实用钻井循环系统 水力学模型和计算 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] 郭柏云，刘格非 著，何保生，曹砚锋，范志利 译

图书标签:

• 钻井工程
• 循环系统
• 水力学
• 模型
• 计算
• 石油工程
• 钻井液
• 流体动力学
• 工程技术
• 油气井

出版社： 石油工业出版社

ISBN：9787518307326

版次：1

商品编码：11796108

包装：平装

丛书名： 国外油气勘探开发新进展丛书

开本：16开

出版时间：2015-08-01

用纸：胶版纸

页数：187

字数：316000

正文语种：中文

内容简介

　　《实用钻井循环系统 水力学模型和计算》凝聚了作者多年的教学和工作经验，分3大部分10章对液体钻井系统、气体钻井系统和欠平衡钻井系统进行介绍，重点阐述了工程基本原理在钻井循环系统设计和优化方面的应用，并通过大量实例来说明解决问题的原理与应用。《实用钻井循环系统 水力学模型和计算》为钻井工程师提供了一个可以设计、分析和操作钻井循环系统的指导手册。
　　《实用钻井循环系统 水力学模型和计算》主要适合现场钻井工程师和高等院校相关专业高年级大学生及研究生使用。

目录

第1部分 液体钻井系统
第1章 钻井液循环系统设备
1.1 钻井液循环系统简介
1.2 钻井泵
1.3 钻柱
1.4 固控系统
1.5 小结
参考文献
思考题
第2章 钻井液水力学基础
2.1 简介
2.2 钻井液性能
2.3 水力学模型
2.4 小结
参考文献
思考题
第3章 钻井泵
3.1 简介
3.2 钻井液排量要求
3.3 泵压要求
3.4 功率要求
3.5 钻井泵的排量
3.6 小结
参考文献
思考题
第4章 钻井液水力优化
4.1 简介
4.2 水力优化准则
4.3 水力程序优化设计
4.4 小结
参考文献
思考题

第2部分 气体钻井系统
第5章 气体钻井设备
5.1 简介
5.2 地面设备
5.3 井下设备
5.4 小结
参考文献
思考题
第6章 气体压缩机
6.1 简介
6.2 气体动力学
6.3 注气速度要求
6.4 气体注入压力要求
6.5 设备功率要求
6.6 小结
参考文献
思考题
第7章 气体钻井
7.1 简介
7.2 气体钻井程序
7.3 问题和解决方法
7.4 小结
参考文献
思考题

第3部分 欠平衡钻井系统
第8章 欠平衡钻井设备
8.1 简介
8.2 地面设备
8.3 井下设备
8.4 小结
参考文献
思考题
第9章 气液流量
9.1 简介
9.2 欠平衡钻井中的多相流
9.3 气-液流量组合窗口
9.4 小结
参考文献
思考题
第10章 欠平衡钻井作业
10.1 简介
10.2 充气钻井
10.3 泡沫钻井
10.4 小结
参考文献
思考题

附录
附录A 单位转换系数表
附录B 空气钻井携带固体和液体的最小气体注入流量
附录C API钻铤质量（1b／ft）
附录D API钻杆尺寸数据
附录E API套管尺寸数据

《实用钻井循环系统水力学模型和计算》—— 聚焦钻井液高效运移的理论与实践 钻井工程作为石油和天然气勘探开发的核心环节，其效率、安全性和经济性与钻井液循环系统的性能息息相关。循环系统承担着携带岩屑、控制井筒压力、冷却钻头、稳定井壁等多重关键任务。而实现这些任务的根本，在于对钻井液在复杂井筒网络中水力学行为的深刻理解和精确预测。本书《实用钻井循环系统水力学模型和计算》正是在此背景下应运而生，旨在为钻井工程师、技术人员以及相关领域的研究者提供一套系统、实用、具有前瞻性的钻井液循环系统水力学理论框架与计算工具。 本书并非简单罗列公式或模型，而是从钻井工程的实际需求出发，深入剖析钻井液在循环过程中的物理化学特性、流动规律以及由此引发的水力学现象。其核心在于构建一套科学、严谨且易于应用的水力学模型，并在此基础上提供一套详细、可操作的计算方法。这套模型和计算方法能够帮助用户精确评估循环系统中的压降、流量、剪切力等关键水力学参数，从而优化钻井液性能、提高钻井效率、降低钻井成本，并有效规避潜在的井控风险。 全书内容深度解析： 第一部分：钻井液流变学基础与模型选择 钻井液的流变行为： 钻井液并非简单的牛顿流体，其流变行为对循环系统中的压降和岩屑携带能力有着决定性影响。本部分将深入探讨钻井液的非牛顿流变模型，包括宾汉塑性模型、幂律模型、卡森-普斯利模型等，并详细分析各种模型在不同钻井液体系（如水基钻井液、油基钻井液、合成基钻井液）和不同工况下的适用性。我们将通过大量的实验数据和理论分析，阐明温度、压力、固相含量、化学添加剂等因素如何影响钻井液的流变参数。 模型参数的测定与验证： 理论模型需要实际数据的支撑。本部分将详细介绍钻井液流变参数（如屈服值、塑性粘度、触变性等）的实验室测定方法，包括旋转粘度计、毛细管流变计等常用仪器。同时，还将探讨如何根据实际钻井数据对模型进行拟合和验证，以确保模型的准确性和可靠性。 剪切历史对钻井液的影响： 钻井液在循环过程中会经历复杂的剪切历史，这将对其流变性能产生累积效应。本书将分析这种剪切历史对钻井液的屈服值、粘度等参数的影响，并提出相应的模型和计算方法来考虑这种动态变化，从而更精确地模拟实际钻井过程中的流变行为。 第二部分：井筒水力学模型与压降计算 井筒内的流动特性： 钻井液在井筒内的流动是循环系统的核心环节。本部分将基于流体力学原理，建立钻井液在环空（外环空和内环空）中的流动模型。我们将区分层流和湍流两种主要的流动状态，并根据雷诺数的变化，分别采用不同的计算方法。 压降的构成与计算： 钻井液在整个循环系统中的压降是能量损失的主要体现，直接影响泵的选型和功率需求。本书将系统地分析井筒流动引起的压降，包括摩擦压降、动能压降、重力压降（考虑泥浆密度随深度变化）。特别是对于复杂井筒几何形状（如斜井、水平井、带套管井段、裸眼井段）以及钻井液非牛顿特性的影响，我们将提供详细的计算公式和修正方法。 钻井液携带岩屑的水力学机制： 岩屑的有效携带是钻井液能否顺利排渣、保证钻井质量的关键。本部分将深入研究钻井液在环空携带岩屑的水力学机理，分析流速、剪切力、固相浓度、岩屑尺寸和密度等因素对岩屑悬浮和输运能力的影响。我们将建立相应的模型来预测岩屑的最小携带流速，并探讨如何通过优化钻井液性能和循环参数来提高携带效率。 多相流在环空中的模拟： 实际钻井过程中，环空内可能存在钻井液、岩屑、气体等多种相。本书将引入多相流理论，对钻井液、岩屑、气体在环空中的分层流动、夹带流动等复杂现象进行模拟，并分析其对压降和携带能力的影响。 第三部分：钻井设备及地面循环系统水力学 钻井泵的选型与性能分析： 钻井泵是提供循环动力的心脏。本部分将详细介绍不同类型钻井泵（如泥浆泵、柱塞泵）的结构原理、性能曲线以及选型原则。我们将结合水力学模型，对钻井泵的实际输出压力、流量与工作状态的关系进行深入分析，并提供实用的选型计算指南。 钻头水力学： 钻头是岩屑破碎和钻井液喷射的关键部件。本书将重点分析钻头流道的水力学特性，包括喷嘴设计、喷射角度、喷射速度对钻头冲刷能力、冷却效果以及岩屑携带能力的影响。我们将介绍如何通过优化钻头水力学参数来提高钻进效率。 地面循环系统的压降计算： 地面循环系统包括泥浆罐、振动筛、除砂器、除泥器、离心机等设备，这些设备都会对钻井液的循环造成压降损失。本部分将逐一分析各设备的水力学特性，并提供相应的压降计算方法，以便用户能够全面准确地估算整个循环系统的总压降。 管汇与管线的水力学： 钻井液在地面管汇和管线中的流动也会产生压降。本部分将分析管件（如弯头、三通）、管径、管壁粗糙度等因素对流体阻力的影响，并提供管线压降的计算公式。 第四部分：复杂井筒条件下的水力学模型与计算 高温高压井的水力学挑战： 在高温高压环境下，钻井液的流变性能和热力学性质会发生显著变化。本书将探讨高温高压对钻井液流变模型的影响，并提供相应的修正方法。同时，还将分析高温引起的泥浆降解和温压对循环系统压降的影响。 深层超深井的水力学难题： 随着钻井深度的增加，井筒内的压力、温度梯度以及钻井液柱的静液压力都会显著增大。本部分将重点关注深层超深井特有的水力学挑战，包括巨大的静液压力、更强的环空剪切效应以及潜在的井涌与井漏风险。我们将提出相应的模型和计算策略来应对这些挑战。 水平井和复杂轨迹井的水力学： 水平井和复杂轨迹井的水力学流动特性与直井存在较大差异。本书将分析管壁摩擦、重力分力、岩屑在长水平段的堆积等因素对钻井液流动和携带能力的影响，并提供针对性的模型和计算方法。 欠平衡钻井的水力学： 欠平衡钻井（UBD）是一种能够提高钻井效率、降低井筒压力的技术。本书将探讨欠平衡钻井条件下的气体侵入、气体携带、多相流流动等特有水力学问题，并分析其对井控和岩屑携带的影响。 第五部分：模型应用与优化计算 钻井液性能优化： 基于建立的水力学模型，本书将指导用户如何根据特定的井况和地层条件，选择和调整钻井液的流变参数、密度等，以达到最佳的岩屑携带能力、最低的压降损失，并有效控制井筒压力。 钻井泵和钻头的水力学设计优化： 本书将提供基于水力学模型的钻井泵和钻头参数设计优化方法，例如确定最佳的钻头喷嘴尺寸和数量，以最大化钻头的水力效率。 动态循环参数的实时监测与调整： 随着钻井的进行，井况会不断变化。本书将探讨如何利用先进的传感器技术和数据分析，对循环系统中的水力学参数进行实时监测，并根据监测结果及时调整钻井液性能和循环参数，以应对不断变化的井况。 软件应用与实例分析： 为了方便读者实际应用，本书将介绍一些与钻井液循环系统水力学相关的常用软件工具，并提供详细的案例分析，涵盖不同类型井的钻井液循环系统设计、压降计算、岩屑携带能力评估等内容，使读者能够更直观地理解和掌握所学的理论知识。 本书的独特价值： 理论与实践的深度融合： 本书将流体力学、钻井液流变学等基础理论与钻井工程的实际应用紧密结合，既有严谨的理论推导，又不失工程实践的指导意义。 模型的系统性和完备性： 书中构建的模型覆盖了钻井液循环系统的主要环节，并考虑了多种复杂工况，力求全面和完备。 计算方法的实用性和可操作性： 所提供的计算方法清晰明了，易于工程师在实际工作中应用，能够快速、准确地获得所需的工程参数。 前瞻性和创新性： 书中引入了多相流、欠平衡钻井等前沿技术在水力学模型中的应用，并探讨了大数据和智能化在钻井液循环系统优化中的潜力。 《实用钻井循环系统水力学模型和计算》旨在成为钻井工程师案头必备的参考手册，帮助他们更深入地理解钻井液在复杂井筒环境下的流动行为，更有效地设计和优化钻井液循环系统，最终实现更安全、更高效、更经济的钻井作业。通过对书中内容的深入学习和应用，读者将能够显著提升在钻井液性能设计、循环系统选型、压降计算、岩屑携带能力评估等方面的专业能力，为应对日益严峻的钻井挑战提供坚实的理论与技术支撑。

评分☆☆☆☆☆

翻开这本书，我首先关注的是它的绪论部分，想看看作者是如何界定“钻井循环系统”的范畴，以及在这个系统里，水力学扮演着怎样的核心角色。我一直认为，水力学是钻井循环系统的“血液”，它直接关系到钻井液的输送效率、井筒内的清洁度、地层压力控制的稳定性，甚至钻井工具的寿命。这本书的书名里强调了“模型”和“计算”，这让我对它理论深度和应用性有了很高的期望。我希望它能深入浅出地讲解泥浆在管道、钻具环空中的流动规律，包括层流、湍流的判断，以及不同流态下阻力损失的计算方法。更重要的是，它能否提供一套系统化的模型，能够模拟整个循环系统的水力性能，比如计算泥浆泵的排量、压力，泥浆在钻杆、钻铤、钻头、环空中的压力降，以及固控设备的水力学性能。我非常期待它能用清晰的图表和公式来展示这些模型，并且最好能附带一些实际操作的指导，例如如何根据地层岩性、井径、井深等参数，选择合适的钻井液类型和泵送参数。对于那些在实际工作中遇到水力计算难题的工程师来说，这本书无疑是一份宝贵的参考资料，能够帮助他们解决实际生产中的痛点。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就带着一种沉甸甸的学术感，金属质感的蓝色和深邃的灰色交织，仿佛预示着即将 dive into 那个复杂而迷人的钻井循环系统世界。我一直觉得，钻井工程，尤其是其核心的水力学计算，是技术活儿，需要严谨的逻辑和扎实的理论支撑。这本书的书名——“实用钻井循环系统 水力学模型和计算”——听起来就非常对症，直指问题的关键。我特别好奇它在“实用”二字上下了多少功夫。是仅仅停留在理论模型层面，还是真的提供了可以直接应用于现场、解决实际问题的计算方法和工具？比如，在实际钻井过程中，泥浆密度、粘度、流速、泵压等参数的实时变化，对循环系统的水力性能会产生怎样动态的影响？这本书有没有提供相应的模型来描述这种动态变化，并且给出如何基于这些模型进行优化决策的指导？我猜想，作为一本“实用”的书，它应该会包含大量的案例分析，或者至少是清晰的计算流程，让工程师们能够举一反三，触类旁通。另外，对于各种不同钻井条件下的循环系统，比如深水钻井、高温高压井、定向井等等，它们在水力学模型和计算上是否会有显著的差异？这本书有没有针对这些特殊工况提供特殊的考量和计算方法？我期待它能像一位经验丰富的导师，将那些抽象的水力学原理，用清晰易懂、且贴合实际的语言阐述出来，最终目标是让读者在面对复杂钻井任务时，能够胸有成竹，做出最经济、最安全、最高效的水力方案。

评分☆☆☆☆☆

我一直对钻井技术中的“水力学”部分感到有些吃力，总觉得抽象的概念和复杂的公式难以与实际操作联系起来。这本书——“实用钻井循环系统 水力学模型和计算”——从书名上看，就非常契合我的需求，因为它强调了“实用”。我迫切地希望它能为我揭示钻井循环系统中，泥浆作为流体的各种行为，比如它在管道中的流动状态，是层流还是湍流？它的压力损失是如何产生的？这些损失又会给钻井作业带来怎样的影响？我尤其希望书中能提供关于建立和应用水力学模型的方法，能够将这些抽象的概念具象化。比如，是否会有关于计算泥浆在不同直径管道、不同转速下钻杆内的流动阻力的方法？以及如何计算泥浆在钻头喷嘴处的压降和喷射速度？如果这本书能够提供一些实际的计算示例，并解释这些计算结果在实际钻井作业中的意义，那我将受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

钻井工程的复杂性让我时常感到无从下手，尤其是在理解水力学计算方面，总觉得理论与实践之间存在一道鸿沟。这本书——“实用钻井循环系统 水力学模型和计算”——听起来像是连接这道鸿沟的一座桥梁。我期待它能够详细阐述钻井循环系统中的水力学原理，并提供一系列实用的计算模型和方法。我特别想知道，书中是如何处理泥浆在复杂管道系统中的流动阻力计算的，比如钻杆、钻铤、扩孔器、以及环空中的阻力如何累加，又如何影响泥浆泵的功率需求。而且，我希望它能够提供一些关于如何根据不同的井况，例如井眼形状、地层压力、温度等因素，来调整水力参数，以达到最佳的钻井效果。这本书能否提供清晰的公式推导，以及具体的计算流程，让即使是初学者也能理解并掌握水力学计算的关键步骤？我更希望能从中获得一些解决实际钻井中水力问题的思路和方法。

评分☆☆☆☆☆

我一直觉得，钻井工程中的很多难题，归根结底都可以归结到流体力学和热力学。这本书的名字——“实用钻井循环系统 水力学模型和计算”——精准地抓住了核心。我希望它能不仅仅是罗列公式，而是能够深入地阐述这些公式背后的物理机制。比如，泥浆在循环过程中，由于摩擦和剪切作用，会产生大量的热量，这些热量对井筒内的温度分布、地层压力以及钻井液的性能都会产生影响。这本书有没有关于钻井液热力学行为的讨论，以及如何将这些因素纳入水力学模型中进行综合考量？我非常期待它能够提供一些关于如何设计更高效的水力循环系统，以最小化能量损失，同时最大化携带能力和清洁效率的方案。例如，是否可以通过优化钻杆内部的管径、环空尺寸，或者选择特定形状的钻头喷嘴，来改善泥浆的流动状态，降低压降，从而减少对泥浆泵的负荷？这本书能否提供一些针对不同钻井作业场景（如高压地层、复杂井身结构）的水力学计算方法，以及如何根据这些计算结果来优化钻井参数，以提高钻井效率和安全性。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，钻井循环系统是整个钻井作业的“生命线”，而水力学则是这条生命线上的“血流动力学”。这本书的书名“实用钻井循环系统 水力学模型和计算”恰恰点出了我的关注点。我希望它能详细阐述钻井液在不同管道和空间中的流动规律，比如在钻杆内、钻头环形空间、以及井筒环空中的流动阻力计算，以及这些阻力是如何影响整体循环效率的。特别是我对“模型”这个词很感兴趣，它预示着书中可能会有对复杂流动过程的数学抽象和简化，能够帮助我们理解和预测系统的行为。我希望这本书能够提供清晰的模型，并且详细讲解如何利用这些模型进行精确的水力学计算。例如，如何根据钻井液的性质（密度、粘度、屈服值）、井身结构（井径、井深、钻具尺寸）、以及泵的性能参数，来计算泥浆泵的排量、压力，以及钻头喷嘴处的流速和动能。我非常希望这本书能够像一位经验丰富的向导，带领我在水力学的迷宫中找到清晰的路径，解决实际工作中遇到的各种水力问题。

评分☆☆☆☆☆

我对钻井技术领域的水力学部分一直充满疑问，尤其是在理解泥浆的复杂流动行为和如何进行精确的水力学计算方面。这本书——“实用钻井循环系统 水力学模型和计算”——从书名上看，就直击我内心的需求。我希望能从中学习到如何建立一套科学的水力学模型，来描述钻井液在钻井设备中（如泥浆泵、立管、钻杆、钻头、环空）的流动过程。这包括对流体阻力、压降、流速分布等关键参数的计算。更重要的是，我期待这本书能提供关于如何将这些理论模型转化为实际应用的方法。例如，当我们在实际钻井中遇到泥浆循环不畅、井筒清洁度差等问题时，如何利用书中提供的模型和计算方法，来分析问题的根源，并找到有效的解决方案？我尤其对书中在“计算”方面的详述抱有期待，希望它能提供清晰的计算步骤、公式推导，甚至是一些实用的计算案例，能够帮助我们快速准确地掌握水力学计算的技巧。

评分☆☆☆☆☆

作为一名刚入行不久的钻井工程师，我总是在思考如何将书本上的理论知识与实际工作相结合，尤其是在水力学计算方面。这本书的名字——“实用钻井循环系统 水力学模型和计算”——听起来就像是为我这样的新手量身定做的。我迫切地想了解，它会如何讲解钻井液在不同部件中的流动特性，比如在光滑的钻杆内和粗糙的钻头喷嘴中的表现会有什么不同？它是否会深入到泥浆的非牛顿流体特性，以及这些特性如何影响其在环空中的流动和压降计算？我尤其关注“模型”这个词，它让我联想到书中可能会提供一些数学模型，来量化描述泥浆的流动阻力、泵的功率需求、以及环空中泥浆压力的分布。如果这些模型能够与实际测量数据进行对比验证，那就更好了。此外，我希望能从中学习到如何根据不同的钻井地层和井况，来选择和调整水力参数，比如优化钻头喷嘴的尺寸和数量，以达到最佳的清洁井筒效果和最少的功率消耗。这本书能否提供一些实用的图表、公式，甚至是计算软件的思路，来帮助我们快速准确地完成这些计算，并且做出科学的决策？

评分☆☆☆☆☆

作为一名对钻井技术领域充满热情的学习者，我对钻井循环系统的水力学模型和计算充满了好奇。这本书——“实用钻井循环系统 水力学模型和计算”——听起来正是我所需要的。我一直在思考，泥浆在循环过程中，其流体动力学行为是如何影响整个钻井效率的？这本书是否会深入探讨泥浆的流变特性，以及这些特性如何体现在水力学模型中？例如，如何将牛顿流体和非牛顿流体的模型区分开来，并应用于钻井液的压力降计算？我非常期待书中能够提供清晰的计算框架和具体的计算方法。比如说，如何根据不同的钻井参数（如井深、井径、钻具组合、泥浆性能），来精确计算泥浆泵的选型、泥浆循环量、以及井筒环空中的压力分布。如果书中还能包含一些关于如何优化水力参数以提高泥浆携带能力、降低压耗的实用建议，那将更具价值。

评分☆☆☆☆☆

我是一个对钻井技术怀有强烈好奇心的学生，尤其对钻井液循环系统背后的水力学原理感到着迷。这本书的名字——“实用钻井循环系统 水力学模型和计算”——吸引了我，因为它承诺了“实用性”，这正是我最需要的。我经常在想，那些庞大的钻井平台，那些复杂的管线，究竟是如何协同工作的，而水力学在其中扮演了什么具体的角色？这本书有没有详细解释泥浆在循环过程中的能量损失，比如管道摩阻、钻头喷嘴阻力，以及这些损失如何影响泥浆泵的选择和运行效率？我特别期待它能够提供一些关于如何优化循环系统设计的水力学方法，例如通过改变管道直径、泵的冲程数、泥浆粘度等参数，来达到最佳的输送效果，同时降低能耗。另外，在复杂井型的钻探过程中，例如水平井或大位移井，泥浆的环空流动会变得更加复杂，泥浆的携带能力和抑制井壁垮塌的能力也会受到水力条件的影响。这本书是否有针对这些特殊情况的水力学模型和计算方法，来帮助我们更好地应对挑战？我希望它不仅能教我“怎么算”，更能教我“为什么这么算”，让我真正理解背后的物理过程。