第十七章 正常钻进水力参数计算模型
正常钻进水力参数计算模型综合评价了钻井、完井和修井操作中的流体水力参数。这个模型几乎涵盖了水力参数所有方面，包括压力降和流态、当量循环密度(ECD)、钻头喷嘴选择、井眼清洁效率和体积排量。各种潜在的问题和困惑的根源(是否平衡会被打破，是否井涌会发生，最优的钻头喷嘴组合是什么)可以被很容易的分析和界定。
17.1输入
17.1.1项目页面
正常钻进水力参数计算模型的项目输入页面与典型的DrillNET软件的项目页面很相似。
17.1.2轨迹数据页面
正常钻进水力参数计算模型的轨迹数据输入页面与典型的DrillNET软件的轨迹数据页面很相似。
17.1.3管柱数据页面
正常钻进水力参数计算模型的管柱数据输入页面与典型的DrillNET软件的管柱数据页面很相似。
17.1.4井身数据页面
正常钻进水力参数计算模型的井身数据输入页面与典型的DrillNET软件的井身数据页面很相似。
17.1.5地层数据页面
正常钻进水力参数计算模型的地层数据输入页面与典型的DrillNET软件的地层数据页面很相似。
17.1.6流体页面
1)流体参数。输入流体排量和泥浆密度用于水力参数的分析。
排量估算
系统提供一个功能帮助由基于泵速率的流体排量估算的流变性。如果体积流量是未知的，点击【排量估算】按键来泵的几何形状和泵冲数计算排量。在这个功能中，向白色背景单元格内填入数据。结果会自动计算得出，并显示在黄色单元格内。点击【应用】按键来输出结果返回到流体页面中。
2)我的流体。提供一个流体属性的数据库。我的流体可以被自定义来很容易访问您的公司或者顾客的钻井液属性。
3)流变参数。选择泥浆的流变模型，最好是当前使用流体。系统提供了四种流变模型。
1、牛顿。这些流体中的剪切应力与剪切速率成正比。牛顿流体的例子有水、空气、氮气、甘油和轻质油。用一个单独的参数，粘度来描述这类流体的属性。
大多数钻井液是非牛顿流体，他们的剪切应力与剪切速率不成正比。当他们在高的剪切速率下的粘度低于在低的剪切速率下的粘度时，流体剪切变稀。
2、宾汉塑性流体。对于钻井液来说这是最常见的流变模型。这些流体表现出线性的剪切应力/剪切速率比率，他们超过一个剪切应力的临界值。塑性粘度和屈服点这两个参数被用做这类流体的属性。因为这些常量是在指定的500到1000秒的剪切率中定义的，此类流体具有高的剪切速率范围的特性。
3、幂律。这个模型应用于剪切变稀或者假塑性钻井液中。当在对数坐标中绘制时，剪切应力与剪切速率之比是一条直行。N和K是两个常量，他们从任意两个速度的数据中确定。
4、赫歇尔-巴克利。这个模型与幂律模型相似，适用于剪切变稀或者假塑性钻井液中。他同样包含有一个临界的剪切应力值(屈服点)。所以赫歇尔-巴克利模型可以是一个宾汉塑性流体与幂律流体模型的组合。赫歇尔-巴克利是基于观测许多种典型的钻井流体表现出一个屈服应力和剪切稀释两种特性发展而来。
在高剪切速率下，所有这三个流体模型代表了一个典型的钻井液。模型之间最显著的差异是在低的剪切速率下。
所需要精确的流变参数依赖于被选择的流变模型。文本标签会自动更新成当前的模型。
粘度计读数
如果范式粘度计是可用的，他可用快速转换成流变常数。点击“粘度计读数”，并且选择从下拉列表框中选择粘度计的转速数值。从这些数据中您可以为牛顿、宾汉塑性、幂律或者赫歇尔-巴克利模型计算需要的参数。
17.1.7钻井页面
1)岩屑分析。井眼的清洁受到岩屑尺寸大小、岩屑产生速率和井眼井斜的影响。一些研究者已经提出了岩屑滑落的经验公式。对于井斜0到5度范围内的井眼，对于岩屑滑落速率模型包含了两个已被广泛接受的相关性(Moore和Chien)。此外，在DrillNET v2版本中，拉森模型同样被包含其中，他常用于井斜大于55度的范围内。对于井斜在5到55度之间范围内是对数据执行操作。钻井标签页面现在提供了Chien/Lasen或者Moore/Lasen岩屑下滑相关性选项来满足不同的模型。
2)地面设备类型。典型的地面设备的基本描述在流体进入井筒之前在管线中的压力降。从四种情况中选择一种标准设备操作数据。点击【设备规范】按键或者点击
图标来解释这四种常用的状况。
3)钻头喷嘴尺寸选择。最小排量被用来在最优化的排量下，被确定下来时，设置排量范围的下限值。基于实际的考虑来选择一个最低排量。泵的最大压力设置一个上限值，在分析中可以考虑排量的最大值。泵的最大马力、泵效率和流动指数定义了泵的性能。这些都用于计算泥浆泵设备可以的最大排量。
点击【流动指数估算】按键或者
图标来帮助给流体指数赋值。
选择哪个水利参数进行最优化---最大射流冲击力或者最大水功率。
在优化钻头喷射水力参数中，有两种常用的设计参数：(1)钻头水功率；(2)射流冲击力。一些现场操作者宁可选择钻头喷嘴的尺寸，以便使射流冲击力最大化，而不是钻头水功率。然而，这些准则都没有证明其在所有情况下是最好的，因为他们之间只有比较小的差异。如果水马力是最大的，那么射流冲击力将只有他最大值的90%(反之亦然)。
4)钻柱的运动。旋转速度对压力损失有较大的影响。对于一个偏心环空，通过选择“偏心管柱”选项，其水力学相关性是不同的。如果您想要考虑到工具接头在环空中的压力降的影响，那么选择“钻柱接头影响”。这个选项为管柱数据页面中钻柱的每一部份的工具接头外径/内径和钻柱接头百分比打开需要填写的纵列。钻具接头百分比如下图定义。
17.2输出
正常钻进的水力参数模型的输出结果包含下面四个标签项：
小结---显示关键的水力学参数的值。
图形/表格---一个典型的DrillNET软件多功能显示页面，可以单个或者多个图形的输出。
流体详细---在该表中的每一行代表规格一致的几何形状的一部分(管柱的恒定内径或者环空的恒定外径/内径)。对于每一部分的流速、压力损失和流型都是常量，他们显示在表格中。
水力计算图---以井深为刻度的水力学结果的多参数比较图形。
17.2.1水力参数图
图形/表格标签---允许用户选择一个或者多个与水力参数相关的图形来浏览。同样也提供一张详细的水力参数表格。
用户可以选择一副单独的图形(默认)来显示。列如，在下图的显示中，显示的是岩屑的运移比。
或者，用户可以选择多副图形，使用标准窗口的CTRL+点击功能。例子如下显示。
水力计算图标签项。系统提供了一个相同深度范围的多参数并排图列的比较。
水力计算图压力数据既可以使用压力也可以使用梯度来显示。
在选项---》模型选项中包含了一个新的选项。他允许在水力计算图中的压力数据输出时既可以作为压力值显示也可是梯度。
“在水力计算图中显示压力梯度”这个参数项在默认的情况下时没有被勾选的，如下图所示：
在水力计算图的输出结果图中显示压力数据如下所示：
在水力计算图的输出结果图中显示压力数据如下所示：
在水力计算图的输出结果图中显示压力数据如下所示：
如果所有的输入输出，显示和使用的测量单位可以通过选项---》单位选项来自定义。
17.3特殊功能
17.3.1工具条图标
当您选择了正常钻进循环模型时，系统提供了特殊的工具条图标。这些特殊的功能图标包括：
我的流体。为浏览和导入流体数据至数据表单中来打开我的流体数据库。
地面设备规范。在钻井页面中，打开一个窗口概括了一般地面设备类型数据。
排量估算。打开一个估算排量的窗口，他提供帮助来确定基于泵速的排量的一个值。
流动指数估算。打开流动指数估算功能来帮助计算一个用于喷嘴设计的流体指数。
敏感性分析。为分析改变个别参数值而其他参数保持恒定时的相对影响，来打开一个敏感性分析窗口。
17.3.2流动指数估算功能
在钻井输入页面中提供一个功能来帮助计算一个用于钻头喷嘴设计的流体指数。流动指数用来创建一个幂律类型曲线为寄生管压力损失和排量的近似数据(如系统压力损失不包括通过钻头的压力损失)。这个流动指数被用于钻头喷嘴的选择计算中。
使用泵压力数据
点击“流动指数估算..”按钮来打开这个功能。系统提供了两个方法来估算流动指数。如果被记录的泵压力数据在高泵速和低泵速是可以用到的，那么“使用泵压力数据”这个方法是可以使用的。下面会显示这个页面。输入所示的测量的泵的泵压数据。然后输入钻头喷嘴大小到右边的表格中。按下【计算】按钮来计算流动指数。为了输出结果到钻井页面中，点击【应用】按钮。
使用当前项目数据
当记录的高、低泵压无法获得时，可以使用第二方法“使用当前项目数据”。他使用当前的输入数据在一定排量范围内，来计算寄生管的压力损失(然而，这种方法仅在输入的数据已经准备好运行使用的情况下可用)。然后他执行一个幂律回归分析来找到最适合对数数据流动指数值。您选择的排量范围可能对流动指数估算的值有很明显的影响。这里没有一个通用规则来定义排量的范围。在输入窗口中，用户总是应该指定适合您选择的流变性模型的排量范围。
按【计算】按钮来计算流动指数。为了输出结果到钻井页面中，点击【应用】按钮。
17.3.3敏感性窗口
敏感性分析窗口是一个次级输出窗口，一般用于分析单独参数的改变而其他参数保持恒定的相关影响。 这种分析类型对于确定在一个特定的操作中哪个参数起到关键影响作用，以至于需要细心的监测他，需要更多的精确测量来确保设计的现场操作的成功。相反，其他参数可以发现没有什么影响，不需要严格的优化。这个窗口可以通过点击
按钮来访问。
在“计算设置”下面选择一个参数作为变量而其他参数保持恒定不变。为这个选择的参数输入最大、最小值的范围。基本情况下的常量被用于到其他参数，他们被分配的默认值也分配至在当前主输入页面中相对应的参数中。
为了分析敏感性，被考虑的参数在其定义的范围内变化，他在每一步中以很小的增量执行一次计算。
为了减少一起显示图形的数量，不要勾选“显示图形”下面的太多选项。在您做出了任何对选项的改变后，点击【计算】按钮来更新显示。
点击【打印】来选择一台打印机，来打印一个总汇所有显示的图形。
编辑敏感性图形
编辑图形可以很容易的通过在图形上右击鼠标来访问。除了单独打开一个包含图形的窗口外，您可以导出一副图形和其数据到Excel文件中为以后分析所使用。
《本章结束》