流动特性
进行泥浆钻井水力学计算时，假设钻井泥浆重量为10磅/加仑(75磅/立方英尺)，宾汉泥浆产量为10磅/100平方英尺，塑性粘度为30厘。假设钻头有三个直径为13/ 32英寸的喷嘴，钻井泥浆循环流量为300加仑/分钟。图14。图8显示了不可压缩钻井泥浆中的压力作为深度的函数的曲线图。该图是钻柱内部压力的曲线图。注入时的压力约为1400 psig，钻头喷嘴上方钻柱内部底部的压力约为6000 psig。该图也是环空中压力的曲线图。钻头喷嘴下方环空底部的压力约为5440 psig，地面环空顶部的压力为0 psig。
图14。7井和钻柱对比示例
图14。8泥浆钻井压力与深度的关系
这个数字反映了钻井泥浆柱的流体静重量以及来自钻柱内表面和环空表面的流体流动阻力。这种流动阻力由于摩擦导致压力损失。摩擦造成的总损失是管壁、裸眼壁和钻头喷孔流动阻力的总和。该泥浆钻井示例显示了一种钻柱设计，该钻柱在钻头上有一个开孔或大直径喷嘴开口。这通过钻头大约700 psi的损失反映出来。较小直径的喷嘴将在钻头上产生较高的压力损失，并在地面产生较高的注射压力。
空气钻井计算是在假设钻井作业位于海平面的情况下进行的。有两台压缩机，每台压缩机的容量为1200立方英尺/分钟，因此钻柱的总体积流量为2400立方英尺/分钟。假设钻头有三个开孔(大约0 . 5毫米)。直径80)。图14。图9显示了可压缩空气中压力随深度变化的曲线图。该图是钻柱内部压力的曲线图。注入时的压力约为260 psia，钻头孔口上方钻柱内部底部的压力约为270 psia。图中还画出了环空中的压力。钻头孔口正下方环空底部的压力约为260 psia，14。地面(环空顶部)布洛依线末端的压力为7 psia。
图14。9空气钻井压力与深度的关系
如泥浆钻井示例所示，图14中的压力。9反映了压缩空气柱的流体静重以及来自钻柱内表面和环空表面的气流阻力。这种流动阻力由于摩擦导致压力损失。在这个例子中，流体是可压缩的。考虑到钻柱内部的流动，柱的静液重量控制着流动(相对于摩擦损失)，这导致地面的注入压力小于钻柱底部的压力(在钻头开孔上方的钻柱内部)。
图14。10显示了不可压缩钻井泥浆中温度随深度变化的曲线图。这个例子的地热梯度是0。01?/英尺。地下地球几乎是一个无限的热源。泥浆钻井循环系统中的钻井泥浆比压缩空气或其他气体密度大得多。因此，当钻井泥浆沿钻柱向下流动并向上通过环空到达地面时，热量从岩层通过井眼表面、通过环空内的钻井泥浆、通过钢钻柱传递到内部的钻井泥浆。假设钻井泥浆以60度循环到钻柱顶部。。
图14。10泥浆钻井温度与深度的关系
当钻井泥浆在钻柱内部向下流动时，钻井泥浆随着热量从温度较高的岩层和环空中的钻井泥浆流出而变热。在井底，钻井泥浆温度达到井底温度160？。沿环空向上流动的钻井泥浆(通常为层流状态)被岩层中的地热加热。
在环形空间中流动的被加热的钻井泥浆加热钻柱的外部，这又加热沿着钻柱向下流动的钻井泥浆。由于其良好的储热能力，钻井泥浆以高于注入温度但低于井底温度的温度离开环空。在这个例子中，离开环空的钻井泥浆的温度大约是130？。
图14。11显示了可压缩空气钻井液温度随深度变化的曲线图。压缩空气钻井液的密度明显小于钻井泥浆。因此，相对于钻井泥浆，压缩空气具有较差的储热质量。此外，钻井循环系统中流动的压缩空气流动速度很快，因此在钻柱和环空中流动是湍流。湍流在将热量从井眼表面传递到环空和钻柱内部的流动空气方面非常有效。假设进入钻柱顶部的压缩空气为60？热量迅速传递以加热(或冷却)井中的气流。在这些条件下，离开环形空间的压缩空气具有与进入钻柱顶部的空气大致相同的温度。
图14。空气钻井温度与深度的关系
图14。11表明，钻孔中任何位置的压缩空气温度都接近该深度的地热温度。这样，井底流动空气的温度就是井底温度160？。当空气从孔底部的钻头的开口排出时，空气会有一些局部冷却。如果在钻头中使用喷嘴(当使用井下马达时)，这种冷却效果会更明显。这种冷却效应被称为焦耳-汤姆逊效应，并且是可以估计的。然而，假设这种影响很小，并且气流很快恢复到井底地热温度。
图14。12显示了该示例计算的钻井泥浆的单位重量图。钻井泥浆是不可压缩的，因此，在循环系统的任何位置，其单位重量为75磅/英尺3(或10磅/加仑)。当钻井泥浆流到井底时，由于温度升高，钻井泥浆会有一些轻微的膨胀。这种影响很小，在这些工程计算中可以忽略不计。
图14。12泥浆钻井单位重量与深度的关系
图14。13显示了本例中压缩空气的单位重量图。压缩空气以1的单位重量注入钻柱顶部。3磅/立方英尺(压力为260磅/平方英寸，温度为60？) .当空气沿着钻柱向下流动时，压力保持大致相同。钻柱底部的单位重量为1。2 lbf / ft3(压力为270 psia，温度为160？) .压缩空气离开钻头喷孔，进入比重为1的环空底部(井底)。1 lbf / ft3(压力为260 psia，温度为160？) .
图14。13空气钻井单位重量与深度
当压缩空气通过环形空间流向地面时，当它流向地面的低气压时，它被减压。在地面上，空气以0的单位重量离开环形空间(通过布洛伊线)。0763磅/立方英尺。这个例子的表面大气被假设为API机械设备标准标准大气条件(干燥空气:压力为14。696 psia和60？) .该图显示了典型的摩擦阻力主导的钻柱流动(与静液柱重量主导相反)。这种流动的顶部钻柱注入压力高于底部钻头上方的压力。当钻头在没有喷嘴的情况下运行时，会产生摩擦主导的流动。
钻井泥浆在钻铤周围的环空中流动，平均速度约为7。钻井泥浆减慢到大约3 . 6英尺/秒的平均速度。钻杆周围的环形空间为0英尺/秒。
对于空气钻井，压缩空气以大约30英尺/秒的平均速度在钻铤周围的环空中流动。在环空出口处，速度沿环空向上增加至约125英尺/秒。
比较环形空间中功率可能最低的位置处的示例流量的功率(每单位体积)是有益的。对于这两个例子，最低功率正好在钻杆底部周围的环空中的钻铤之上。每单位体积的动能KE是
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其中KE是每单位体积的动能(英尺磅力/英尺3)；ρ是流体的密度(lbf sec 2/ft4)；v是流体的平均速度(英尺/秒)。
流体的密度ρ为
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其中γ是流体的比重(lbf/FT3)；g是重力加速度(32。2英尺/秒2)。
以泥浆钻井为例，钻铤正上方环空中钻井泥浆的比重为75 lbf / ft3。在等式(14)中使用这些值。1) — ( 14.2)钻井泥浆的密度为
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石油钻井的词汇扩展
(1)石油钻井设备
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(2)定向钻井。
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(3)固井和完井
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(4)油气井压力控制。
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(5)测井
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(6)钻井泥浆
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