注水泥流变学设计原理与方法.ppt
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注水泥流变学设计原理与方法 流变学与固井的关系l l注水泥时井口压力是否会过大；注水泥时井口压力是否会过大；l l排量应控制到多大才能保证井下不漏；排量应控制到多大才能保证井下不漏；l l排量应控制到多大才能保证井下不窜；排量应控制到多大才能保证井下不窜；l l哪种情况下使用大排量或是小排量顶替哪种情况下使用大排量或是小排量顶替才能提高顶替效率；才能提高顶替效率；关键：关键：l l确定流体流动时的流动状态确定流体流动时的流动状态l l确定流体流动时的流动阻力确定流体流动时的流动阻力 主要内容1.1.流体的特点与类型流体的特点与类型—基本概念基本概念2.2.流变测量流变测量3.3.流变模式与流变参数计算流变模式与流变参数计算4.4.在管内或环空的流动规律在管内或环空的流动规律5.5.流动计算方法与步骤流动计算方法与步骤6.6.在固井中影响流变计算的因素在固井中影响流变计算的因素 1、基本概念l l流体流动的特点流体流动的特点VxV特点：流动时分层流动、各层的速度不一样特点：流动时分层流动、各层的速度不一样特点：流动时分层流动、各层的速度不一样特点：流动时分层流动、各层的速度不一样原因：流体内部存在内摩擦力原因：流体内部存在内摩擦力原因：流体内部存在内摩擦力原因：流体内部存在内摩擦力 1、基本概念l l流体流动的特点流体流动的特点 1、基本概念l l流体流动的基本概念：流体流动的基本概念：剪切速率剪切速率VxVV xdV dx速度梯度或剪切速率速度梯度或剪切速率速度梯度或剪切速率速度梯度或剪切速率定义：垂直流速方向上的单位距离流速的变化量。
定义：垂直流速方向上的单位距离流速的变化量定义：垂直流速方向上的单位距离流速的变化量定义：垂直流速方向上的单位距离流速的变化量单位：单位：单位：单位：S S-1-1如果：各位置剪切如果：各位置剪切如果：各位置剪切如果：各位置剪切速率相同，则出现速率相同，则出现速率相同，则出现速率相同，则出现情况情况情况情况………… 1、基本概念l l流体流动的基本概念：流体流动的基本概念：剪切速率剪切速率剪切速率分布情况：剪切速率分布情况：剪切速率分布情况：剪切速率分布情况：• •沉砂池：沉砂池：沉砂池：沉砂池：1010～～～～20 S20 S-1-1• •钻杆环空：钻杆环空：钻杆环空：钻杆环空：60 60 ～～～～100 S100 S-1-1• •钻铤环空：钻铤环空：钻铤环空：钻铤环空：160 160 ～～～～300 S300 S-1-1• •钻杆内：钻杆内：钻杆内：钻杆内：250 250 ～～～～500 S500 S-1-1• •钻铤内：钻铤内：钻铤内：钻铤内：700-1400 S700-1400 S-1-1• •常规套管环空：常规套管环空：常规套管环空：常规套管环空：160 160 ～～～～500 S500 S-1-1• •小间隙套管环空：小间隙套管环空：小间隙套管环空：小间隙套管环空：500 500 ～～～～1200 S1200 S-1-1 1、基本概念l l流体流动的基本概念：流体流动的基本概念：剪切应力剪切应力FVF F：反映流体内摩擦力的大小：反映流体内摩擦力的大小：反映流体内摩擦力的大小：反映流体内摩擦力的大小 V VV VF F ∝∝∝∝S—— F= S—— F= × ×S——S——X XX X 称为粘度或粘滞系数称为粘度或粘滞系数称为粘度或粘滞系数称为粘度或粘滞系数定义：单位面积上内摩擦力的大小即为剪切应力；记为：定义：单位面积上内摩擦力的大小即为剪切应力；记为：定义：单位面积上内摩擦力的大小即为剪切应力；记为：定义：单位面积上内摩擦力的大小即为剪切应力；记为： 单位：单位：单位：单位：1010达因达因达因达因/ /厘米厘米厘米厘米2 2 =1=1帕（帕（帕（帕（ Pa Pa ））））=1000(mPa)=1000(mPa) 1、基本概念l l流体流动的基本概念：流体流动的基本概念：流变曲线流变曲线剪切应力剪切速率 1、基本概念l l流体流动的基本概念：流体流动的基本概念：视视粘度粘度V V F/S V V F/S F F ∝∝∝∝S—— F= S—— F= × ×S—— S—— =———=——=———=——X XX X V/X V/X 定义：单位剪切速率（速度梯度）下的剪切应力；定义：单位剪切速率（速度梯度）下的剪切应力；定义：单位剪切速率（速度梯度）下的剪切应力；定义：单位剪切速率（速度梯度）下的剪切应力；单位：单位：单位：单位：1010达因达因达因达因. .秒秒秒秒/ /厘米厘米厘米厘米2 2=1=1帕秒（帕秒（帕秒（帕秒（ ））））=1000=1000（）（）（）（）粘度是流体本身固有的特性，对于水、汽油等流体，粘度是流体本身固有的特性，对于水、汽油等流体，粘度是流体本身固有的特性，对于水、汽油等流体，粘度是流体本身固有的特性，对于水、汽油等流体，其粘度是不随流速、流道以及速度梯度变化的。
其粘度是不随流速、流道以及速度梯度变化的其粘度是不随流速、流道以及速度梯度变化的其粘度是不随流速、流道以及速度梯度变化的这一规律称为：这一规律称为：这一规律称为：这一规律称为：牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律 1、基本概念l l流体流动的基本概念：流体流动的基本概念：流体分类流体分类–牛顿流体：牛顿流体：牛顿流体：牛顿流体：特点：满足牛顿内摩擦定律特点：满足牛顿内摩擦定律特点：满足牛顿内摩擦定律特点：满足牛顿内摩擦定律 =剪切速率剪切应力 1、基本概念l l流体流动的基本概念：流体流动的基本概念：流体分类流体分类–非牛顿流体：非牛顿流体：非牛顿流体：非牛顿流体：特点：不满足牛顿内摩擦定律，视粘度与速特点：不满足牛顿内摩擦定律，视粘度与速特点：不满足牛顿内摩擦定律，视粘度与速特点：不满足牛顿内摩擦定律，视粘度与速梯、时间有关系梯、时间有关系梯、时间有关系梯、时间有关系剪切应力剪切速率 1、基本概念l l流体流动的基本概念：流体流动的基本概念：流体分类流体分类按流变性分按流变性分：：–粘弹性流体粘弹性流体粘弹性流体粘弹性流体–纯粘性流体纯粘性流体纯粘性流体纯粘性流体• •与时间有关与时间有关与时间有关与时间有关– –触变性流体触变性流体触变性流体触变性流体– –负触变性流体负触变性流体负触变性流体负触变性流体• •与时间无关与时间无关与时间无关与时间无关– –有屈服应力：塑性流体、屈服有屈服应力：塑性流体、屈服有屈服应力：塑性流体、屈服有屈服应力：塑性流体、屈服——假塑性流体假塑性流体假塑性流体假塑性流体– –无屈服应力：牛顿流体、假塑性流体、膨涨性流体无屈服应力：牛顿流体、假塑性流体、膨涨性流体无屈服应力：牛顿流体、假塑性流体、膨涨性流体无屈服应力：牛顿流体、假塑性流体、膨涨性流体 泥浆、水泥浆、隔离液：泥浆、水泥浆、隔离液：屈服屈服—假塑性假塑性假塑性假塑性塑性塑性 1、基本概念l l非牛顿流体的流变性能非牛顿流体的流变性能–粘度（视粘度）粘度（视粘度）粘度（视粘度）粘度（视粘度）–静切应力静切应力静切应力静切应力–动切应力动切应力动切应力动切应力–触变性触变性触变性触变性–剪切稀释性剪切稀释性剪切稀释性剪切稀释性 2、流变测量l l测量目的测量目的–了解流体剪切应力随剪切速率变化的规律了解流体剪切应力随剪切速率变化的规律了解流体剪切应力随剪切速率变化的规律了解流体剪切应力随剪切速率变化的规律–测量：剪切速率、剪切应力测量：剪切速率、剪切应力测量：剪切速率、剪切应力测量：剪切速率、剪切应力l l测量仪器测量仪器–粘度计粘度计粘度计粘度计• •旋转粘度计：同轴、锥板旋转粘度计：同轴、锥板旋转粘度计：同轴、锥板旋转粘度计：同轴、锥板…………• •毛细管粘度计毛细管粘度计毛细管粘度计毛细管粘度计 泥浆、水泥浆用：泥浆、水泥浆用：泥浆、水泥浆用：泥浆、水泥浆用：六速、十二速旋转粘度计六速、十二速旋转粘度计六速、十二速旋转粘度计六速、十二速旋转粘度计 2、流变测量l l同轴旋转粘度计测量原理同轴旋转粘度计测量原理–结构：结构：结构：结构：RrVM 2、流变测量l l同轴旋转粘度计测量原理同轴旋转粘度计测量原理–原理：原理：原理：原理：1 1、测量内筒的扭矩、测量内筒的扭矩、测量内筒的扭矩、测量内筒的扭矩MM2 2、计算内筒处的剪切应力、计算内筒处的剪切应力、计算内筒处的剪切应力、计算内筒处的剪切应力3 3、计算内筒处的剪切速率、计算内筒处的剪切速率、计算内筒处的剪切速率、计算内筒处的剪切速率RrV 2、流变测量l l同轴旋转粘度计测量原理同轴旋转粘度计测量原理–原理：原理：原理：原理：–C=.511 (Pa)C=.511 (Pa)转速转速转速转速6006003003002002001001006 63 3剪切剪切剪切剪切速率速率速率速率10221022511511340.6340.6170.3170.310.2210.225.115.11切力切力切力切力 C C C C C C C C C C C C 2、流变测量l l流变曲线绘制流变曲线绘制剪切应力剪切速率 3、流变模式与流变参数计算l l流体流变模式流体流变模式–概念概念概念概念• •用于描述流体内部剪切应力与剪切速率的数学用于描述流体内部剪切应力与剪切速率的数学用于描述流体内部剪切应力与剪切速率的数学用于描述流体内部剪切应力与剪切速率的数学方程方程方程方程• •流变模式是流体内部流变规律的近似反映流变模式是流体内部流变规律的近似反映流变模式是流体内部流变规律的近似反映流变模式是流体内部流变规律的近似反映–类型类型类型类型• •两参数模式：幂律、宾汉、两参数模式：幂律、宾汉、两参数模式：幂律、宾汉、两参数模式：幂律、宾汉、 卡森卡森卡森卡森• •三参数模式：赫巴、罗斯三参数模式：赫巴、罗斯三参数模式：赫巴、罗斯三参数模式：赫巴、罗斯• •多参数模式：多参数模式：多参数模式：多参数模式：………… 3、流变模式与流变参数计算l l赫－巴模式：赫－巴模式：赫－巴模式：赫－巴模式： l l罗－斯模式：罗－斯模式：罗－斯模式：罗－斯模式： l l卡森模式：卡森模式：卡森模式：卡森模式：l l多项式模式：多项式模式：多项式模式：多项式模式： l l幂律模式：幂律模式：幂律模式：幂律模式： l l宾汉模式：宾汉模式：宾汉模式：宾汉模式： 3、流变模式与流变参数计算流变模式流变模式流变模式流变模式赫巴模式赫巴模式赫巴模式赫巴模式罗斯模式罗斯模式罗斯模式罗斯模式卡森模式卡森模式卡森模式卡森模式多项式多项式多项式多项式模式模式模式模式幂律模式幂律模式幂律模式幂律模式宾汉模式宾汉模式宾汉模式宾汉模式4040组水泥浆组水泥浆组水泥浆组水泥浆(API(API法配法配法配法配) )4.9834.9837.5097.50911.9411.946.9916.99113.0313.0323.1623.163232组水泥浆组水泥浆组水泥浆组水泥浆( (手搅法配手搅法配手搅法配手搅法配) )4.3114.31110.0810.0822.0422.045.3375.3378.3338.33343.5743.576 6种泥浆种泥浆种泥浆种泥浆1.4911.4912.5142.5142.2192.219----------5.6095.6093.1013.101 3、流变模式与流变参数计算流变模式流变模式流变模式流变模式赫巴模式赫巴模式赫巴模式赫巴模式罗斯模式罗斯模式罗斯模式罗斯模式卡森模式卡森模式卡森模式卡森模式幂律模式幂律模式幂律模式幂律模式宾汉模式宾汉模式宾汉模式宾汉模式1010组密度组密度组密度组密度1.162CaCl21.162CaCl2重晶石重晶石重晶石重晶石泥浆泥浆泥浆泥浆3.2383.2383.6583.6583.1663.1666.4756.4752.9142.9141010组密度组密度组密度组密度1.50 1.50 CaCl2CaCl2重晶石泥浆重晶石泥浆重晶石泥浆重晶石泥浆1.7851.7851.6331.6334.1274.1278.0018.0011.4811.481 3、流变模式与流变参数计算l l泥浆、水泥浆流变模式的选择泥浆、水泥浆流变模式的选择–流变曲线观察法流变曲线观察法流变曲线观察法流变曲线观察法–F F 比值法比值法比值法比值法–误差统计分析法误差统计分析法误差统计分析法误差统计分析法• •计算各转速的计算剪切应力与实测值的误差计算各转速的计算剪切应力与实测值的误差计算各转速的计算剪切应力与实测值的误差计算各转速的计算剪切应力与实测值的误差 3、流变模式与流变参数计算l l泥浆、水泥浆流变参数的计算泥浆、水泥浆流变参数的计算–流变参数的含义流变参数的含义流变参数的含义流变参数的含义• •反映流体流动规律的特征参数，流体一定后在反映流体流动规律的特征参数，流体一定后在反映流体流动规律的特征参数，流体一定后在反映流体流动规律的特征参数，流体一定后在流变模式中是不变的。
流变模式中是不变的流变模式中是不变的流变模式中是不变的–宾汉模式宾汉模式宾汉模式宾汉模式• •动切力、塑性粘度动切力、塑性粘度动切力、塑性粘度动切力、塑性粘度–幂律模式幂律模式幂律模式幂律模式• •流性指数、稠度系数流性指数、稠度系数流性指数、稠度系数流性指数、稠度系数–赫巴模式赫巴模式赫巴模式赫巴模式• •静切力、流性指数、稠度系数静切力、流性指数、稠度系数静切力、流性指数、稠度系数静切力、流性指数、稠度系数 3、流变模式与流变参数计算l l泥浆、水泥浆流变参数的计算泥浆、水泥浆流变参数的计算–流变参数计算原理流变参数计算原理流变参数计算原理流变参数计算原理•使用以测量的已知速率下的剪切应力反使用以测量的已知速率下的剪切应力反使用以测量的已知速率下的剪切应力反使用以测量的已知速率下的剪切应力反推推推推•方法：方法：方法：方法：– –回归方法：使用全部粘度计测量数据回归方法：使用全部粘度计测量数据回归方法：使用全部粘度计测量数据回归方法：使用全部粘度计测量数据– –解析法：使用两个速率下的粘度计测量数据解析法：使用两个速率下的粘度计测量数据解析法：使用两个速率下的粘度计测量数据解析法：使用两个速率下的粘度计测量数据 3、流变模式与流变参数计算l l泥浆、水泥浆流变参数的计算泥浆、水泥浆流变参数的计算–影响因素：影响因素：•计算速率的选择计算速率的选择计算速率的选择计算速率的选择– –泥浆：泥浆：泥浆：泥浆：600600、、、、300300转转转转– –水泥浆：水泥浆：水泥浆：水泥浆：300300、、、、100100转转转转– –为何泥浆与水泥浆不用相同的转速？为何泥浆与水泥浆不用相同的转速？为何泥浆与水泥浆不用相同的转速？为何泥浆与水泥浆不用相同的转速？•温度压力的影响温度压力的影响温度压力的影响温度压力的影响•环空间隙的影响环空间隙的影响环空间隙的影响环空间隙的影响 3、流变模式与流变参数计算l l泥浆、水泥浆流变参数的计算泥浆、水泥浆流变参数的计算泥浆泥浆泥浆泥浆水泥浆水泥浆水泥浆水泥浆 4、泥浆、水泥浆在井眼的流动规律l l4.1 泥浆、水泥浆的流动状态泥浆、水泥浆的流动状态静止静止静止静止塞流塞流塞流塞流层流层流层流层流层流层流层流层流紊流紊流紊流紊流低速低速低速低速中速中速中速中速高速高速高速高速 4、泥浆、水泥浆在井眼的流动规律l l4.2 流态对顶替与流动的影响流态对顶替与流动的影响–有利于顶替的流态：有利于顶替的流态：有利于顶替的流态：有利于顶替的流态：• •塞流塞流塞流塞流• •紊流紊流紊流紊流• •平板层流平板层流平板层流平板层流–流态与流动的关系流态与流动的关系流态与流动的关系流态与流动的关系• •与流速有关与流速有关与流速有关与流速有关• •与流体流变性能有关与流体流变性能有关与流体流变性能有关与流体流变性能有关• •与流道有关与流道有关与流道有关与流道有关 4、泥浆、水泥浆在井眼的流动规律l l4.3 流态判别方法流态判别方法–雷诺数的概念雷诺数的概念雷诺数的概念雷诺数的概念流体流动中流动能与粘滞力的比值流体流动中流动能与粘滞力的比值流体流动中流动能与粘滞力的比值流体流动中流动能与粘滞力的比值–流核概念流核概念流核概念流核概念–流态判别方法流态判别方法流态判别方法流态判别方法• •塞流：塞流：塞流：塞流：核隙比核隙比核隙比核隙比 0 0>0.8 >0.8 或或或或 Re<100 Re<100• •紊流：紊流：紊流：紊流：Re>RecRe>Rec• •层流：界于之间层流：界于之间层流：界于之间层流：界于之间 4、泥浆、水泥浆在井眼的流动规律l l4.4 流态判别方法流态判别方法–临界雷诺数临界雷诺数临界雷诺数临界雷诺数• •宾汉流体宾汉流体宾汉流体宾汉流体塞流：考虑核隙比大于塞流：考虑核隙比大于塞流：考虑核隙比大于塞流：考虑核隙比大于紊流：通过赫兹数计算紊流：通过赫兹数计算紊流：通过赫兹数计算紊流：通过赫兹数计算• •幂律与赫巴流体幂律与赫巴流体幂律与赫巴流体幂律与赫巴流体紊流：紊流：紊流：紊流：Rec=3470-1370nRec=3470-1370n塞流：塞流：塞流：塞流：Rec=100Rec=100 4、泥浆、水泥浆在井眼的流动规律l l4.4 流态判别方法流态判别方法–临界流速临界流速临界流速临界流速宾汉流体：宾汉流体：宾汉流体：宾汉流体：塞流塞流塞流塞流临界流速：临界流速：临界流速：临界流速：环空返速要求环空返速要求环空返速要求环空返速要求 动塑比要求动塑比要求动塑比要求动塑比要求 4、泥浆、水泥浆在井眼的流动规律l l4.4 流态判别方法流态判别方法–临界流速临界流速临界流速临界流速宾汉流体：宾汉流体：宾汉流体：宾汉流体：紊流紊流紊流紊流管内管内管内管内环空环空环空环空 4、泥浆、水泥浆在井眼的流动规律l l4.4 流态判别方法流态判别方法–临界流速临界流速临界流速临界流速幂律流体：幂律流体：幂律流体：幂律流体：紊流紊流紊流紊流管内管内管内管内环空环空环空环空 4、泥浆、水泥浆在井眼的流动规律l l4.4 流态判别方法流态判别方法–临界流速临界流速临界流速临界流速赫巴流体：赫巴流体：赫巴流体：赫巴流体：紊流紊流紊流紊流 5、流动计算方法l l流动计算的目的流动计算的目的–流动阻力流动阻力流动阻力流动阻力–流动摩阻与流体的流态有关流动摩阻与流体的流态有关流动摩阻与流体的流态有关流动摩阻与流体的流态有关l l流动摩阻计算的原理流动摩阻计算的原理–流态判别流态判别流态判别流态判别–流动摩阻系数流动摩阻系数流动摩阻系数流动摩阻系数–流动摩阻压力流动摩阻压力流动摩阻压力流动摩阻压力 5、流动计算方法LVx 5、流动计算方法l l流动摩阻计算的步骤流动摩阻计算的步骤计算管内、环空的流速计算管内、环空的流速计算管内、环空的临界雷诺数计算管内、环空的临界雷诺数计算管内、环空的流态（雷诺数）计算管内、环空的流态（雷诺数）计算流动摩阻系数计算流动摩阻系数计算流动摩阻压力计算流动摩阻压力 5、流动计算方法l l流动摩阻计算的公式流动摩阻计算的公式–见资料见资料见资料见资料–注意点：注意点：注意点：注意点：• •流变模式的使用流变模式的使用流变模式的使用流变模式的使用• •紊流与层流时的摩阻系数计算紊流与层流时的摩阻系数计算紊流与层流时的摩阻系数计算紊流与层流时的摩阻系数计算 5、流动计算方法l l注水泥流动计算的内容总结注水泥流动计算的内容总结–设计顶替临界排量设计顶替临界排量设计顶替临界排量设计顶替临界排量–计算流动压力计算流动压力计算流动压力计算流动压力l l计算的举例计算的举例 6、在固井中影响流变计算的因素l l影响因素影响因素–套管偏心的影响套管偏心的影响套管偏心的影响套管偏心的影响–温度压力对流体性能的影响温度压力对流体性能的影响温度压力对流体性能的影响温度压力对流体性能的影响–井眼尺寸变化井眼尺寸变化井眼尺寸变化井眼尺寸变化• •井径变化不规则井径变化不规则井径变化不规则井径变化不规则• •小间隙与小井眼对计算方法的影响小间隙与小井眼对计算方法的影响小间隙与小井眼对计算方法的影响小间隙与小井眼对计算方法的影响 温度压力对流变性的影响及考虑方法 高温高压对流动计算的影响l l温度压力对水泥浆与泥浆流变性能的影响规律温度压力对水泥浆与泥浆流变性能的影响规律温度压力对水泥浆与泥浆流变性能的影响规律温度压力对水泥浆与泥浆流变性能的影响规律 温度的影响温度的影响温度的影响温度的影响 l l温度压力对水泥浆与泥浆流变性能的影响规律温度压力对水泥浆与泥浆流变性能的影响规律温度压力对水泥浆与泥浆流变性能的影响规律温度压力对水泥浆与泥浆流变性能的影响规律 压力的影响压力的影响压力的影响压力的影响高温高压对流动计算的影响 l l考虑温度影响后水泥浆与泥浆流变性的计算考虑温度影响后水泥浆与泥浆流变性的计算考虑温度影响后水泥浆与泥浆流变性的计算考虑温度影响后水泥浆与泥浆流变性的计算 – –计算模型计算模型计算模型计算模型 b b值的计算通过测定具体值的计算通过测定具体值的计算通过测定具体值的计算通过测定具体水泥浆在常温和某一温度水泥浆在常温和某一温度水泥浆在常温和某一温度水泥浆在常温和某一温度下的粘度计读值计算下的粘度计读值计算下的粘度计读值计算下的粘度计读值计算高温高压对流动计算的影响 高温高压对流动计算的影响 l l考虑温度影响后水泥浆与泥浆流变性的计算考虑温度影响后水泥浆与泥浆流变性的计算考虑温度影响后水泥浆与泥浆流变性的计算考虑温度影响后水泥浆与泥浆流变性的计算 – –流变参数计算流变参数计算流变参数计算流变参数计算高温高压对流动计算的影响 l l考虑温度影响后水泥浆与泥浆流变性的计算考虑温度影响后水泥浆与泥浆流变性的计算考虑温度影响后水泥浆与泥浆流变性的计算考虑温度影响后水泥浆与泥浆流变性的计算– –南海地区水泥浆温度计算系数南海地区水泥浆温度计算系数南海地区水泥浆温度计算系数南海地区水泥浆温度计算系数体系名称体系名称体系名称体系名称密度密度密度密度测量温度测量温度测量温度测量温度125℃125℃125℃125℃剪切应力剪切应力剪切应力剪切应力（（（（dyn/cmdyn/cmdyn/cmdyn/cm2 2 2 2））））测量温度测量温度测量温度测量温度75℃75℃75℃75℃剪切应力剪切应力剪切应力剪切应力（（（（dyn/cmdyn/cmdyn/cmdyn/cm2 2 2 2））））300300300300转转转转b b b b系数系数系数系数100100100100转转转转b b b b系数系数系数系数平均平均平均平均b b b b系数系数系数系数300300300300转转转转100100100100转转转转300300300300转转转转100100100100转转转转CG71LCG71LCG71LCG71L1.901.901.901.90312.4312.4312.4312.493.393.393.393.3678.5678.5678.5678.5253.3253.3253.3253.30.015510.015510.015510.015510.019970.019970.019970.019970.017740.017740.017740.01774LATAX2000LATAX2000LATAX2000LATAX20002.402.402.402.40214.3214.3214.3214.374.874.874.874.8379.2379.2379.2379.2156.3156.3156.3156.30.011410.011410.011410.011410.014730.014730.014730.014730.013070.013070.013070.01307PCR1002LPCR1002LPCR1002LPCR1002L1.911.911.911.91268.6268.6268.6268.688.088.088.088.0680.3680.3680.3680.3178.3178.3178.3178.30.018590.018590.018590.018590.014120.014120.014120.014120.016350.016350.016350.01635PCR1002LPCR1002LPCR1002LPCR1002L2.402.402.402.40221.1221.1221.1221.172.272.272.272.2466.7466.7466.7466.7180.8180.8180.8180.80.014940.014940.014940.014940.018350.018350.018350.018350.016640.016640.016640.01664高温高压对流动计算的影响 l l考虑温度影响后水泥浆与泥浆流变性的计算考虑温度影响后水泥浆与泥浆流变性的计算考虑温度影响后水泥浆与泥浆流变性的计算考虑温度影响后水泥浆与泥浆流变性的计算– –南海地区水泥浆温度计算系数南海地区水泥浆温度计算系数南海地区水泥浆温度计算系数南海地区水泥浆温度计算系数体系名称体系名称体系名称体系名称密度密度密度密度测量温度测量温度测量温度测量温度125℃125℃125℃125℃剪切应力（剪切应力（剪切应力（剪切应力（dyn/cmdyn/cmdyn/cmdyn/cm2 2 2 2））））测量温度测量温度测量温度测量温度75℃75℃75℃75℃剪切应力（剪切应力（剪切应力（剪切应力（dyn/cmdyn/cmdyn/cmdyn/cm2 2 2 2））））300300300300转转转转b b b b系数系数系数系数100100100100转转转转b b b b系数系数系数系数平均平均平均平均b b b b系数系数系数系数300300300300转转转转100100100100转转转转300300300300转转转转100100100100转转转转CG71LCG71LCG71LCG71L1.901.901.901.90312.4312.4312.4312.493.393.393.393.3678.5678.5678.5678.5253.3253.3253.3253.30.015510.015510.015510.015510.019970.019970.019970.019970.017740.017740.017740.01774LATAX2000LATAX2000LATAX2000LATAX20002.402.402.402.40214.3214.3214.3214.374.874.874.874.8379.2379.2379.2379.2156.3156.3156.3156.30.011410.011410.011410.011410.014730.014730.014730.014730.013070.013070.013070.01307PCR1002LPCR1002LPCR1002LPCR1002L1.911.911.911.91268.6268.6268.6268.688.088.088.088.0680.3680.3680.3680.3178.3178.3178.3178.30.018590.018590.018590.018590.014120.014120.014120.014120.016350.016350.016350.01635PCR1002LPCR1002LPCR1002LPCR1002L2.402.402.402.40221.1221.1221.1221.172.272.272.272.2466.7466.7466.7466.7180.8180.8180.8180.80.014940.014940.014940.014940.018350.018350.018350.018350.016640.016640.016640.01664高温高压对流动计算的影响 l l考虑温度后注水泥流动计算方法考虑温度后注水泥流动计算方法考虑温度后注水泥流动计算方法考虑温度后注水泥流动计算方法 ––使用分段考虑温度法计算，通过计算机软件实现其应用。
使用分段考虑温度法计算，通过计算机软件实现其应用使用分段考虑温度法计算，通过计算机软件实现其应用使用分段考虑温度法计算，通过计算机软件实现其应用THm图3-8 按温度分段示意图式中：式中： BHCT BHCT：： 井底循环温度；井底循环温度； T TTOCTOC：： 水泥面深度循环温度；水泥面深度循环温度； T T：： 允许温度变化范围；允许温度变化范围； n n：： 井段可分段数；井段可分段数； T Tmm：： 第第m m 井段底部的循环温度井段底部的循环温度 ；； H Hmm：： 第第mm井底底部深度井底底部深度 高温高压对流动计算的影响 注水泥过程小间隙流动计算的修正方法 小间隙环空的流动计算小间隙环空的流动计算l l小间隙环空流变参数计算小间隙环空流变参数计算 –研究了小间隙中计算流变参数应使用的转速：研究了小间隙中计算流变参数应使用的转速：研究了小间隙中计算流变参数应使用的转速：研究了小间隙中计算流变参数应使用的转速：研究表明在小间隙中，应使用研究表明在小间隙中，应使用研究表明在小间隙中，应使用研究表明在小间隙中，应使用600600600600转与转与转与转与300300300300转进行流转进行流转进行流转进行流变参数计算变参数计算变参数计算变参数计算–研究了小间隙下对套管偏心的考虑方法研究了小间隙下对套管偏心的考虑方法研究了小间隙下对套管偏心的考虑方法研究了小间隙下对套管偏心的考虑方法–提出了小间隙下判别流态的修正方法提出了小间隙下判别流态的修正方法提出了小间隙下判别流态的修正方法提出了小间隙下判别流态的修正方法–提出了考虑小间隙的流动摩阻系数计算方法提出了考虑小间隙的流动摩阻系数计算方法提出了考虑小间隙的流动摩阻系数计算方法提出了考虑小间隙的流动摩阻系数计算方法–建立了注水泥过程环空平衡压力计算的方法建立了注水泥过程环空平衡压力计算的方法建立了注水泥过程环空平衡压力计算的方法建立了注水泥过程环空平衡压力计算的方法 流变参数计算流变参数计算小间隙条件下偏心的影响小间隙条件下偏心的影响小间隙条件下流态计算的影响小间隙条件下流态计算的影响摩阻系数计算模型摩阻系数计算模型 小间隙环空流动计算分析小间隙环空流动计算分析常规流动计算公式常规流动计算公式：： 小间隙条件下偏心的影响小间隙条件下偏心的影响偏偏偏偏心心心心效效效效应应应应系系系系数数数数R R为为为为偏偏偏偏心心心心环环环环空空空空压压压压耗耗耗耗与与与与同同同同心心心心环环环环空空空空压压压压耗耗耗耗之之之之比比比比: :将将将将同同同同心心心心环环环环空空空空压压压压力力力力计计计计算算算算式式式式与与与与偏偏偏偏心心心心环环环环空空空空压压压压降降降降计计计计算算算算式式式式带带带带入入入入后后后后有：有：有：有：( (对幂律流体对幂律流体对幂律流体对幂律流体) )e 偏心度偏心度 e=2 /(Dw-Dc) 为偏心距，为偏心距，cm；；Dw, Dc 为为井井眼眼与与套套管管的的直直径径，，cm 对对对对小小小小间间间间隙隙隙隙环环环环空空空空情情情情况况况况，，，，一一一一般般般般Dc/DwDc/Dw均均均均小小小小于于于于（（（（如如如如塔塔塔塔里里里里木木木木的的的的几几几几种种种种典典典典型型型型井井井井身身身身结结结结构构构构）））），，，，则则则则 MM的的的的值值值值应应应应为为为为2 2，，，，这这这这样样样样有有有有 小间隙环空流动计算方法研究小间隙环空流动计算方法研究小间隙环空流动阻力的计算式可表达为：小间隙环空流动阻力的计算式可表达为：准准确确计计算算流流动动摩摩阻阻压压力力的的关关键键便便是是流流动动摩阻系数摩阻系数f 的确定。
的确定准确计算小间隙环空的流动阻力的核心在准确计算小间隙环空的流动阻力的核心在 于于流态和摩阻系数流态和摩阻系数的计算方法的计算方法 小小小小间间间间隙隙隙隙环环环环空空空空对对对对流流流流态态态态的的的的判判判判别别别别标标标标准准准准不不不不宜宜宜宜使使使使用用用用与与与与常常常常规规规规流流流流动计算中标准，即：动计算中标准，即：动计算中标准，即：动计算中标准，即：Rc=3470-1370nRc=3470-1370n 实实实实际际际际的的的的小小小小间间间间隙隙隙隙顶顶顶顶替替替替过过过过程程程程中中中中，，，，水水水水泥泥泥泥浆浆浆浆雷雷雷雷诺诺诺诺数数数数一一一一般般般般均均均均在层流或过渡流之间在层流或过渡流之间在层流或过渡流之间在层流或过渡流之间 有有有有关关关关研研研研究究究究也也也也表表表表明明明明常常常常规规规规计计计计算算算算中中中中采采采采用用用用的的的的紊紊紊紊流流流流临临临临界界界界流流流流量量量量要偏低要偏低要偏低要偏低15%15%到到到到20%20%[45][45]大量的文献和实验研究表明，流体在环空流动的紊大量的文献和实验研究表明，流体在环空流动的紊大量的文献和实验研究表明，流体在环空流动的紊大量的文献和实验研究表明，流体在环空流动的紊流临界雷诺数的上限可达流临界雷诺数的上限可达流临界雷诺数的上限可达流临界雷诺数的上限可达38003800，根据这一分析，可将，根据这一分析，可将，根据这一分析，可将，根据这一分析，可将常规环空中对流态判别的标准提高常规环空中对流态判别的标准提高常规环空中对流态判别的标准提高常规环空中对流态判别的标准提高15%15%，作为其小间，作为其小间，作为其小间，作为其小间隙环空流态判别的标准，则有隙环空流态判别的标准，则有隙环空流态判别的标准，则有隙环空流态判别的标准，则有小间隙环空流态的判别与雷诺数计算小间隙环空流态的判别与雷诺数计算 ①①、流态的判别、流态的判别®常常 规规 间间 隙隙 环环 空空 流流 动动 计计 算算 中中 ：： Rec=3470-1470n®小间隙环空流态判别的标准为：小间隙环空流态判别的标准为： Rec=4080-1720n ②②、、雷诺数计算雷诺数计算按照液体的流动雷诺数一般概念有：按照液体的流动雷诺数一般概念有：De——当量直径或水力直径。
当量直径或水力直径小间隙环空流态的判别与雷诺数计算小间隙环空流态的判别与雷诺数计算 ®借用借用Crittendon提出的小间隙环空水力提出的小间隙环空水力直径计算公式直径计算公式[5]，建立小间隙环空雷诺，建立小间隙环空雷诺数的计算模型：数的计算模型：式中：式中： Res —— 修正的雷诺数修正的雷诺数 De——水力直径，水力直径， cm 小间隙环空流态的判别与雷诺数计算小间隙环空流态的判别与雷诺数计算 用常规方法与修正后方法计算的雷诺数用常规方法与修正后方法计算的雷诺数 ①①、摩阻系数理论计算模型、摩阻系数理论计算模型® 层流：层流：小间隙环空摩阻系数计算方法小间隙环空摩阻系数计算方法¿ 紊流：紊流： 不同方法计算的不同雷诺数下的摩阻系数不同方法计算的不同雷诺数下的摩阻系数（（n=0.4）） 小间隙环空摩阻系数的现场统计分析小间隙环空摩阻系数的现场统计分析f f 的函数形式：的函数形式：井眼、流体与施工参数井眼、流体与施工参数初定一摩阻系数初定一摩阻系数计算井口施工压力计算井口施工压力对比实际施工压力对比实际施工压力调整摩阻系数调整摩阻系数满足满足/ /不满足不满足计算流态、流变性计算流态、流变性计算其施工数据计算其施工数据YESYES统计分析摩阻系数统计分析摩阻系数流程流程 塔里木典型井身结构下摩阻系数统计塔里木典型井身结构下摩阻系数统计 小间隙环空流动压力的计算小间隙环空流动压力的计算 综上所述，可对环空进行分段计算，其计算综上所述，可对环空进行分段计算，其计算公式可表达为：公式可表达为：式中：式中：n 非小间隙的环空所分段数非小间隙的环空所分段数 m 小间隙环空所分段数小间隙环空所分段数 。
