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钻井循环泵对泵量的需求及制约因素

发布时间:2020年03月28日 02:21   阅读:975   返回   来源:泽德

  钻井液的泵量是指用泥浆泵向井内连续泵注的钻井液(包括气体)的体积流量,其计量单位采用L/min(公升/分)或L/s(公升/秒)。钻进时须有足够的泵量才能将井底钻屑有效地冲携出地面,同时对发热的钻头进行有效冷却,这是钻井液泵量的两个最主要的功能。如果泵量过小,不足以把较大、较重的岩粒从环空中悬冲出来,则会减慢或停滞钻进速度甚至发生挤埋钻事故,电会因钻头冷却效果差而导致烧钻恶果。所以,提供足够的循环泵量对于钻进工程非常重要。

  另外,在使用井底动力机的特殊情况下还要保证泵量能够满足驱动能力的要求;在利用喷射钻头水力碎岩时需要足够的泵量提供强大的水马力。反循环取心取样和泥浆脉冲随钻测量也要求具备可靠的泵量:

  但是,泵量也不能过大。一则随泵量增加循环阻力增加(呈线性递增关系),泥浆泵的承压增高直至达到极限而憋泵,同时井壁承受较大的动压差而易遭破坏.井内流体也易漏、涌;二则泵量增加则环空流速增大(也呈线性递增关系).对井壁的冲刷破坏程度加大:三则泵量增加势必会增加泥浆泵的动力消耗,也会加大泵的磨损和运行噪音。此外,过大的泵量对井底钻压的控制、减少钻头冲蚀等也会带来不利影响。所以必须综合兼顾来设计泵量,对其大小进行合理控制。

  钻井液泵量直接决定了钻井液在井内各部位的流速。泵量Q与流速u的基本关系表现为Q=wA(A为过流面积)。任意时刻地面泵送的排量只有一个相对定值,但此时钻杆中、环空中、钻头等处所具有的流速却因为过流面积不同而具有不同的数值。泵量的设计需要详细剖析井内各处的流速情况。

  钻井工程大部分采用不含气相的不可压缩钻井液,这种情况下(且不考虑漏、涌)泵量在井内各处的体积流量理论上同值。但对于气体型呵压缩的钻井液情况就截然不同了,这时井内体积流量是随各处压力的不同而明显改变的。

  在确定钻进泵量时必须结合钻屑的K寸和密度、钻井液的流变性、所钻地层的稳定性、钻具和井眼规格尺寸,并联系考虑钻压、转速和钻进速度等多方面需求和制约因素来进行综合设计。因此,不同钻井条件下埘影响确定泵量的因素有各自的侧重点。如在大颗粒钻屑情况下应该以悬排能力来确定泵量;钻进坚硬强研磨岩层时要重点兼顾泵量大到能够有效冷却钻头;小井眼深井条件下更侧重限制泵量以防止憋压:破碎松散地层应以尽量小的泵量设计来减少对井壁的冲蚀。

  在众多影响泵量设计的因素中,悬排钻渣是最基本的需求因素。因此,在大部分情况下设计泵量时首先以能够可靠排除钻渣为目标来进行分析计算。更具体的又将这一思路分为两种计算方法来实现:第一种是按钻井液流速达到可以冲浮钻屑来计算泵量;第二种是按限制环空中钻屑百分含量不超标来计算泵量。两种计算方法所考虑问题的出发点有所区别,计算过程所依托的参数不尽相同,适应的环境条件也各异,叮根据实际情况选择或综合使用。

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