深水控制泥浆帽钻井水力参数设计与计算

钻井水力参数计算1.钻井水力参数的定义：2.钻井水力参数的计算方法：2.1循环压力（Pp）的计算：循环压力是指钻井液在井眼中循环时施加在井壁上的压力，其计算公式为：Pp=Pg+Ph+π/144*(ID²-OD²)/4*ρm其中，Pp为循环压力，Pg为气体压力，Ph为井斜段压力，ID为钻杆内径，OD为钻杆外径，ρm为泥浆密度。

2.2液柱压力（Pm）的计算：液柱压力是指钻井液柱在井眼中的垂直压力，其计算公式为：Pm=π/144*(ID²-OD²)/4*ρm*L其中，Pm为液柱压力，ID为井眼内径，OD为套管外径，ρm为泥浆密度，L为液柱长度。

2.3摩阻压力（Pf）的计算：摩阻压力是指钻井液在井眼中流动时受到的阻力，其计算公式为：Pf=2f*ρm*V²/(D*g)其中，Pf为摩阻压力，f为阻力系数，ρm为泥浆密度，V为流速，D 为井眼直径，g为重力加速度。

2.4泥浆柱液位压力（Ps）的计算：泥浆柱液位压力是指钻井液静止时产生的压力，其计算公式为：Ps=π/144*(ID²-OD²)/4*ρm*(H+h)其中，Ps为泥浆柱液位压力，ID为井眼内径，OD为套管外径，ρm 为泥浆密度，H为井深，h为液位高度。

2.5井底压力（Pb）的计算：井底压力是指钻井液从井口到井底的压力损失，其计算公式为：Pb=ρm*Ls*g/144其中，Pb为井底压力，ρm为泥浆密度，Ls为井筒长度，g为重力加速度。

2.6水柱效应（Pr）的计算：水柱效应是指钻井液在井眼中垂直上升或下降时，形成的压力差，其计算公式为：Pr=π/144*(ID²-OD²)/4*ρf*h其中，Pr为水柱效应，ID为井眼内径，OD为套管外径，ρf为井口液体密度，h为液位高度。

3.钻井水力参数的分析和应用：通过计算钻井水力参数，可以确定钻井液在井筒中的性能，评估井筒稳定性和泥浆循环能力，并根据计算结果进行钻井工艺设计和井筒优化。

钻头水力参数的设计1.变量说明Va——假定环空返速Dh——钻头直径Dp——钻杆直径C——流量系数Kg——地面管汇B——常数dpi——钻杆内径Lp——钻杆长度upv ——钻井液塑性黏度ed ——钻井液泥浆密度Lc ——钻挺长度dci ——钻挺内径dc ——钻挺外径Pr ——额定泵压Ps ——实际泵压Qmin ——最低排量Kpi ——钻杆内耗系数Kci ——钻挺内耗系数Kca ——钻挺环空系数Kpa ——钻杆环空系数Kl ——循环压耗系数Qopt——最优排量Kp——钻杆压耗系数m ——单位钻杆长度的压耗系数Kc ——钻挺压耗系数a ——常数Dpc ——第一临界井深Dpa ——第二临界井深Qs ——泵的实际排量pl ——整个循环系统的压耗系数Pba ——假定钻头水功率A0 ——喷嘴截面积Pb——假定钻头水功率Ps ——实际泵压Nb ——实际钻头功率Ns ——实际泵功率V0——实际环空返速Kv ——常数Kf ——常数Fj ——射流冲击力Pb ——实际钻头水功率2.编程Private Sub Command1_Click()Va = 0.8Dh = 21.59Dp = 17.78C = 0.98Kg = 0.00107B = 0.51655dpi = 10.86Lp = 3880upv = 0.0047ed = 1.64Lc = 120dci = 7.14dc = 17.78pr = 16.5Ps = 14.85Qr = 35.4Qmin = 0.1 * 3.14 * (Dh ^ 2 - Dp ^ 2) * Va / 4Kpi = (ed ^ 0.8 * upv ^ 0.2 * Lp * B) / (dpi ^ 4.8)Kci = (ed ^ 0.8 * upv ^ 0.2 * Lc * 0.51655) / (dci ^ 4.8)Kca = ed ^ 0.8 * upv ^ 0.2 * Lc * ((0.57503) / ((Dh - dc) ^ 3 * (Dh + dc) ^ 1.8))Kpa = ed ^ 0.8 * upv ^ 0.2 * Lp * ((0.57503) / ((Dh - dc) ^ 3 * (Dh + dc) ^ 1.8))Kl = Kg + Kpi + Kci + Kca + KpaQopt = (Ps / (2.8 * Kl)) ^ (1 / 1.8)If Qopt < Qmin ThenQs = QminElseIf Qopt > Qr ThenQs = QrElseQs = QoptEnd Ifpl = Kl * Qs ^ 1.8Pb0 = Ps - plA0 = ((ed * Qs ^ 2) / (20 * C ^ 2 * Pb0)) ^ (0.5)Pb = (ed * Qs ^ 2) / (2 * C ^ 2 * A0 ^ 2)Text1.Text = PbPs = Pb + plText2.Text = PsNb = Pb * QsNs = Ps * QsText3.Text = NbText4.Text = NsRj = Nb / NsText5.Text = RjVa = 0.1 * Qs * 4 / (3.14 * (Dh ^ 2 - Dp ^ 2)) Text6.Text = VaKv = 10 * C * ((20 / ed) ^ 0.5)V0 = Kv * (Ps - pl) ^ 0.5 * 0.001Text6.Text = V0Kf = (C * (20 * ed) ^ 0.5) / 100Fj = Kf * Qs * (Ps - pl) ^ 0.5Text7.Text = Fjrwj = Nb / (A0 * 10000)Text8.Text = rwjEnd SubPrivate Sub Command2_Click()Text1.Text = ""Text2.Text = ""Text3.Text = ""Text4.Text = ""Text5.Text = ""Text6.Text = ""Text7.Text = ""Text8.Text = ""End Sub。

１ ． １ 理 论 最 小 排 量
深水 钻 井 一 般 是 指 水 深 超 过 ５ ０ ０ ｍ 的钻 井 作 业， 水深 大于 １ ５ ０ ０ ｒ ｆ ｌ 时为 超 深 水钻 井 ］ 。近年 来 ， 海洋 石油 勘探 逐 步 向深 水 区域 发 展 ， 但 深 水 钻井 环
境 温度低 、 钻 井液 用 量 大 、 海 底 页 岩 稳 定性 差 、 井 眼
理 论最 小排 量是 指达 到一 定 的井 眼清 洁标 准所 需 要 的最小 排 量 ［ ６ ］ 。由 于深 水 钻 井 存 在 隔 水 管 段 ， 井 身结 构较 陆地 钻井 复 杂 ， 因此 ， 对 深水 钻 井 的理论
清洗 困难 、 存 在浅水流动 、 易 形 成 气 体水 合 物 等 问 题， 会 给深 水 钻井作 业 带来严 峻 的挑 战ｌ ２ ］ 。 与 浅水 钻 井 相 比， 深 水 钻 井 隔水 管 段 环 空尺 寸 大， 携岩所 需 最小排 量 远大 于浅水 井段 。另外 ， 由于 深水 的存 在 ， 井筒 内温 度较低 ， 低 温使 得钻 井液 性 能
由环 空 固液两 相 流动基 本原 理可 以得 到直 井 段 不 同环空浓 度 所需 环 空返速 ＿ ７ ］ ， 即
～
１ 深 水 钻 井 水力 参 数计 算 方法
在 进 行 深水 钻 井 水 力参 数 计算 时 ， 选择 合 适 的
排 量范 围是 首先 要考 虑 的问题 。在 深水 钻井 工程 实
也 导 致地层 安 全钻 井 液 密 度 窗 Ｅ ｌ 较窄 ， 环 空 压 力 控 制不 好容 易 引起 井塌 、 井 漏 和井 涌 等 事 故 发 生 。 因
此， 需 要结 合深 水钻 井 的特点 ， 在前 人钻 井 水力参 数

泥 浆 帽高度 可 以控 制 井 筒 压 力 。
关键词 ： 深水钻 井 控压钻 井 泥浆 帽 水 力参数设 计 计算方法 中图分 类号 ： Ｔ Ｅ ５ ２ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ １ — ０ ８ ９ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ — ０ ０ １ ３ — ０ ６
２ ６ ６ ５ ８ ０ 。 ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｄｅ ｅ ｐ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ １ ｍｕ ｄ ｃ ａ ｐ ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｉ Ｓ ａ ｎ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｔ ｏ ｄ ｅ ａ ｌ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｉ ｅ ｆ ｚ ｏ ｎ ｅ ， ｈ ｉ ｇ ｈ — ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｈ ｉ ｇ ｈ ｓ ｕ ｌ ｆ ｕ ｒ － ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｂ ｕ ｔ ｉ ｔ ｓ ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｒ ｅ ｍｏ ｒ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｘ ． Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｄ ｅ ｅ ｐ ｗａ ｔ ｅ ｒ 。 ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ １ ｏ ｆ ＢＨ Ｐ ｆ ｏ ｒ ｄ ｅ ｅ ｐ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ １ ｍｕ ｄ ｃ ａ ｐ ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｗａ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ． Ｔｈ ｅ ｇ ｕ ｉ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｆ ｌ ｕ ｉ ｄ ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ — ｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ＥＣＤ ｗｅ ｒ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ， ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｌ Ｏ Ｓ Ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｆ ｏ ｒ ｐ ｕ ｍｐ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｗｅ ｒ ｅ ｐ ｕ ｔ ｆ ｏ ｒ ｗａ ｒ ｄ ａ ｔ ｓ ｕ ｂ ｓ ｅ ａ ａ ｎ ｄ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ． Ｔｈ ｅ

油气井水力学讲义6钻井水力优化设计与计算钻井水力优化设计与计算是油气井水力学的重要内容之一、在钻井过程中，通过合理优化设计和计算，能够提高钻井效率，降低钻井成本，并减少井眼失稳和井壁塌陷等地质灾害的发生。

本文将介绍钻井水力优化设计与计算的主要内容及其应用。

一、钻井水力优化设计钻井水力优化设计是指在钻井过程中，根据地质情况和井筒条件，通过合理选择钻井液性能、控制井底压力和优化钻井参数等手段来达到提高钻井效率及井眼稳定性的目的。

1.选择钻井液性能：钻井液的性能包括密度、黏度、滤失性等指标。

通过合理选择钻井液的性能，可以提高钻井时的排渗能力和清洁井底的能力，降低井壁塌陷和井眼失稳的风险。

2.控制井底压力：井底压力是指井底的静压、动压及循环过程中产生的压力。

合理控制井底压力是保证井眼稳定和减少钻井液的消耗的关键。

通过合理调整钻井参数，控制井底压力，可以减少井眼塌陷、堵塞和剪切等问题的发生。

3.优化钻井参数：钻进速度、转速、钻压和进给等钻井参数的选择，直接影响到钻井的效率和安全性。

通过合理调整这些参数，可以降低钻井过程中的摩擦、动力消耗和井筒塌陷等问题，提高钻井效率。

二、钻井水力计算钻井水力计算是钻井水力优化设计的核心内容之一、通过计算钻井液的流动特性和井底压力，可以预测井筒稳定性，指导钻井参数的选择，并优化设计钻井液配方。

1.流动特性计算：流动特性计算是指通过测定钻井液的黏度、密度、流速、滤失率等参数，来计算钻井液在井筒中的流动情况。

这些计算可以帮助工程师了解钻井液的流动状态，评估井筒的清洁程度，以及预测井壁塌陷和井眼扩大的风险。

2.井底压力计算：井底压力计算是指计算井底的静压、动压及循环过程中产生的压力。

通过合理计算井底压力，可以控制井眼稳定和减少钻井液的消耗。

井底压力计算一般包括井塌压力计算、限气压力计算和泥浆底深压力计算等。

3.井壁稳定性计算：井壁稳定性计算是指通过计算井底压力和井眼尺寸等参数，来评估井眼的稳定性。

钻井水力计算的方法步骤
钻井水力计算是石油工程中的一个重要环节，它涉及到钻井液的循环、压力控制、井壁稳定等多个方面。

以下是钻井水力计算的基本方法和步骤：
1. 确定基本参数：首先，我们需要确定一些基本的参数，包括井深、井径、钻杆尺寸、钻井液密度、粘度等。

这些参数将直接影响到钻井液的流动特性和压力分布。

2. 计算初始状态：在确定了基本参数后，我们需要计算出钻井液在井内的初始状态，包括钻井液的体积、压力、速度等。

这一步通常需要使用流体力学的相关公式进行计算。

3. 计算循环过程：在钻井过程中，钻井液会通过钻杆和井壁之间的环形空间进行循环。

我们需要计算出钻井液在循环过程中的压力变化、速度变化等。

这一步通常需要使用流体动力学的相关公式进行计算。

4. 计算井壁稳定性：钻井液的压力和速度对井壁的稳定性有着重要的影响。

我们需要计算出钻井液的压力和速度对井壁稳定性的影响，以便采取相应的措施来保证井壁的稳定性。

这一步通常需要使用岩土力学的相关公式进行计算。

5. 调整钻井参数：根据上述的计算结果，我们可能需要调整钻井的一些参数，如钻井液的密度、粘度、循环速度等，以保证钻井的安全和效率。

6. 监控和调整：在钻井过程中，我们需要实时监控钻井液的压力、速度等参数，并根据监控结果进行必要的调整。

这一步通常需要使用数据采集和处理的相关技术。

以上就是钻井水力计算的基本方法和步骤。

需要注意的是，钻井水力计算是一个复杂的过程，需要结合实际情况和专业知识进行。

同时，钻井水力计算的结果也需要与其他的钻井参数（如钻头类型、钻压、钻速等）进行综合考虑，才能得出最优的钻井方案。

钻头水力参数计算首先，我们需要确定泥浆流动的一些基本参数，包括钻头的直径、钻井液的密度、黏度以及井筒的尺寸和形状。

钻井液的密度可以通过实验室测试或者计算得出。

钻头的直径可以通过测量或者参考钻头的规格书确定。

井筒的尺寸和形状可以在钻井作业前通过地质勘探或者地层资料收集获得。

钻井液的黏度可以通过实验室测试得到，也可以根据层位的地质特征和井眼尺寸进行估算。

其次，我们需要了解一些与钻井液流动相关的参数，包括雷诺数、流速、流量以及摩阻压降。

流速可以通过测量钻井液通过钻头的速度得出，也可以通过流量计进行测量。

流量是流速和井眼面积的乘积，可以通过测量钻井液通过钻头的体积来计算。

雷诺数是描述流体运动稳定性的参数，可以通过雷诺数公式进行计算。

雷诺数越大，流动越不稳定，可能产生涡流和扰动。

摩阻压降是钻井液在井眼中流动时产生的压力损失，可以通过达西公式进行计算。

达西公式是最常用的钻井液流动计算公式，可以通过摩阻系数、井眼内径、流速和密度等参数进行计算。

最后，我们可以根据以上参数计算出钻头的水力参数，包括摩阻压降、泥浆流量和泥浆压力。

泥浆流量可以通过流量计进行实时测量，也可以通过流速和井眼面积的乘积进行计算。

泥浆压力可以通过摩阻压降和钻井液密度的乘积计算得出。

钻头的水力参数计算可以帮助工程师合理配置钻井液的流量和压力，以达到最佳钻进效果。

同时，还可以通过监测测量值与计算值的差异来判断井底是否存在异常情况，从而及时调整钻井参数以减少钻井事故的发生。

在实际钻井过程中，还需要根据地层特征和钻头的结构特点来确定合适的钻井液类型和性能参数，以保证钻井作业的安全和效率。

深水控制泥浆帽钻井水力参数设计与计算一、引言- 研究背景和意义- 国内外研究现状二、深水控制泥浆帽钻井的原理与方法- 帽钻井的定义和优势- 深水帽钻井的原理和方法- 深水帽钻井的水力参数控制三、深水控制泥浆帽钻井水力参数设计与计算- 系统参数设计原则- 深水帽钻井的水力参数计算方法- 操作过程中的参数调整四、深水帽钻井设备的选择和优化- 深水帽钻井设备的种类和功能- 设备选择的考虑因素- 设备的优化和改进五、案例分析与总结- 典型案例的介绍- 实验结果与分析- 对深水帽钻井水力参数设计的建议和展望六、结论- 总结研究成果- 展望未来研究方向一、引言随着油气资源的开发和探索不断深入海底，深水钻井已经成为未来石油开发的主要趋势之一。

深海环境下的钻井工程，面临着包括监测、设备和工程技术在内的一系列挑战和难题。

在深海环境下，水的压力、流动以及环境的复杂性都会对钻井工程造成严重的影响，需采用针对性的技术来实现海底油气资源的高效开发。

深水控制泥浆帽钻井是一种新的技术，能够有效地解决深水钻井信心的难题，提高整个钻井工程的效率。

本论文旨在研究深水控制泥浆帽钻井的水力参数设计与计算。

2、深水控制泥浆帽钻井的原理与方法2.1 帽钻井的定义和优势钻井作业时，钻头所产生的碎屑和液体会被从井眼中提出，提高井眼的清洁度，同时也起到了保护井壁的作用。

深水钻井中，由于井深过深，海水对悬浮在海水上方的井口的压力会导致海水和油气混合体泄漏出现，这已经成为深水钻井工程中一大难题。

为了有效地控制这一难题，帽钻井技术应运而生。

帽钻井是一种将钻井液体从井口地方排出的新型技术。

帽钻井顶部为帽形结构，带有一定的减压功能，能够将井口的压力降到能够承受的范围。

同时，帽钻井顶部还具备控制流体的功能，可以实现控制流量和流速的作用，减小井口漏失。

2.2 深水帽钻井的原理和方法深水帽钻井技术是在帽钻井基础上应用于深海钻井环境的一种新型技术。

深水帽钻井过程中，将一个特殊设计的“帽钻井装置”安装在钻井平台上方，通过唯一的控制装置来控制井口的液体流动。

钻井水力参数设计报告石油工程2专业班级：设计人：指导教师：时间：年月日钻井水力参数设计一、设计目的编写VB 应用程序，在给定条件下，根据最大水功率工作分析计算钻井水力参数。

设计要求编制的VB 程序具有以下功能：1. 输入设计给定条件2. 根据已知条件进行水力参数设计3. 设计结果用列表输出三、给定条件1. 钻井泵（缸套©、额定泵冲X、额定排量Qs、额定泵压PS2. 地面管汇承压Pe3. 地面管汇当量直径de,当量长度Le4. 喷嘴规范（d=7-16）5. 流量系数c6. 设计井段深度7. 钻头直径Dh8. 钻铤参数（外径De、内径Di、长度LC9. 钻杆参数（外径Dp、壁厚S ）10. 钻井液密度p、塑性粘度n四、问题分析1. 设计依据（ 1 ）井身结构（按开钻次序分大段）（2）钻具结构（每次开钻的钻铤、钻杆规范及长度）（3）泥浆性能（密度、粘度，将井大段分成小段）（4）钻头进尺（将全井分成多个基本设计井段）（5）钻井泵输出特性（泵压、排量）（6）最低环空返速（限定最低循环排量）（7）地面管汇允许承压（限定钻进中的最高压力）（8）喷射钻井工作方式（决定钻进循环排量）2. 设计步骤(1)确定最低环空返速182.37 Va 二Dh p推荐取值范围Va=0.6-0.87m/s(2)确定钻进循环最低排量n 2 2Qa Dh —Dp Va(3)求循环压耗系数K求出m、n,计算K=(n+m・H)(4)选择钻井泵缸套基本原则：缸套额定排量0.9Qs>Qa;缸套额定泵压Ps接近Pe当Ps>Pe时，取0.9Pe, Ps<Pe时，取0.9Ps(5)按最大钻头水功率计算最优排量Qopt,由此定出钻进最优排量及泵冲(6)计算钻达井深时的循环压耗及钻头压力降(7)计算喷嘴面积，选择相应喷嘴组合(8)计算实际的钻头压力降、钻头水功率、机泵工作压力和工作功率、实际环空返速、钻头水功率与机泵工作功率之比(9)计算射流喷速、冲击力、钻头比水功率等水力参数(10)编制程序，输出结果五、程序设计1.设计程序代码Private Sub Comma nd1_Click()Dim Qa#, Dh#, Dp#, Va#, p#Dh = Val(Text1) / 1000Dp = Val(Text8) / 1000p = Val(Text10) * 1000n = 3.14Va = 182.37 / (Dh * :求最低循环返速If Va< 0.6 The n Va = 0.6Qa = n * (Dh A-2Dp A 2) * Va / 4:求最低循环排量Text19 = Format(Qa, "0.0000")Text18 = Format(Va, "0.0000")Dim Pg#, n #, h e##de#, B#, M1#n = Val(Text11) / 1000de = Val(Text13) / 1000Le = Val(Text14)n e = n / 3.2B = ( p A 0.8) * ( n e A 0.2)M1 = 0.164 * (1 / de A 4.8)Dim Dpi#, Lp#, Mp#Dpi = (Val(Text8) - 2 * Val(Text9)) / 1000Lp = Val(Text8)Mp = 0.164 * (1 / Dpi A 4.8) + 0.182 / ((Dh - Dp) A 3) * ((Dh + Dp) A 1.8)Dim Dc1#, Dc2#, Mc1#, Mc2#, Dci1#, Dci2#, Lc1#, Lc2#Dci1 = Val(Text3) / 1000Dci2 = Val(Text6) / 1000Dc1 = Val(Text2) / 1000Dc2 = Val(Text5) / 1000Dp = Val(Text8) / 1000Lc1 = Val(Text4)Lc2 = Val(Text7)Mc1 = 0.164 * (1 / Dci1 A 4.8) + 0.182 / (((Dh - Dc1) A 3) * ((Dh + Dc1) A 1.8)) Mc2 = 0.164 * (1 / Dci2 A 4.8) + 0.182 / (((Dh - Dc2) A 3) * ((Dh + Dc2) A 1.8))Dim PL#, K#, m#, n#, H#H = Val(Text16)m = B * Mpn = B * M1 * Le + B * Mc1 * Lc1 + B * Mc2 * Lc2 - m * (Lc1 + Lc2) K= n + m * H求循环压耗系数PL = K * Q A 1.8：求循环压耗Text20 = Format(K, "0.00")Dim Qs#, Ps#, Pe#, © #, Qz#Pe = Val(Text12)MN1:Qa = (Qa / 0.9) * 1000：选缸套If Qa>= 35.4 AndPe< 16.5 ThenQs = 40: Ps = 16.5: © = 170ElseIfQa>= 31.1 AndPe< 18.6 ThenQs = 35.4: Ps = 18.6: © = 160ElseIfQa>= 27.1 AndPe< 21.2 ThenQs = 31.1: Ps = 21.1: © = 150ElseIfQa>= 23.4 AndPe< 24.3 ThenQs = 27.1: Ps = 24.3: © = 140ElseIfQa>= 19.9 AndPe< 28.2 ThenQs = 23.4: Ps = 28.2: © = 130ElseQs = 19.9: Ps = 33.1:© = 120End IfIf Ps >Pe The：n 确定设计泵压Ps = 0.9 * PeElsePs = 0.9 * PsEnd IfQz = Qs / 1000Qs = Qs * 0.9 / 1000Ps = Ps * 1000000Qa = Qa * 0.9 / 1000Dim Qopt#, Hr#, Ha#, Nbit#, Ho#Qopt = (Ps / (2.8 * K)) A (1 / 1.8)计算最优排量Hr = Ps / (2.8 * m * Qs A 1.8) - n / m Ha = Ps / (2.8 * m * Qa A 1.8) - n / m Ho = Ps / (2.8 * m * (Qopt) A 1.8) - n / mIf Ho > Ha Then确定最优排量Qopt = QaPL = K * Qa A (1.8) 实际循环压耗Nbit = Qa * (Ps - PL) 钻头水功率ElseIf Ho >Hr ThenQopt = QoptPL = K * Qopt A (1.8)Nbit = Qopt * (Ps - PL)ElseQopt = QsPL = K * Qs A (1.8)Nbit = Qs * (Ps - PL)End IfText21 = Format(Qopt, "0.0000")Dim x#, Pbit#, A#, c#, d1#, d2#, d3#, A1#, i#, u#, j#, g#c = Val(Text15)x = Int(Qopt / (Qz / 150))：计算泵冲Pbit = Ps-PL计算钻头压力降A = (( p * Qopt A 2 / (2 * Pbit * c A 2)) A (0.5)) * 10 A 6 Text23 =Format(A, "0.000") 计算喷嘴面积For i = 16 To 7 Step -1 选择喷嘴组合For j = 16 To 7 Step -1For g = 16 To 7 Step -1A1 = ( n / 4) * (i A 2 + j A 2 + g A 2)u = A1 - AIf u > 0 Thend1 = i: d2 = j: d3 = gEnd IfNext gNext jNext iA1 = ( n / 4) * (d1 A 2 + d2 A 2 + d3 A 2)Dim Va2#Va2 = 4 * Qopt / ( n * (DD|A 22)):计算实际环空返速Text22 = Format(Va2, "0.000")If Va2 < 0.6 ThenQa = QzGoTo MN1End IfDim Vo#, Fj#, Ns#, © 0#, Ni#, Nii#Vo = (Qopt / A1) * 10 A 6:钻头喷射速度Fj = p * Qopt * Vo / 100冲击力计算Pbit = (( p * Vo A 2) / (2 * c：钻头压力降Nbit = Pbit * Qopt :钻头水功率Ns = Nbit + K * Qopt A (2.8:) 实际泵功率Ps = Pbit + P:L 泵工作压力© 0 = :©缸套直径Ni = (Nbit / A1) :钻头比水功率Nii = Format(Nbit / Ns, "0.00"):水功率分配比OLE1.object.Sheets(1).Cells(4, 1) = Textl俞出结果列表OLE1.object.Sheets(1).Cells(4, 2) = Text16OLE1.object.Sheets(1).Cells(4, 3) = pOLE1.object.Sheets(1).Cells(4, 4) = Text11OLE1.object.Sheets(1).Cells(4, 5) = Format( © 0, "0.00") OLE1.object.Sheets(1).Cells(4, 6) = Format(x, "0.0")OLE1.object.Sheets(1).Cells(4, 7) = Format(Qopt, "0.0000")OLE1.object.Sheets(1).Cells(4, 8) = d1OLE1.object.Sheets(1).Cells(4, 9) = d2OLE1.object.Sheets(1).Cells(4, 10) = d3OLE1.object.Sheets(1).Cells(4, 11) = Format(A1, "0.00")OLE1.object.Sheets(1).Cells(4, 12) = Format(Pbit / 10 A 6, "0.00") OLE1.object.Sheets(1).Cells(4, 13) = Format(PL / 10 A 6, "0.00") OLE1.object.Sheets(1).Cells(4, 14) = Format(Ps / 10 A 6, "0.00")OLE1.object.Sheets(1).Cells(4, 15) = Format(Nbit / 1000, "0.00") OLE1.object.Sheets(1).Cells(4, 16) = Format(Ns / 1000, "0.00")OLE1.object.Sheets(1).Cells(4, 17) = Format(Fj, "0.00")OLE1.object.Sheets(1).Cells(4, 18) = Format(Vo, "0.000")OLE1.object.Sheets(1).Cells(4, 19) = Format(Va2, "0.000")OLE1.object.Sheets(1).Cells(4, 20) = Format(Ni / 1000, "0.00")OLE1.object.Sheets(1).Cells(4, 21) = NiiOLE1.UpdateEnd SubPrivate Sub Form_Load()Text1 = 215.9: Text2 = 177.8Text3 = 71.4: Text4 = 80Text5 = 159: Text6 = 71.4Text7 = 160: Text8 = 127Text9 = 9: Text10 = 1.4Text11 = 22: Text12 = 21Text13 = 100: Text14 = 150Text15 = "0.97": Text16 = 2600Text17 = 3100End Sub2.程序界面六、应用示例3NB-1000钻井泵，Pe=21Mpa, de=100mm , Le=150m C=0.972600-3100m 井段，215.9mm 钻头 +177.8mm 钻铤（内径 71.4mm ）长 80 米+159mm 钻铤（内径 71.4mm ）长 160 米 + 127mm 钻杆（壁厚9mm ）钻井液1.4克/立方米，粘度22mPa- scm«□^3E» Rffi七：汆说V==^K 袴•阀二 OJ ' i&N 曰盖S爲 o-i臨隈Hm E-—V野鱼mg・i寸 g OJ8 7 -■~~iH KCSJ C>J I~ICdt —C-— 氏:Ft iffCTa c-—6LTDE W4JQ遢 案務領赵（g 丁 CS1 iTvJ區誹鰹£ __ 牡菇｛第禺§ ■ 1rr m =CV7iy 捋bj tri C-J虽一工覃15左詛rg si炉&siC SS 刑a。

水力喷射径向水平井钻井水力参数计算及优选方法
水力喷射径向水平井钻井是一种常用的钻井方法，其主要特点是利用
高压水流将岩层冲刷，从而实现钻井的目的。

在进行水力喷射径向水平井
钻井时，需要计算和优选一些水力参数，以确保钻井的效率和安全性。

首先，需要计算的水力参数包括喷嘴直径、喷嘴数量、喷嘴间距、水压、流
量等。

这些参数的计算需要考虑到岩层的硬度、厚度、孔隙度等因素，以
及钻井的深度和直径等因素。

通过合理的计算，可以确定最佳的水力参数，从而提高钻井的效率和降低钻井的成本。

其次，需要优选的方法包括喷嘴
布置、水压控制、流量控制等。

喷嘴布置应根据岩层的特点和钻井的要求
进行合理的设计，以确保水流能够充分冲刷岩层，并且不会对钻井设备造
成损坏。

水压和流量的控制应根据钻井的深度和直径等因素进行调整，以
确保水流的强度和稳定性，从而提高钻井的效率和安全性。

总之，水力喷
射径向水平井钻井的水力参数计算和优选方法是钻井过程中非常重要的环节，需要根据实际情况进行合理的设计和调整，以确保钻井的效率和安全性。

中国石油大学（北京）
2012年9月29日
喷射钻井
采用大功率的泥浆泵和可以产生高速射流的钻头喷嘴，使高压 钻井液流过喷嘴时可产生高速流动的水射流，给井底以很大的冲 击力。把岩屑及时的冲离井底，并辅助破碎岩石.
主要内容：
射流的水力特性
钻头的水力特性 循环压耗 地面泵的水力特性 水力参数的优化设计
射流冲击力、射流喷速 喷嘴直径 钻头水功率、钻头水力压降 整个循环系统的压耗 钻井泵的功率，排量、泵压
K p mLp
则
KL mLp K g Kc
m( D Lc ) K g Kc mD K g Kc mL c
令：
a Kg Kc mL c
K L mD a
pL K LQ1.8 (mD a)Q1.8
一、喷射式钻头的水力特性 二、水功率传递的基本关系 三、循环系统压降的计算 （一） 压耗计算的基本公式 （二）摩阻系数 f 的确定 （三）循环系统压耗的计算公式 （四）提高钻头水力参数的途径
则总压耗计算公式：
pL p g p p pc ( K g K p K c )Q1.8 K L Q1.8
K L K g K p Kc
整个循环系统的压耗系数
•将压耗系数K L 作进一步的变化，设井深为D，并令
B 0.57503 0.8 m d pv 0.2 4.8 3 1.8 d ( d d ) ( d d ) h p h p pi
h 为水头损失；
对管内流：
rw
d 4
Dh Dp 4

f
为流体重度； 为水头损失系数； 为摩阻系数；
对环空流：
rw

发展趋势分析
泥浆帽发展趋势
• 如果泥浆帽密度过低,那么泥浆帽在井筒内的高度就会增加,注入泥浆帽的量 也越大,即地面所需配制的泥浆帽体积就会增大,而地面泥浆帽补偿罐的容积 有限,因此,泥浆帽密度的选取要考虑地面泥浆帽补偿罐的容积大小 ,并不是 密度越低越好。 • 由于在泥浆帽中下钻会产生较大的激动压力 ,可能会造成井底压力高于压力 控制波动允许范围,因此,设计泥浆帽高度和密度时要考虑泥浆帽中下钻激动 压力的大小。 • 如果泥浆帽在井筒内的高度越高,那么驱替过程中所产生的环空压耗就越大, 而驱替过程中对泥浆帽实施小排量驱替的主要目的就是降低环空压耗,因此, 确定泥浆帽高度和密度时要考虑泥浆帽中驱替过程中产生的环空压耗。 • 对于地面节流阀来说,节流压力变化幅度越小 ,节流阀控制精度越高,节流压 力变化幅度越大,节流阀控制精度越低,因此,泥浆帽密度越高,节流回压变化 幅度越大,地面节流控制效果越不好。
技术现状分析
泥浆帽控压钻井技术
泥浆帽控压钻井是
一种控制严重井漏的作 业方法，适用于陆上和
海洋油气井眼严重漏失
地层的钻进作业。PMCD 与泥浆帽钻井的主要区 别是因环空流体密度较 小而需在井口施加一个 正压。 PMCD压力梯度分布
© 2006 Weatherford. All rights reserved.
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现场应用情况
Halliburton MPD技术
0.2MPa
应用效果： 有效地降低了奥陶系灰岩钻进 的复杂情况，无明显漏失和外溢 等现象，减少了钻进风险
TZ62-10H井钻井过程压力变化曲线图
0.15MPa
有利于钻进中及时发现油气显 示， TZ62-11H钻进中发现不同级

已知：某216mm 井眼，井深3005m ，钻具组合为216mmbit+177.8mmDC(309m ，内径71.44mm)+ +127mmDP(内径108.6mm ，2696m)，钻井液密度1.35g/cm 3，Φ600＝47，Φ300＝32，Φ3＝4，泵的排量为34.55l/s ，最大泵压 18MPa ，试设计本井段的水力参数。

流量系数C=0.981．流变参数计算钻杆内流型指数：5546.0)32/47log(322.3)/log(322.3300600==ΦΦ=p n钻杆内稠度系数：)(5146.01022/47511.01022/511.05546.0600nn p Pas K p=⨯=Φ=环空流型指数：4515.0)4/32log(5.0)/log(5.03300==ΦΦ=a n环空稠度系数：9786.0511/511.0511/511.04515.0300=⨯=Φ=an a K2．计算钻柱内压力损失钻杆内分两段，分别是177.8mm 钻铤（309m ，内径71.44mm ），2696mm 钻杆2800米，先分别计算钻柱内水力压力损失。

（1）钻杆内 1）钻杆内流速s m d QV ip /725.3)1086.0(*1415.310*55.34*44232===-π2）计算管内雷诺数5.116935546.0415546.035146.087.21086.01035.14138Re 5546.015546.05546.025546.0312=⎪⎭⎫⎝⎛⨯+⨯⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=----pp pp n p p p n n pn i n n K V d ρ3）判别流态若n 13703470Re -<，则为层流若n 13704270Re ->，则为紊流若n n 13704260Re 13703470-≤≤-，则为过渡流 2.35105546.013704270137042702.21705546.0137034701370347021=⨯-=-==⨯-=-=p p n C n C由于Re ＝11693.5>C2，为紊流 4）计算范宁摩阻系数 层流：Re16=f紊流：b a f Re /=过渡流：800Re 1121C C G C a C Gf b -⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++= 其中： G=16（钻杆内） G=24（环空中）5093.3log +=n a7log 75.1nb -=n C 137034701-=nC 137042702-=按紊流计算公式，先计算a ，b ：07348.05093.35546.0log 5093.3log =+=+=n a 28657.075546.0log 75.17log 75.1=-=-=nb按照紊流摩阻系数计算公式：328657.01001647.55.11693/07348.0Re/-⨯===ba f5）计算钻杆内的压耗)(663.41086.02696725.31035.11001647.52223322MPa d L V f P ip p =⨯⨯⨯⨯⨯⨯==-ρ（2）钻铤内压耗计算1）钻铤内流速s m d QV ic /62.8)07144.0(*1415.310*55.34*44232===-π2）计算管内雷诺数2.311485546.0415546.035146.087.20714.0.01035.14138Re 5546.015546.05546.025546.0312=⎪⎭⎫⎝⎛⨯+⨯⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=----pp pp n p p p n n pn i n n K V d ρ3）判别流态若n 13703470Re -<，则为层流若n 13704270Re ->，则为紊流若n n 13704260Re 13703470-≤≤-，则为过渡流 2.35105546.013704270137042702.21705546.0137034701370347021=⨯-=-==⨯-=-=p p n C n C由于Re ＝31148.2>C2，为紊流 4）计算范宁摩阻系数 层流：Re16=f紊流：ba f Re /=过渡流：800Re 1121C C G C a C Gf b -⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=其中： G=16（钻杆内）G=24（环空中）5093.3log +=n a7log 75.1nb -=n C 137034701-=n C 137042702-=按紊流计算公式，先计算a ，b ：07348.05093.35546.0log 5093.3log =+=+=n a 28657.075546.0log 75.17log 75.1=-=-=nb按照紊流摩阻系数计算公式：328657.01078848.32.31148/07348.0Re/-⨯===ba f5）计算钻杆内的压耗)(2857.307144.030962.81035.11078848.32223322MPa d L V f P ic p =⨯⨯⨯⨯⨯⨯==-ρ钻具内的总压耗为Pp=Pp1+Pp2=4.663＋3.2857=7.95MPa3. 计算环空压力损失环空划分为二段，第一段是216mm 钻头与177.8mm 的钻铤组成的长为309米的流道，第二段为216mm 钻头与127mm 的钻杆组成的长为2696m 的流道。

=24 2495.44
+
0.07564 3295.440.27113
+
24 2495.44
2983.5 − 2495.44 800
= 8.883×10−3
（f）计算裸眼-钻铤环空段压降
= Pa1
2= f ρVa2L Dw − Dp
2 ×8.883×10−3 ×1.3×103 × 2.112 × 200 ∂2Ω
内径 71.44mm），127mm 钻杆 2800 米，分别计算钻柱内两段水力压力损失。
（b）钻杆内钻井液流速：
= Vp
= 4Q π di2
4 * 25*10−3= 3.1415 * (0.1086)2
2.7m / s
（c）钻杆内雷诺数
= Re
8= np −1 Kρdp inpV3n4p2p−nn+pp 1 np
80.175.23−1××100.31×604.= 1327×40×0.7.5072.257.2572+2−10.7502.752
8100
（d）判别流态：
①若 Re < 3470 −1370n ，则为层流；
②若 Re > 4270 −1370n ，则为紊流；
③若 3470 −1370n ≤ Re ≤ 4260 −1370n ，则为过度流。
第四步：计算管内和环空总的压力损失
Pc = Pa + Pp =1.2986 + 4.93 = 6.233 ( MPa)
第五步：计算钻头压降
Pb = Pr − Pc = 18 − 6.233 = 11.767(MPa)
第六步：计算喷嘴当量直径
= de
= 0.12ρ5CQ22π 2Pb 1/4

6钻井水力优化设计与计算深井水力设计时主要应考虑两方面的因素。

一是应该充分发挥地面泵的功率，使钻头获得尽可能大的水力能量；二是要尽量减少钻井过程中的井底压力差，以减少压持效应及保护好油气层。

本报告的第二部分已详细介绍了以井底压差最小为目标的设计合理排量的方法及过程。

但是使井底压差保持较小数值的排量并不一定都能使钻头获得最大水力能量。

因而这一部分对常规最大水马力工作方式中设计最优排量的有关计算模式进行了修正，使其更加准确。

然后将两种设计排量的方法结合起来使用，以使设计的排量更加便理，另外也利于更有效的估算和预测钻井过程中与排有关的各种钻井参数。

6.1 最大水马力工作方式理论模式修正国外在50年代开始应用喷射钻井技术。

经过几十年的发展，目前已于泛为钻井界所接受。

我国在60年代初开始研究喷射钻井，并且进行了一些现场应用性试验。

便由于各种原因未能继续进行下来。

直到 1978年后才开始全国推广喷射钻井技术，接着经过六·五攻关，出现了高压大功率泥浆泵、高效钻头、良好的固控设备以及相应的泥浆体系等配套技术。

在全国各油田都取得了显著的成就。

喷射钻井水力程序设计中常用的工作方式有四种：钻头最大水马力工作方式、射流最大冲击力工作方式、最大射流喷速工作方式和经济水马力工作方式。

前两种工作方式是Kendall 和Goins 首先提出来的。

实践证明最大钻头水马力工作方式效果比较显著，而且应用也较为广泛。

下面首先对最大钻头水马力工作方式进行简单的分析。

一、最大钻头水马力工作方式综述最大钻头水马力工作方式是以钻头获得最大水马力为目标函数，以泵功率或高管压力为约束条件的。

按钻头最大水马力工作方式设计水力参数，在第一临界井深以前最优排量即为泵缸套的额定排量；第一临界井深后，为保证钻头获得最大水马力，最优排量随井深增加而逐渐变小，其表达式为：8.18.2Lr opt k P Q = (美) Lropt k P Q 3=(苏) 式中：r P －额定泵压， kg f cm ⋅/2; L k －循环压耗系数。

的天然气水合物分解移动边界模型ｂｌ。
６
中国石油人学（华东）硕士学位论文
动力学研究是引入速率概念，考察水合物晶核形成和晶体生长过程。研究以微观动 力学为主，即有关水合物生成或抑制的分子过程及影响因素分析，这是微观反映水合物 结晶或溶解的动念过程。由于生成水合物需要高压、低温等条件，而水合物样品稀少且 很不稳定，致使定量模拟水合物生成或抑制条件实验的难度很大。早期Ｂａｂｅ（１９７２）、 Ｍａｌｅｎｋｏ（１９７２）、Ｍａｋｏｇａｎ（１９７４）、Ｂａｒｒｅｒ（１９６２）和Ｆａｌａｂｅｌｌａ（１９７５）曾探讨不同 气体的水合物在较高温度下的动力学过程，但受当时实验条件所限结果可靠性不是很 高。最近，Ｓｋｏｖｂｏｒｇ和Ｒａｓｍｕｓｓｅｎ使用实验室的气体消耗数据（数据来源于Ｂｉｓｈｎｏｉ） 提出了一种水合物生长动力学模型；而Ｈｏｌｄｅｒ和他的合作者则从微观角度研究了水合 物溶解特性，并得出了与“核沸腾现象”相似的结论。由于涉及微观过程，影响因素极 为复杂，观测难度较大，因而尚处于起步阶段【１４１。
目前天然气水合物的钻探导致水合物生成与分解的研究也是刚刚起步。水合物的生 成与分解的研究包括热力学研究和动力学研究两大分支。热力学研究从相平衡出发，建 立有关水合物生成的热力学模型，对其初始生成、分解条件的计算和预测，热力学性质 决定了水合物的稳定性。它的研究相对较为成熟，大多在Ｖａｎｄｅｒ Ｗａａｌｓ和Ｐｌｉａｔｔｅｅｕｗ［１０】 提出的ＶＤＷ—Ｐ模型的基础上改进得到的。目前的研究模型基本上都是通过对建立在 Ｌａｎｇｍｕｉｒ（１Ｉ】气体吸附理论基础上的Ｖａｎｄｅｒ Ｗａａｌｓ—Ｐｌｉａｔｔｅｅｕｗ模型（１９５９）中的假设条件 进行修订或简化而得到的。郭天民、陈光进等（１９９６）０２１则基于水合物生成动力学的机 理，采用统计热力学的方法提出了一个完全不同于Ｖａｎｄｅｒ Ｗａａｌｓ的模型，该模型具有 更广泛的适应性和更高的精确度。此外，国外许多学者通过实验提出了不同的机制模型， 比较著名的有：Ｅｎｇｌｅｚｏｓ等（１９８７）的天然气水合物形成模型和Ｊａｍａｌｕｄｄｉｎ等（１９８９）

40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
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36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯