泥浆粘度计算

---按实际情况分类与计算步骤

注：1.分正循环和反循环两种情况计算；

2.文章中除了标识     的是最后计算需要的公式，其余的都是推导过程的公式；

（1）正循环

符号表1（不含中间量）：

    （1）

泥浆上返速度、雷诺系数和岩屑净化系数的计算

 正循环回转钻进时，泥浆沿钻杆与孔壁间的环空上升返回沉淀池，形成正循环排渣系统。计算环空的雷诺数和环空的岩屑净化率。

环空内平均上返流速va

  （2）

式中，va—泥浆在环空内的平均上返流速，m/s；

Q—泥浆流量，L/s（输入）；

D—钻孔（头）直径，mm（输入）；

   Dp2—钻杆外径，mm（输入）。

环空内泥浆雷诺数Re

对于宾汉塑性流体，是根据雷诺系数Re的大小对流态进行判断的。

1、泥浆在环空内有效粘度

（3）

式中，μea —泥浆在环空内有效粘度，mPa·s

τy —动切力，Pa（式1）；

Dp1—钻杆内径，mm（输入）；

va —泥浆在环空内的平均上返流速，m/s（式2）；

μp—塑性粘度，mPa·s。

2、环空内宾汉流体雷诺数临界情况

  （4）

式中，Rea —环空内的宾汉塑性流体雷诺数；

D—钻孔直径，mm（输入）；

Dp2—钻杆外径，mm（输入）；

va —泥浆在环空内的平均上返流速，m/s（式2）；

ρm—泥浆密度，g/cm3（调用，根据泥浆护壁条件）；

μea—泥浆在环空内的有效粘度，mPa·s（式3）。

将（3）代入（4）则（塑性粘度的上限，将μp符号改为μp2）

   （5）

其中τy/μp为动塑比，根据式（1）输入

环空内岩屑净化系数LC

1、环空内岩屑沉降速度

                 （6）

将（3）代入（6）（塑性粘度的下限，将μp符号改为μp1）

   （7）

式中，vsa—渣土颗粒环空中的沉降速度估算值，m/s；

μea—泥浆的有效粘度，mPa·s（式3）；

Ds—渣土颗粒当量直径，mm（输入）； 

ρs—渣土颗粒的密度，g/cm3（输入）；

ρm—泥浆密度，g/cm3（调用，根据护壁条件确定）。

2、环空内岩屑净化临界情况

                            （8）

式中， LCa—环空内岩屑净化系数；

va—泥浆在环空中的平均上返速度，m/s（式2）；

vsa—渣土颗粒在环空中的沉降速度估算值，m/s（式5）。

（7）代入（8）

    （9）

所以            μp1＜μp＜μp2   （10）

表1  正循环回转钻进冲洗液量选择表

选择牙轮钻头、正循环回转钻进成孔的方法进行成孔，无不稳定地层，具体参数如下：

钻孔（头）直径D= 600 mm

钻杆内径 Dp1=150 mm；钻杆外径 Dp2=168 mm

渣土当量直径 Ds=5 mm；渣土颗粒密度 ρs=2.5g/cm3

泥浆密度 ρm=1.2g/cm3

动塑比 0.36

解：根据钻进条件和规格，选择泵的型号BW-600/30，泵量Q = 36 m3/h=10 L/s

则泥浆在环空内上返速度

（m/s）

μp1＜μp＜μp2

（2）反循环

符号表2（不含中间量）：

    （11）

钻杆内平均上返流速vp

按最大过流面计算，根据钻杆内最大截面计算

（12）

式中，vp —泥浆在钻杆内的平均上返流速，m/s；

Q—泥浆流量，L/s（输入）；

Dp1—钻杆内径，mm（输入）。

环空内泥浆流速

  （13）

式中，va—泥浆在环空内的平均上返流速，m/s；

Q—泥浆流量，L/s（输入）；

D—钻孔（头）直径，mm（输入）；

   Dp2—钻杆外径，mm（输入）。

空内泥浆雷诺系数的Re

对于宾汉塑性流体，是根据雷诺系数Re的大小对流态进行判断的。

1、泥浆在环空内有效粘度

  （14）

式中，μea —泥浆在环空内有效粘度，mPa·s

τy —动切力，Pa（式11）；

Dp1—钻杆内径，mm（输入）；

va —泥浆在环空内的平均流速，m/s（式13）；

μp—塑性粘度，mPa·s。

2、环空内宾汉流体雷诺数临界情况

  （15）

式中，Rea —环空内的宾汉塑性流体雷诺数；

D—钻孔直径，mm（输入）；

Dp2—钻杆外径，mm（输入）；

va —泥浆在环空内的平均流速，m/s（13）；

ρm—泥浆密度，g/cm3（输入，根据泥浆护壁条件）；

μea—泥浆在环空内的有效粘度，mPa·s（式14）。

将（14）代入（15）则（塑性粘度的上限，将μp符号改为μp2）

     （16）

其中τy/μp为动塑比，根据式（1）输入

钻杆内岩屑净化系数LC

1、泥浆在钻杆内的有效粘度

（17）

式中，μep —泥浆在钻杆内有效粘度，mPa·s

τy —动切力，Pa（式11）；

Dp1—钻杆内径，mm（输入）；

vp —泥浆在钻杆内的平均上返流速，m/s（式12）；

μp—塑性粘度，mPa·s。

2、钻杆内岩屑沉降速度

     （18）

将（17）代入（18）  （19）

式中，vsp—渣土颗粒在钻杆内的沉降速度估算值，m/s；

μep—泥浆的有效粘度，mPa·s（式17）；

Ds—渣土颗粒当量直径，mm（输入）； 

ρs—渣土颗粒的密度，g/cm3（输入）；

ρm—泥浆密度，g/cm3（调用，根据护壁条件确定）。

钻杆内岩屑净化临界情况

   （20）

式中，LCp—钻杆内岩屑净化系数；

vp—泥浆在钻杆内的平均上返速度，m/s（式12）；

vsp—渣土颗粒钻杆内的沉降速度估算值，m/s（式18）。 

将（19）代入（20）， （21）

所以            μp1＜μp＜μp2   （22）

表2  反循环回转钻进冲洗液量选择表

钻杆规格

选择219×200钻杆，反循环回转钻进成孔的方法进行成孔，具体参数如下：

钻孔（头）直径D= 800 mm

钻杆内径 Dp1=200 mm；钻杆外径 Dp2=219 mm

渣土当量直径 Ds=5 mm；渣土颗粒密度 ρs=2.5g/cm3

泥浆密度 ρm=1.2g/cm3

动塑比 0.36

解：根据钻进条件和规格，选择6PN泥浆泵，泵量Q =  L/s

则泥浆在环空内流过的速度

（m/s）

   泥浆在钻杆内的上返速度

（m/s）

所以            μp1＜μp＜μp2