【正文】 牛頓流體 形狀 圓球度 球體 八面體 立方體 圓柱體 h=r/15 h=r/10 h=r/3 h=r h=2r h=3r h=10r h=20r 5 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 例 1 鉆井液的密度為 ，粘度為 1cp，含沙量約為 1%（體積分?jǐn)?shù)）。 解： ? ? f t / s 1)()02 (13 8)(13 8 221 ???????? fsssdv? ? )()(221??????????? ??ffsssvdf???.2221 ))()((928928 1Re ??? ?? ssf dvN 6 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 7 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 例 1 鉆井液的密度為 ，粘度為 1cp，含沙量約為 1%（體積分?jǐn)?shù)）。 解： ???????? ??ffsss fdv???= ? ?sft / )()( ??如果鉆井液停止循環(huán) 30min，井筒下方沉降的沙礫高度為 303ft。試計(jì)算能在鉆井液中懸浮的沙礫的最大直徑。在顆粒雷諾數(shù)小于 100時(shí)： ?????????????????????????? ?????????????????? 113 6 8 0 00 0 7 2ffssfassfasldddv???????13 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 Walker和 Mayes提出了用磨擦系數(shù)來求滑脫速度的關(guān)系式，適用于圓片。 傳輸速度：顆粒相對(duì)于地面移動(dòng)的速度 slaT vvv ??傳輸率為傳輸速度與平均環(huán)空返速之比： aslaTT vvvvF ??? 1傳輸率為正值時(shí)，巖屑被攜帶到地面。隨著顆粒沉降速度的增加，傳輸率減小，巖屑在環(huán)空向地面?zhèn)鬏斖局袧舛仍龃蟆? 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 16 第二節(jié) 巖屑傳輸率 預(yù)測巖屑傳輸率的各種方法對(duì)比 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 17 第二節(jié) 巖屑傳輸率 各種方法預(yù)測巖屑傳輸效率的誤差直方圖 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 18 第二節(jié) 巖屑傳輸率 Moore和Chien關(guān)系式預(yù)測下滑速度的誤差直方圖 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 19 通過提高泥漿泵排量可以降低環(huán)空泥漿平均密度，從而提高巖屑傳輸效率。同時(shí)，由于鉆柱中的過大摩擦壓力損失，鉆頭處的噴射沖擊力開始隨著流量的增大而降低。 第二節(jié) 巖屑傳輸率 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 20 第二節(jié) 巖屑傳輸率 巖屑傳輸優(yōu)化結(jié)果實(shí)例 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 21 第二節(jié) 巖屑傳輸率 泥漿粘度對(duì)優(yōu)化巖屑傳輸效率和降低每英尺費(fèi)用的影響實(shí)例 調(diào)整流體性質(zhì)（粘度、密度）及增加環(huán)空返速可增大巖屑傳輸效率。 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 22 第二節(jié) 巖屑傳輸率 例 計(jì)算傳輸效率，巖屑直徑 ，比重()。分別用 Moore、 Chien、 Walker和Mayes關(guān)系式求解。假定巖屑直徑及厚度均約為 。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。從旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)上讀得參數(shù)如上表。 第二節(jié) 巖屑傳輸率 環(huán)空返速為 120ft/min(2ft/s)時(shí)的表觀牛頓粘度為： 1 0 . 2 6 0 . 7 421 2 1 / 1 5 2 1 0 5 2 1 / 0 . 7 4 5 8 c p1 4 4 0 . 0 2 0 8 1 4 4 2 0 . 0 2 0 8n naaddKnv???? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ??? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ???第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 24 例 計(jì)算傳輸效率，巖屑直徑 ，比重 ()。分別用 Moore、 Chien、 Walker和 Mayes關(guān)系式求解。假定巖屑直徑及厚度均約為 。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。從旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)上讀得參數(shù)如上表。 第二節(jié) 巖屑傳輸率 既然雷諾數(shù)介于 3～ 300之間，則求解正確。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。從旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)上讀得參數(shù)如上表。 第二節(jié) 巖屑傳輸率 Chien模式 對(duì)粘土 ∕水泥漿， Chien推薦用塑性粘度代替表觀粘度。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。從旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)上讀得參數(shù)如上表。 ?????????????????????????? ?????????????????? 113 6 8 0 00 0 7 2ffssfassfasldddv???????)(9 20 ??????????sfad??第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 28 第二節(jié) 巖屑傳輸率 例 計(jì)算傳輸效率，巖屑直徑 ，比重 ()。分別用 Moore、 Chien、 Walker和 Mayes關(guān)系式求解。假定巖屑直徑及厚度均約為 。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。從旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)上讀得參數(shù)如上表。 WalkerMayer模式 在靜止液體中顆粒下沉的剪切力估算： )()( ????? fss h ???14 lbm/100sq ft的剪切應(yīng)力對(duì)應(yīng)粘度計(jì)讀數(shù)為： 14 ?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 30 第二節(jié) 巖屑傳輸率 例 計(jì)算傳輸效率，巖屑直徑 ，比重 ()。分別用 Moore、 Chien、 Walker和 Mayes關(guān)系式求解。假定巖屑直徑及厚度均約為 。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。從旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)上讀得參數(shù)如上表。 此下滑速度下的顆粒雷諾數(shù)為： 5739 ))()(9(928Re ??N巖屑傳輸效率由下式給出： % r ???TF第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 32 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 研究概況 33 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 34 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 35 兩層穩(wěn)定模型 ① 假設(shè)在一定環(huán)空返速下 ， 因傾斜或水平環(huán)空內(nèi)的快速沉降而使絕大多數(shù)巖屑顆粒聚集在環(huán)空底部形成巖屑床；只有少數(shù)顆粒在液流中作懸浮運(yùn)動(dòng) 。 ③ 假定巖屑床面以上顆粒作懸浮運(yùn)動(dòng) ， 不產(chǎn)生滾動(dòng) 、 翻轉(zhuǎn) 、 滑脫 。 ⑤ 巖屑顆粒具有相同的直徑和圓球度 。 兩層模型示意圖 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 第三節(jié) 兩層穩(wěn)定運(yùn)移模型 36 連續(xù)性方程： ttabbbsdsdsd UCAUCAUCA ??ttabbbsdsdsd UCAUCAUCA )1()1()1( ?????運(yùn)動(dòng)方程： g s diisdsdsd FSSLpA ?????????? ? ??gbbiibbb FFSSL