【正文】 0)(2 ????????? ???????? ??slv此速度下的顆粒雷諾數(shù)為： 既然這個(gè)雷諾數(shù)小于 100，則結(jié)果正確，傳輸效率由下式給出： % r 6 0 ???TF第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 1858 ))()(9(92 892 8 1Re ??? ?? ssf dvN29 第二節(jié) 巖屑傳輸率 例 計(jì)算傳輸效率，巖屑直徑 ，比重 ()。從旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)上讀得參數(shù)如上表。粘土鉆井液密度為 ，其環(huán)空返速為 120ft/min()，環(huán)空尺寸為 10 5in。假定巖屑直徑及厚度均約為 。分別用 Moore、 Chien、 Walker和 Mayes關(guān)系式求解。用范氏粘度計(jì)的 300轉(zhuǎn)和 600轉(zhuǎn)讀數(shù)得到： cp 203050 ???p?第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 27 第二節(jié) 巖屑傳輸率 假定為過渡態(tài)，下滑速度可由公式（ ）求得： 例 計(jì)算傳輸效率，巖屑直徑 ，比重 ()。假定巖屑直徑及厚度均約為 。分別用 Moore、 Chien、 Walker和 Mayes關(guān)系式求解。故在環(huán)空流速 、巖屑下滑速度為 ： % r 7 5 ???TF第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 26 例 計(jì)算傳輸效率，巖屑直徑 ，比重 ()。假定巖屑直徑及厚度均約為 。分別用 Moore、 Chien、 Walker和 Mayes關(guān)系式求解。 第二節(jié) 巖屑傳輸率 假定是過渡態(tài)雷諾數(shù)（過渡流型），下滑速度為 0 . 3 3 3 0 . 3 3 3 0 . 3 3 3 0 . 3 3 32 . 9 0 ( ) 2 . 9 ( 0 . 2 5 ) ( 2 1 . 6 9 . 0 ) 0 . 4 9 f t/s9 5 8s s fslfadv ????? ?? ? ?雷諾數(shù)由下式求得： 1858 ))()(9(92 892 8 1Re ??? ?? ssf dvN第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 25 例 計(jì)算傳輸效率，巖屑直徑 ，比重 ()。從旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)上讀得參數(shù)如上表。粘土鉆井液密度為 ，其環(huán)空返速為 120ft/min()，環(huán)空尺寸為 10 5in。假定巖屑直徑及厚度均約為 。分別用 Moore、 Chien、 Walker和 Mayes關(guān)系式求解。 解： Moore 模式 稠度系數(shù) K和流性指數(shù) N根據(jù) 300轉(zhuǎn)和 600轉(zhuǎn)的粘度計(jì)讀數(shù)求得： ????????n cp eq 152511)30(510 ??K第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 標(biāo)度盤讀數(shù) (rpm) (degree) 3 2 0 6 3 3 100 13 200 22 300 30 600 50 23 例 計(jì)算傳輸效率，巖屑直徑 ，比重 ()。從旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)上讀得參數(shù)如右表。粘土鉆井液密度為 ，其環(huán)空返速為 120ft/min()，環(huán)空尺寸為10 5in。在多數(shù)情況下，使用低粘度流體可實(shí)現(xiàn)每英尺的理論費(fèi)用。因此，存在一個(gè)最優(yōu)化流量，在該流量下，鉆進(jìn)每英尺理論費(fèi)用最小。但是，隨著泥漿泵排量增加到達(dá)一定值后，井底壓力會(huì)隨著流量的增加而增大，這是因?yàn)樵诃h(huán)空產(chǎn)生了過大的磨擦壓力損失。所以，巖屑傳輸率是鉆井液攜巖能力的量度。當(dāng)顆粒沉降速度為零時(shí)，巖屑平均速率與平均環(huán)層速率相等，巖屑傳輸率為整數(shù)。 ???????? ??ffsslvghf???22顆粒雷諾數(shù)大于 100時(shí)，認(rèn)為流動(dòng)模式是紊流，并假定 f=，則： ???????? ??ffssl hv???14 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 第一節(jié) 顆粒沉降速度 Walker和 Mayes關(guān)系式 雷諾數(shù)小于 100時(shí) fssssldv???020 ?)( fss h ??? ??則用于確定顆粒雷諾數(shù)的表觀粘度由下式得到： ssa ??? 479?15 s?s?與 =刻度盤讀數(shù) =電機(jī)速度 第二節(jié) 巖屑傳輸率 巖屑向地面運(yùn)移的速度為流體流動(dòng)速度和顆粒沉降速度之差。 ? ? in 03 )( 5)( ????? fsgsd ???)( fssg d ??? ??10 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 第一節(jié) 顆粒沉降速度 Moore關(guān)系式 ffsssl dv ??? ?? 當(dāng)流核雷諾數(shù) ≤3時(shí)，流體處于層流狀態(tài)， )(2fsassl dv ??? ??對(duì)于過渡流雷諾數(shù)， 33 66 )(affsssldv???? ??nnaanvddK???????????? ????????? ???0 2 0 121 4 4112?12 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 第一節(jié) 顆粒沉降速度 Chien模式 對(duì)于聚合物鉆井液： asypa vd??? 5??對(duì)于粘土在水中懸浮問題，推薦使用塑性粘度代替表觀粘度。如果那么井底沙礫沉降物的高度為： ft 5)( )(3 0 3 ?? 8 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 第一節(jié) 顆粒沉降速度 非牛頓流體 9 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 第一節(jié) 顆粒沉降速度 非牛頓流體 )6/()( 32 sfsgs dgd ????? ??)(6 fssg gd ??? ??微粒直徑必須大于 )(fsg????例 2 泥漿密度為 9lbm/gal，膠凝作用力為 5lbm/100sqft，沙礫比重為 。如果鉆井液停止循環(huán) 30分鐘，將有多少砂礫沉降到井底？假定砂礫的平均粒徑為，圓球度為 ，比重為 ,沙礫沉降物的孔隙度為 。如果鉆井液停止循環(huán) 30分鐘，將有多少砂礫沉降到井底？假定砂礫的平均粒徑為，圓球度為 ，比重為 ,沙礫沉降物的孔隙度為 。第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) ?顆粒沉降速度 牛頓流體 非牛頓流體 鉆井液的攜帶能力 Moore關(guān)系式 Chien模式 Walker和 Mayes關(guān)系式 ?巖屑傳輸率 ?兩層穩(wěn)定運(yùn)移模型 巖屑運(yùn)移機(jī)理 兩層運(yùn)移模型 巖屑床厚度經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ? 實(shí)驗(yàn)研究 1 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) ?兩層不穩(wěn)定運(yùn)移模型 模型假設(shè) 與時(shí)間相關(guān)方程的建立 差分離散 計(jì)算結(jié)果 Chien模式 Walker和 Mayes關(guān)系式 ?三層穩(wěn)定運(yùn)移模型 幾何模型 數(shù)學(xué)模型的建立 傳輸方式和通用方程 模擬結(jié)果 2 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 第一節(jié) 顆粒沉降速度 牛頓流體 重力 W、浮力 Fbo和粘性阻力 F平衡 )6/()()( 3sfssfsbo dggVFWF ????? ??????粘性阻力 F與球形顆粒的沉降速度之間的關(guān)系 (stokes) 13 ss vdF ???gdv fsss )(18121 ??? ??則顆粒沉速為： ??? )(1 3 8 21fsssdv ???? ssf dvN 1Re92 8?適用于雷諾數(shù)小于 （工程單位） 3 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 第一節(jié) 顆粒沉降速度 牛頓流體 對(duì)于雷諾數(shù)大于 ，引入摩擦系數(shù)的概念： KAEFf ?2121sfK vE ??4/2sdA ?????????? ??ffsssvdf???21 ???????? ??ffsss fdv???1顆粒沉降速度公式可用于雷諾數(shù)小于 。 Re24Nf ? 4 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 第一節(jié) 顆粒沉降速度