1、钻井液常规计算公式钻井液常用计算一、水力参数计算：(p196-199)1、地面管汇压耗：Psur=CMW(Q/100)1.86C1Psur-地面管汇压耗，Mpa（psi）；C-地面管汇的摩阻系数；MW-井内钻井液密度，g/cm3(ppg);Q-排量，l/s(gal/min);C1-与单位有关的系数，当采用法定法量单位时，C19.818；当采用英制单位时，C11；地面管汇类型与C值：管汇类型立管水龙带水龙头方钻杆C值长度m内径mm长度m内径mm长度m内径mm长度m内径mm112.276.213.750.81.250.812.257.21.0212.288.916.863.51.557.212.2
2、82.60.36313.7101.616.876.21.557.212.282.60.22413.7101.616.876.21.876.212.2101.60.152、确定钻具内的钻井液流态及计算压耗：1钻具内钻井液的平均流速：V1=C2Q/2.448d2V1-钻具内钻井液的平均流速，m/s(ft/s)；Q-排量，l/s(gal/min);d-钻具内径，mm(in)；C2-与单位有关的系数。当采用法定计量单位时，C23117采用英制单位时，C21。2钻具内钻井液的临界流速V1c=(1.08PV1.08(PV212.34d2YPMWC3)0.5)/MWdC4V1c -钻具内钻井液的临界流速，m
3、/s(ft/s)；PV-钻井液的塑性粘度，mPa.s(cps);d-钻具内径，mm(in)MW-钻井液密度，g/cm3(ppg);C3 、C4-与单位有关的系数。采用法定计量单位时，C30.006193，C41.078；采用英制单位时，C31、C41。3如果V1c，则流态为层流，钻具内的循环压耗为Pp=C5LYP/225dC6V1LPV/1500d24如果V1V1c，则流态为紊流，钻具内的循环压耗为Pp=0.0000765PV0.18MW0.82Q1.82LC7/d4.82Pp-钻具内的循环压耗，Mpa(psi);L-某一相同内径的钻具的长度，m(ft)；V1-钻具内钻井液的平均流速，m/s(
4、ft/s)；d-钻具内径，mm(in)MW-钻井液密度，g/cm3(ppg);Q-排量，l/s(gal/min);C3 、C6-与单位有关的系数。采用法定计量单位时，C50.2750，C647.86；当采用英制单位时，C51、C61。C7 -与单位有关的系数。采用法定计量单位时，C71.162108；当采用英制单位时，C71。3、环空的钻井液流态确定及压耗计算1环空内钻井液的平均流速Va = QC2/ (Dh 2-Dp2)2.448Va-环空内钻井液的平均流速m/s(ft/s)；Q-排量，l/s(gal/min);Dh -井眼直径或套管内径，mm(in)Dp -钻具外径，mm(in)C2 -与
5、单位有关的系数。采用法定计量单位时，C23117；当采用英制单位时，C21。环空内钻井液的临界流速Vac =(1.08PV+1.08(PV2+9.26(Dh- Dp )2YPMWC3)0.5)/MW(Dh- Dp )C4Vac-环空内钻井液的临界流速m/s(ft/s)；YP钻井液的屈服值，Pa(lbs/100ft2)；PV-钻井液塑性粘度mPa.s(cps)；MW-钻井液密度，g/cm3(ppg);Dh -井眼直径或套管内径，mm(in)Dp -钻具外径，mm(in)C3 、C4-与单位有关的系数。采用法定计量单位时，C30.006193，C41.078；采用英制单位时，C31、C41。如果V
6、aVac，则环空流态为层流，环空压耗为Pa= C3LYP/200(Dh- Dp)+ C6VaLC7/1000(Dh- Dp )2如果VaVac，则环空流态为紊流，环空压耗为Pa=0.0000765PV0.18MW0.82Q1.82LC7/(Dh- Dp )3(Dh Dp )1。82Pa-循环压耗，Mpa(psi);L-某一相同外径和井眼直径段的长度，m(ft)；YP钻井液的屈服值，Pa(lbs/100ft2)；PV-钻井液塑性粘度mPa.s(cps)；Va-环空内钻井液的平均流速m/s(ft/s)；Dh -井眼直径或套管内径，mm(in)Dp -钻具外径，mm(in)MW-钻井液密度，g/cm
7、3(ppg);Q-排量，l/s(gal/min);C5 、C6-与单位有关的系数。采用法定计量单位时，C50.2750，C647.86；当采用英制单位时，C51、C61。C7 -与单位有关的系数。采用法定计量单位时，C71.162108；当采用英制单位时，C71。4、根据前面求出的地面压耗和钻具内外各段的循环压耗，便可求出总的循环压耗：Pt= PsurPcPp PcaPpaPa-总的循环压耗，Mpa(psi);Psur-地面管汇压耗，Mpa(psi);Pc-钻铤段的内压耗，Mpa(psi);Pp-钻杆段的内压耗，Mpa(psi);Pca-钻铤段的环空压耗，Mpa(psi);Ppa-钻杆段的环空
8、压耗，Mpa(psi);计Pt算出后，可以判断钻头的水力工作方式：当Pt0.357 Pca,是最大水力工作方式，相等为最优；当Pt0.526Pca,是最大冲击工作方式，相等为最优；二、钻井液流变参数计算：（P206-212）1、在钻具内部，剪切速率中等，以宾汉模式和修正幂率模式为主。流性指数：np=3.32log600/300稠度系数：Kp5.11600/1022np塑性粘度：PV600-300屈服值：YP(300-PV) C20有效视粘度：cp =100Kp(96V1/d)np-1C21np-钻具内钻井液流变指数 无因次；Kp-钻具内钻井液稠度系数，Pa.sn(lb.sn/100ft2);Y
9、P钻井液的屈服值，Pa(lbs/100ft2)；PV-钻井液塑性粘度mPa.s(cps)；cp钻具内的有效视粘度，mPa.s(cps)600-钻井液600转分的读数；300-钻井液300转分的读数；V1-钻具内钻井液的平均流速，m/s(ft/s);d-钻具内径，mm(in);C20 -与单位有关的系数。当采用法定计量单位时，C200.4788；当采用英制单位时，C201。C21 -与单位有关的系数。采用法定计量单位时，C210.0250683.333np；当采用英制单位时，C211。2、在环空流速区，剪切速率较低，应用修正幂率模式较吻合实际。环空流性指数：na=0.5log300/3环空稠度系
10、数：Ka5.11600/511na有效视粘度：ca =100Kp(96V1/d)np-1C21na钻具内部的流性指数，无因次；Ka钻具内的稠度系数，Pa.sn(lb.sn/100ft2);ca钻具内的有效视粘度，mPa.s(cps)300旋转粘度计在转速为300转分的读数；3旋转粘度计在转速为3转分的读数(又叫钻井液的初切力)；Va钻井液在环空中的流速; m/s(ft/s);Dh-井眼直径，mm(in);Dp-钻具外径，mm(in);C22 -与单位有关的系数。采用法定计量单位时，C210.0250683.333na；当采用英制单位於时，C221。在环空流域，n值越低，层流的流型越好。n0.6
11、时，钻井液的携岩能力较强，有利于净化井眼。3、在钻头水眼处，剪切速率越高，卡森模式与实际的流变曲线很接近。极限高剪切粘度：0.52.4141（6000。53000。5）极限高剪切粘度，与钻头的水眼粘度十分接近，mPa.s(cps)；600旋转粘度计在转速为600转分的读数；300旋转粘度计在转速为300转分的读数；如果钻井液的剪切稀释特性良好，则钻头的水眼粘度或极限剪切粘度低，而钻井液上返至环空时粘度变高。也可用这处的视粘度比值来表示钻井液的剪切稀释特性。三、钻井液流态的判别：1、用雷诺数判别流态（1）钻具内的雷诺数：Rep=928V1dpMWC23/cp(3np+1)/4np)npRep钻具
12、内的雷诺数，无因次；V1钻具内液流的流速; m/s(ft/s);dp-钻具内径，mm(in);MW-钻井液密度，g/cm3(ppg);cp钻具内的有效视粘度，mPa.s(cps)np钻具内的流性指数，无因次；C23 -与单位有关的系数。采用法定计量单位时，C231.0779；当采用英制单位时，C231。（2）环空的雷诺数Rea=928Va(DhDp)MWC23/ca(2na+1)/3na)naVa环空的液流的流速; m/s(ft/s);Dh-井眼直径，mm(in);Dp-钻具外径，mm(in);MW-钻井液密度，g/cm3(ppg);ca环空的有效视粘度，mPa.s(cps)na环空的流性指数
13、，无因次；C23 -与单位有关的系数。采用法定计量单位时，C231.0779；当采用英制单位时，C231。（3）环空流态的判别层流Rec34701370na过渡流 34701370na Rec42701370na紊流Rec42701370naRec环空临界雷诺数，无因次；na环空的流性指数，无因次；2、用环空流态稳定参数Z值判别环空流态Z808（VaVc）2naZ环空流态稳定参数，无因次；na环空的流性指数，无因次；Va环空流速; m/s(ft/s);Va环空临界流速; m/s(ft/s);若Z808，环空流态为紊流；若Z808，环空流态为层流；Z值只适用于判断环空的流态，对钻具内的流态不能用
14、它来判断。另外，Z值更重要的意义在于它能反映钻井液对井壁的冲涮作用。四、钻井液的携岩能力1、层流条件下岩屑的运移（1）临界剪切速率Vb186C25dcMW0.5Vb临界剪切速率;1/s;Dc-岩屑的直径，mm(in);MW-钻井液密度，g/cm3(ppg);C25 -与单位有关的系数。采用法定计量单位时，C250.1137；当采用英制单位时，C251。（2）岩屑的剪切应力p7.9C26(T(20.8-C27MW)0.5p岩屑的剪切应力; Pa(lbs/100ft2);T-岩屑的厚度，mm(in);MW-钻井液密度，g/cm3(ppg);C26 -与单位有关的系数。采用法定计量单位时，C260.
15、095；当采用英制单位时，C251。C27-与钻井液密度单位有关的系数。采用法定计量单位时，C278.3454；当采用英制单位时，C271。（3）岩屑的剪切速率Vp(C28pKa)1/naVp岩屑的剪切速率，1/s;p岩屑的剪切应力; Pa(lb/100ft2);na环空的流性指数，无因次；Ka环空稠度系数，Pa.sn(lb.sn/100ft2);C28 -与单位有关的系数。采用法定计量单位时，C282.089；当采用英制单位时，C281。（4）岩屑的下没速度若VpVb则岩屑的下沉速度为Vs0.0203C29p(Vpdc/MW0.5)0.5式中Vs-岩屑的下沉速度, m/s(ft/s);p岩屑
16、的剪切应力; Pa(lb/100ft2);Vp岩屑的剪切速率，1/s;dc-岩屑的直径，mm(in);MW-钻井液密度，g/cm3(ppg);C29 -与单位有关的系数。采用法定计量单位时，C290.074316；当采用英制单位时，C291。2、紊流条件下岩屑的运移（1）岩屑的剪切应力p7.9C26(T(20.8-C27MW)0.5式中p岩屑的剪切应力; Pa(lbs/100ft2);T-岩屑的厚度，mm(in);MW-钻井液密度，g/cm3(ppg);C26 -与单位有关的系数。采用法定计量单位时，C260.095；当采用英制单位时，C251。C27-与钻井液密度单位有关的系数。采用法定计量
17、单位时，C278.3454；当采用英制单位时，C271。（2）岩屑的下涫速度Vs0.277p/MW0.5C30式中Vb-岩屑的下沉速度, m/s(ft/s);p岩屑的剪切应力; Pa(lb/100ft2);Vp岩屑的剪切速率，1/s;MW-钻井液密度，g/cm3(ppg);C30 -与单位有关的系数。采用法定计量单位时，C300.22036；当采用英制单位时，C301。3、岩屑的运移效率(1) 岩屑的运动速度Vt=Va-Vm （445）式中：Vt-岩屑运移速度，m/s (ft/s); Va-钻井液的环空返速，m/s (ft/s) Vm-岩屑的下沉速度，m/s (ft/s)。（2）岩屑的运移效率
18、Et = Vt/Vm100%= (1-Vm/Va)100% (4-46) 式中：Et岩屑的运移效率，又叫钻井液的携岩能力或井眼净化能力，；Vt岩屑运移速度，m/s (ft/s);Vs岩屑的下沉速度, m/s (ft/s);Va钻井液的环空返速，m/s (ft/s)。五、岩屑浓度与有效钻井液密度1、钻井液中岩屑的浓度Ca = ROPDh2/14.71EtQC2100Ca岩屑浓度（体积百分比），；ROP机械钻速，m/h (ft/h);Dh井眼直径，mm (im);Et岩屑的运移效率，Q排量，l/s (gal/min);C2与单位有关的系数。当采用法定计量单位时，C23117；当采用英制单位时，C2
19、1。2、井眼中的有效钻井液密度井内的钻井液，由于混入了钻头切削出来的岩屑，因而其实际密度与地面所测量出来的密度是不相等的。根据岩屑的密度和浓度,便可计算出井内的有效钻井液密度：MWc=GcCa/100+MW1- Ca/100式中：MWc井眼的有效钻井液密度（即包括了岩屑等固相物质后的钻井液密度）,g/cm3(ppg); Gc岩屑的密度，g/cm3或ppg（一般为2627 g/cm3或217225 ppg）; Ca岩屑的浓度（体积百分比），； MW钻井液密度，g/cm3(ppg)。六、配置及固相分析1.钻井液配制与加重的计算配制低密度钻井液所需粘土量 V泥土（泥-土）W土= 土-水式中:W土 -
20、所需粘土重量,吨(t);土-粘土密度,克/厘米3(g/cm3);水-水的密度,克/厘米3(g/cm3)泥-欲配制的钻井液的密度,克/厘米3(g/cm3)V泥 -欲配制的钻井液的体积,米3(m3).配制低密度钻井液所需水量 W土V水=V泥 - 土式中:V水-所需水量,米3(m3).V泥-欲配制的钻井液的体积,米3(m3).W土-所需粘土重量,吨(t);土-所用粘土密度,克/厘米3(g/cm3);配制加重钻井液的计算对现有体积的钻井液加重所需加重剂的重量 V原加（重-原）W加= 加-重式中:W加 -所需加重剂重量,吨(t);原-原有钻井液的密度,克/厘米3(g/cm3);重-钻井液欲加重的密度,克
21、/厘米3(g/cm3)加-加重剂的密度,克/厘米3(g/cm3)V原 -原有钻井液的体积,米3(m3).配制预定体积的加重钻井液所需加重剂的重量 V重加（重-原）W加= 加-重式中:W加 -所需加重剂重量,吨(t);原-原有钻井液的密度,克/厘米3(g/cm3);重-钻井液欲加重的密度,克/厘米3(g/cm3)加-加重剂的密度,克/厘米3(g/cm3)V重 -加重后钻井液的体积,米3(m3).用重晶石加重钻井液时体积增量 100（2-1）V= 4.2-2式中:V -每100m3原有钻井液加重后体积增加量,米3(m3).1-加重前钻井液的密度,克/厘米3(g/cm3)2-加重后钻井液达到的密度,
22、克/厘米3(g/cm3)4.2-一般重晶石的密度,克/厘米3(g/cm3)降低钻井液密度所需加水量 V重（原-稀）V水= 稀-水式中:V水 -所需加水的体积,米3(m3);原-原有钻井液的密度,克/厘米3(g/cm3);水-水的密度,克/厘米3(g/cm3)稀-加水后钻井液的密度,克/厘米3(g/cm3)V原 -原有钻井液的体积,米3(m3).2.两种不同密度钻井液混合后的密度 V11 +V22= V1 +V2式中: -混合后钻井液的密度,克/厘米3(g/cm3)/(ppg)1-混合前第一种钻井液的密度,克/厘米3(g/cm3)/(ppg)2-混合前第二种钻井液的密度,克/厘米3(g/cm3)
23、/(ppg)V1 -混合前第一种钻井液的体积,米3(m3) /（bbl）.V2 -混合前第二种钻井液的体积,米3(m3)/（bbl）.3.固相分析计算钻井液低密度固相体积百分比 (Vw)( f)+( Vss)( b)+( Vo)( o)-100(m)V1g= (b-1g)式中:Vw -对溶解的盐校正过的含水体积百分比, %.f-对溶解的盐校正过的的密度,克/厘米3(g/cm3)V1g-低密度固相的体积百分比, %.Vss-悬浮固相的体积百分比, %.b-所用加重材料的密度,克/厘米3(g/cm3)Vo -油的体积百分比, %.o-油的密度,克/厘米3(g/cm3);m-钻井液的密度,克/厘米3
24、(g/cm3)1g-低密度固相的密度,克/厘米3(g/cm3),(2.22.9,平均2.6)钻井液高密度固相体积百分比 100(m) -(Vw)( f)+( Vss)( 1g)+( Vo)( o)Vb= (b-1g)式中:Vb-加重材料的体积百分比, %.其余各项符号的说明同上一个公式一样.搬土含量的校正 7.69MBTC2CEC平均= V1g V1g(CEC平均-CEC钻屑)V搬土= CEC搬土-CEC钻屑V钻屑=V1g-V搬土式中：CEC平均-钻井液中全部低密度固相的平均阳离子交换容量，毫克当量/100克；V搬土-钻井液中校正后搬土的体积百分比， %；V1g -钻井液中低密度固相体积百分比
25、， %；V钻屑-钻井液中钻屑体积百分比， %；MBT-钻井液亚甲基蓝试验测定的当量搬土含量， C2 -与MBT采用单位有关的系数。当采用法定计量单位时，C2=0.3505,当采用英制单位时,C2=1。CEC钻屑-钻屑的阳离子交换容量，毫克当量/100克；CEC搬土-般土的阳离子交换容量，毫克当量/100克(若未知,一般可为60)。加重后钻井液的最佳固相体积百分比（经验公式）V固=（MW*C3-6）*3.2式中：V固-加重钻井液固相体积百分比的最佳值， %MW-钻井液的密度，克/厘米3（磅/加仑）；C3 -与MW采用单位有关的系数，当采用法定计量单位时，C3=8.3454；当采用英制单位时,C3
26、=1。高密度钻井液的固相体积百分比近似值：V固MW*2*C3 式中：V固-高密度钻井液的固相体积百分比近似值， %MW-高密度钻井液的密度，克/厘米3（磅/加仑）；C3 -与MW采用单位有关的系数，当采用法定计量单位时，C3=8.3454；当采用英制单位时,C3=1。钻井液中钻屑浓度近似值 LGS-MBTD屑= 0.85式中:D屑 -钻井液中钻屑的浓度近似值, 千克/米3(磅/桶)LGS-低密度固相浓度,千克/米3(磅/桶)MBT-亚甲基蓝试验测定的当量搬土含量,千克/米3(磅/桶)由低密度固相体积百分比计算低密度固相浓度LGS=V1gs*9.1*C4式中:LGS-低密度固相浓度,千克/米3(磅/桶)V1gs-低密度固相体积百分比, %;C4 -与LGS采用单位有关的系数.当采用法定计量单位时,C4=2.853;当采用括号内的英制单位时,C4=1。低密度固相体积百分含量的最佳值可由下式进行估算： 0.61*Cl*C5VLDS
