的变化情况

这个实例讲的

就是我的

外面的井眼

是采用的95套管

9寸5的套管

它的段重是多少

是40磅每英尺

根据这个段重

根据外径

我们就可以计算出

它的壁厚

因为我这个套管外径知道了

同时你又知道

单位长度的重量

我根据这个重量

可以换算出

它的内径的大小

对于我们

这个井身结构

要讲的这个

就是

比如说套管

根据它的外径

段重

和他的钢级

就可以把这个套管

把它确定下来

知道外径

知道段重

就可以知道

它的壁厚

或者说知道它的外径

知道它的壁厚

我也可以把它单位长度的重量计算出来

因为我钢材的密度是知道

它的外径知道

我们就可以计算

单位长度的重量

这个的话

这是表示的9寸5这个套管

它的外径

是244.7的这个套管

下了2100英尺

在这里面

管子是7寸的管子

它的段重是23磅每英尺

在1812~1856英尺

这是钻井液的流变参数

这就是它的

压力的变化

随时间的

整个压力检测的变化情况

压力的变化情况

这就是它的波动压力

和我对应的起下钻的

对应我这个速度之间的关系

可以看出来

速度的变化过后

或者说

我速度加速变化的时候

对我们来说

如果环形空间这个速度恒定的

它的波动压力是很小的

主要是速度大

变化很大的话

它波动压力很大

这就是我们这个对应关系

这是实际的井下测的时候