第9章 环空中最优上返速度的确定

第9章 环空中最优上返速度的确定 第九章 环空中最优上返速度的确定 第一节 环空返速问研究的概况 多年的钻井实践明,在石油钻井中,循环泥浆进行洗井的主要目的在于,建立井眼泥浆与地层孔隙压力的平衡;清洗井底并将岩屑从井底有效地携至地面,以确保快速、优质、安全地钻进。显然，如何合理地选择环空返速是实现上述目的的关键。而且也是优化钻井中优选水力的主要内容之一。一般地说，环空返速受下列条件的限制:现有泥浆泵的功率;地层条件和钻进条件(包括井身结构、钻具结构、泥浆性能、钻速等)。因此，合理环空返速的确定原则是，在既定的条件下，充分发挥泵的水力功率，以获得尽可能大的钻头水马力;并在保证井下安全的前提下，能有效地减小钻进过程中的井底压差，以提高钻进速度。目前，国内有的现场，由于种种原因，环空返速不够合理，造成的井下事故是屡见不鲜的。因此，如何根据各油田的具体条件(地层钻井和设备)，合理地确定环空返速，还是一项急需解决的重要课题。 根据文献报导，国内外对环空返速问题的研究，已经历了相当长的时期，通过大量的室内试验及理论上的研究，提出了一些有益的原则性结论和启示。同时也暴露出某些矛盾，有待进一步研究和探讨。 [50]1941年皮告特(R.J.S.Pigott)研究了圆管内，环空内以及泥浆槽内的流动情况，并根据经典的描述颗粒层流沉降的斯托克斯(Stokes)定律及紊流沉降的雷廷格(Rittinger)方程，推导出岩屑在井内泥浆中的下滑速度计算公式，确定了对不规则形状岩屑计算沉降阻力的修正系数，同时得出了两个重要结论:(1)为了防止井内事故，环空中岩屑体积浓度的最大值必须限制在5%左右;(2)层流和高粘度的液体具有较小的下滑速度，因而对输送岩屑比较有利。 1948年，国外开始使用喷射钻头，初步改变了某些钻井工艺参数(包括水力参数)，在提高钻速方面收到一定的效果。人们认识到，为了提高喷射钻井技术水平，需要重新选择环空水力参数，在保证井内清洗条件下，降低泥浆循环压耗，将节省下来的水力功率用到钻头上，可行的途径之一就是减小泥浆循环速度。 [40]威廉和布鲁斯(Williams和Bruce)首先提出用最小平均环空返速携带岩屑。1950年通过模拟实验，指出，从运移岩屑的观点出发，环空中泥浆呈紊流是理想的;低粘度低切力有利于运移岩屑;增加泥浆比重能提高携岩能力;如果环空中保持紊流，则泥浆流速只要稍大于最大岩屑颗粒的下滑速度就能保持井眼清洁，这就意味着，环空返速只要维持在0.5~0.65米/秒即可,而没有必要使用高达0.88~1.13米/秒的环空流速。 [39]1966年，霍坡金(E.A.Hopkin)根据室内实验结果和现场经验总结出如下结论， 145 钻遇硬地层时，环空泥浆流速只要高于岩屑的最大下滑速度0.1~0.15米/秒，就能保证井眼得到充分的清洗。另外，他还发现在低粘度，低比重的洗井液中(如水)，岩屑的最高下滑速度在0.5~0.6米/秒范围内. [45]1971年,钱锡福(S.F.Chion)根据固液二相流的基础理论,以最低井底压力为,首先提出最优泥浆上返速度的概念及计算公式,所撰写的论文体现了最优化理论的指导思想,标志着环空水力学及携岩技术的发展迈入了一个崭新的发展阶段。 [44]1972年，H.udo,Zeidler在15英尺长的玻璃管中测定了岩屑的下滑速度，并在65英尺长的环空管中做了岩屑的液力输送实验，从而得出结论，紊流和钻杆旋转有利于输送岩屑。 [43]1973年塞夫曼(T.RSifferman)等人利用全尺寸环空模拟实验架，测定了稳定流动下影响携岩能力的变量，他们发现，使用0.25/秒的环空流速，用典型的搬土泥浆就能得到令人满意的携岩效果。 美国学者沃克(R.E.Walker)在1976年内连续发表了七篇有关“泥浆水力学”的论 [51]文。在第六篇“综合考虑井眼清洗和流动压耗的环空水力计算”中，提出了必须首先计算岩屑下滑速度，环空流态(从井壁水力冲蚀的角度)，由于流动或钻杆转动引起的泥浆当量循环比重，然后在此基础上进行环空水力参数设计。 综上所述，可清楚地看到，在已进行的大量实验研究中，有的结论已被现场实践所接受，并已发挥出它的经济效益;有的还只限于室内实验阶段，与现场生产实际尚存在较大的差距，有的限于实验条件和实验目的不同，致某些实验结果难以用于现场。 值得注意的是，S.F.Chien氏提出的最优环空返速的概念,是最优化理论在钻井实际中的具体运用,它的寻求最低井底压差的指导思想,是实现平衡压力钻井技术,促使快速、优质、安全的统一，及合理设计水力参数提供了科学依据。遗憾的是，他的这种观点并未得到国内钻井界的充分重视，另外，他所推导的某些公式还存有一定的不妥之处，本章拟以钱氏的观点为依据(对某些内容进行了必要的修正和补充)，对如何确定最优环空返速和合理环空返速问题进行介绍。 第二节 岩屑运移与环空返速的关系 一、 颗粒下滑带计算公式的确定 从第七章讨论中得知，环空中的岩屑由于其自重的作用克服泥浆的阻力而以一定的速度下沉。这个下滑速度是确定泥浆环空上返速度的不可缺少的资料。岩屑在环空的运 V移过程中， 其上升速度(岩屑运移速度)，从式(7-41)得知 T V,V,V TaS 146 V由上式可见，欲使岩屑获得一个向上的运移速度，即被携至地面，必须使环空返速大a V于颗粒的下滑速度，计算下滑速度的公式很多，现采用比较准确的莫尔(Moore)公S V式作为计算的依据，由式(7-25) S ,,,S 取 (9-1) ,,1.5V113.4d(),SS,, ,,,S 英尺/分 (9-2) V92.56d(),SS, 将上式换算成常用的公制单位， 则 ,,,S 米/秒 (9-3) V0.295d(),SS, V式中 ---颗粒下滑速度，米/秒; S d ---颗粒直径，厘米; S 3,,, ----岩屑颗粒，泥浆的密度，克/厘米。 S 二、 环空中岩屑浓度与环空返速的关系 由第八章讨论中得知，钻井时环空内的流动，被看成是垂直环空内的固液二相流问题，应用垂直系统固液二相流的流体力学可以导出垂直二相流系统的控制方程式，式 (8-5)、(8-8)和(8-9)，即 V1,Cfe, CVeS1,Ca V,V，CV fmaS V1,Cma, CVeS1,Ca 在前面的推导过程中，是将整个环空截面上的流速认为是相同的，但实际上，环空中的泥浆流速在径向上的分布并不相同，其速度剖面依流型而定。一般来说，在整个速度剖面上，中间部分流速较大是携带岩屑的主要部分，而靠近井壁和钻杆外壁处的泥浆流速 ,KV偏低甚至为零，不足以携带岩屑。因此，上列有关方程中的应乘以修正系数，则S 得 1,Ce,V,KV (9-4) fSCe1,Ca 147 ,V,V，CKV (9-5) fmaS 1,Ca,V,KV (9-6) mSCe1,Ca ,K值的大小等于或大于1，这取决于环空中洗井液的流型，对于紊流，大约80%的流动 宽度(flow Widlth),其流速大于平均流速，而且流体的流变性变化对这个宽度无明显的 ,K影响，故值可取1。 ,K对于层流，值如图9-1所示。取决于洗井液的流变性和速度大于颗粒下滑速度的 流动宽度的百分比，增加洗井液屈服应力(对宾汉流体)或增加其幂律指数(对幂律流 ,K体)，则随洗井液的牛顿性的增加，值趋近于1。对于既定的泥浆，流速大于颗粒下 ,K滑速度的宽度可随值的增加而增加，一般来说，80%宽度具有大于颗粒下滑速度的流 速就足够了。所以实用中可在横坐标上取80%，再根据相应的泥浆性能，在纵坐标上得 ,K到所需要的值。 幂律流体 宾汉塑性 ' n ,t py 3.0 1.0 ? 0.9 3.0 2.5 0.6 0.4 1.0 2.0 0.2 0.5 1.5 0.15 1.0 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 图9-1 速度修正系数---有效环空宽度和洗井液流变性能的函数 联立式(9-5)和式(9-6)，得 Ce,V,KV，V (9-7) fSmCa C由于是在地面释出的岩屑的体积百分数，因此它是岩屑输出速率和混合物(Cmixture,e 148 即岩屑加洗井液)流速的比值。 即 C,岩屑输出速率/混合物流速 e 在稳定状态下，岩屑输出速率等于岩屑进入流动系数的速率，或井底产生岩屑的速率。 C所以，平均钻速R与有关，如下式所示: e RC, (9-8) edp2[1()]V,mdh 换成常用单位，则得 RC, (9-9) edp23600[1()]V,mdh CV将和的表达式(9-7)中，得 eS ,,RS,,V,0.295Kd()， (9-10) fSd,p23600[1,()]Cadh 式中 C----环空中允许的岩屑浓度，无因次; a R-----机械钻速，米/时; d,d,d---分别为井眼，钻杆，岩屑直径，厘米; hpS ,K---速度系数，洗井液返速，米/秒; 3,,,---分别为岩屑，泥浆的密度，克/厘米 S 式(9-10)表示了环空返速与有关钻进参数的关系。式中表明，随岩屑尺寸，钻速，钻杆尺寸的增加，环空中允许的岩屑浓度的减小，则环空返速必须增加。 式(9-10)还表明了环空速度与环空岩屑浓度的关系。对于给定的泥浆和地层条件，给定的环空尺寸，在一定的钻速下，我们可求出不同环空返速下的岩屑学浓度。将式(9-10)整理后得: RC, (9-11) ad,,,p2S,3600[1()][V0.295Kd],,fS,dh ,1,,8例1:某油田钻一口深井，钻头直径为，钻杆直径为，根据邻井资料，井眼直52 3,,11径将为，钻至沙二段时，设计钻速为10米/时，泥浆比重为克/厘米，该地层1.30 149 3的岩屑比重为克/厘米，最大颗粒直径0.95厘米，环空泥浆流态为层流，要求80%2.51 ,的速度剖面宽度具有举升岩屑的速度则由图9-1中得，求不同环空返速下的K,1.25 环空岩屑浓度。 解:已知条件为 ,,R,10m/hr,d,5,12.7cm,d,27.94cm,ph 3,,K,1.25,d,0.95cm,,2.51g/cm, SS 3,,1.30g/cm 将已知数代入式(9-11)，得到表9-1所列结果及图9-2的曲线。 ,V,0.2783m/secKV,0.3479m/sec例题中，岩屑的最大下滑速度为，而。由计SS V算结果可知，环空返速只要比稍大(如)，就可保持环0.42,0.2783,0.14m/secS 空岩屑浓度在5%以下。 C,5%在式(9-10)中，我们令，可计算出在该条件下同机械钻速时所需要的泥a 浆返速。如表9-2所示。 表9-1 CV(m/sec) (%) fa 0.40 6.57 0.42 4.78 0.50 2.28 0.60 1.38 0.70 0.99 0.80 0.77 0.90 0.63 1.00 0.54 Ca(%) 8 7 6 5 4 3 2 1 K'Vs 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.70. 8 0.9 1.0 V(M/sec) f VC图9-2 --曲线 fa 150 表9-2 R(m/hr) V(m/sec)V,V(m/sec) ffS 2 0.36 0.08 4 0.38 0.10 6 0.39 0.11 8 0.40 0.12 10 0.42 0.14 12 0.43 0.15 从以上例题的计算中可以看出，在给定的条件下，机械钻速从2 m/hr提高到12 m/hr， V保持岩屑浓度为5%的泥浆返速与岩屑最大下滑速度的差值在范0.08~0.15m/secS 围之内。条件变化时，可以得到类似的结果。 以上计算结果似乎是难以接受的。在现场使用低于的返速好象是很难想0.40m/sec 象的。但计算的结果是有根据的。在前面我们曾经提到，E.A.Hopkin认为泥浆返速只要比岩屑的最大下滑速度高就能保证井眼得到良好的清洗。我们认为0.1~0.15m/sec 这个差值是个低限，加之实际工作中泥浆性能不够稳定，使用如此低0.1~0.15m/sec 的返速是不够安全的。究竟采用多大的返速合适，这将在后面详细讨论。 第三节 环空返速与井底压力的关系 当设计泥浆比重的时候，人们希望井内泥浆柱的压力比所钻地层的孔隙压力稍大，以获得尽可能小的井底压差，提高机械钻速。另一方面，在破裂压力较小(破裂压力与孔隙压力比较接近)的地层，控制泥浆比重就显得更为重要，考虑井底压力时，除了要考虑井内的泥浆静液柱压力以外，还要考虑由于环空压耗及环空中岩屑的存在作用于井底的附加压力。 环空返速过小和过大，都会导致井下事故的发生，环空返速过小不能有效地携带岩屑，致使环空中岩屑浓度过大，易引起卡钻事故的发生，如果岩屑浓度增大到使泥浆比重大于地层破裂压力的当量泥浆比重时，则会引起循环漏失;如果环空返速过大，则环空压耗增大，也会导致井底压力大于地层破裂压力，压漏地层，另外使钻头获得的水马力减小，靠成井底不清洁，降低机械钻速。 考虑到环空压耗和泥浆中岩屑的存在，井底压力可以下式表示: (9-12) P,0.1H[,，(,,,)C，,]Wmsadyn 令 (9-13) ,,,，(,,,)C，,effSadyn ,----泥浆的有效比重。 eff 右边第一项是泥浆的本身比重;第二项是岩屑产生的附加比重，其大小决定于岩屑 151 和泥浆的比重差及岩屑的浓度;第三项是环空压耗的当量比重。 层流条件下，幂律流体的环空压耗见式(3-31b),换成常用单位后，得 nKHVK1200(2n，1)f1n,P,0.1H,[,], (9-14) effd,d3n2450(d,d)hphp式中 2,P---环空压耗，公斤/厘米; V---环空平均流速，米/秒; f K---考虑钻铤，接头对压耗影响的修正系数。 1 d,d----分别为井径、钻杆外径、厘米; hp H----井深，米; n2K----稠度系数，达因 秒/厘米; n---流性指数，无因次。 宾汉流体的环空压耗见式(3-16b)，得 ,HVK,H，K)f1,4010.10.489[6.121210] ,P,H,，，，, (9-15) ,eff2(d,d)()d,dhphp ,式中 ---塑性粘度，泊; 2, ---泥浆动切力，达因/厘米。 0 其它与式(9-14)单位同。 紊流条件下，幂律流体和宾汉流体的压耗见式(5-8)。 2,f,H,VK2.04,f1,P,H,0.1 (9-16) ,effd,dhp 3,式中 ----泥浆密度，克/厘米; f----摩阻系数，无因次; 其它同式(9-14)各参数单位。 将式(9-11)，(9-14)，(9-15)，(9-16)代入式(9-12)中，并将井底压力写成压力 梯度的形式，则层流下的井底压力梯度G为 对幂律流体 ,,0.1R(),PWMS,G0.1,,， dH,,,p2S,3600[1()][V0.295Kd()],,fS,dh nKVK1200(2n，1)f1n[,] + (9-17) d,d3n2450(d,d)hphp 152 对宾汉流体: ,,0.1R(),PWMS,G0.1 ,,，dH,,,p2S,3600[1()][V0.295Kd()],,fS,dh VKK,,,4f101 + (9-18) ，，0.4896.1210d,dd,d()hphp 紊流下井底压力梯度为: ,,P0.1R(),WMS,G0.1,,， d,,H,p2S,3600[1()][V0.295Kd()],,fS,dh 22.04f,,,VKf1， (9-19) d,dhp 这样，我们就建立了井底压力梯度与环空返速的关系式，如图9-3所示。图的左部 分为层流条件下的关系，右半部为紊流条件下的。层流和紊流间的临界返速可用式 (3-34)和(3-22)求得，即 对幂律流体 2n，1n20K()13n2,nV,[] (9-20) ,k1,nn1200,(d,d)hp 对宾汉流体 2,321,,,,10，10，，10(d,d)hp04V, (9-21) fK,(d,d)hp V式中 ----临界流速，米/秒; fk d,d ----分别为井径，钻杆外径，厘米; hp3, ----泥浆密度，克/厘米; , ---宾汉流体的塑性粘度，泊; n-----流性指数，无因次; n2 K----稠度系数，达因?秒/厘米; 2, ---宾汉流体的动切力，达因/厘米。 0 153 井底压力Pwm Ca减小 层流 紊流 Pwm(min) 取决于洗井液 压力的Pwm KVs (V)cp V ffk 图9-3 在给定钻速下环空返速与井底压力的关系 第四节 最优环空返速的确定 一、 最优环空返速的确定 最优环空返速是根据最优化基础理论来确定的。即在其它有关的条件一定的情况下，在一切可能的泥浆返速范围内来求最佳返速，该问题属于单变量最优化问题。 最优化问题包括三个基本的因素，即控制变量，可引域和目标函数。对于最优上 V返速度来说，就是上返速度;可引域可以理解为“可以选择的上返速范围”这个范围f 必须根据钻井实际条件而定，既要保证井眼有良好的清洗效果，排除井下复杂问题的发 V生，达到安全钻进的要求，又能提高钻进速度，因而有一个合理的范围;目标函数一f 般都是控制自交量的函数，也是一个变量，目标函数的性质决定了最优化设计目的，最优化设计过程就是在控制量的可引域内，选取一个(或若干个)控制变量的值，使目标函数达到最大或最小。根据钱氏的观点，确定最优上返速的目标函数是使井底压力梯度达到最小。 从前面分析中可以看出，环空返速既影响到岩屑浓度的大小又决定着环空压耗的大小。式(9-17)和(9-18)中等号右边的第二项，是岩屑浓度决定的当量压力梯度，它是随环空返速的增大而减小的。第三项是环空压耗决定的当量压力梯度，它与环空返速成正比，可见，环空返速的增大，对井底压力的大小产生两种相反的作用。从图9-3中 ,KV可以看到，当环空返速接近时，井底压力梯度比较大，这是因为环空中岩屑浓度S 较大的缘故，此时，返速较低，环空压耗较小，它对井底压力梯度的影响很小，这时起作用的主要是岩屑浓度。随环空返速的增大环空中的岩屑浓度迅速降低，所以井底压力 154 梯度也就迅速降低，而到达某一环空返速时，岩屑浓度所形成的井底压力与环空压耗之和最小，此时的井底压力就趋于最小，此时的环空返速称为“最优环空返速”。当环空返速超过最优返速时，虽然岩屑浓度对井底压力梯度减小，在临界返速后，环空压耗增加很快，故井底压力梯度以较大的速率增加。 虽然，在最优环空返速情况下钻进时，将获得最佳的钻进效果。求层流下井底压力 V梯度对环空返速的一阶导数，然后令其等于零，可以导出最优环空返速 的表达式。 fop对幂律流体 dG,0令 得 dVf 2,dd,,,()Rd2450hpn12n,sh, (9-22) ,,，V(VKV)[]fopfopS，，3600(dd)400(2n1)KKhpn1对宾汉流体 2,,(,)Rd(d,d)Shhp, (9-23) V,，KVfopS,3600K(d，d)，0.4891hp ,KV在给定条件下，上两式等号右边都是常数，其中也可以求出，故可根据公式解出S 最优环空返速。 Vfop 对式(9-23)中的参数给定一个数值代入计算后，可看出的大致分布规律。 Vfop d从式(9-23)可看出，井径和钻速R增大时，也增大，为了显明对比，现我们Vhfop ,,d,,给这两个参数以较小值，如= R=3M/H，另外式中和减小时，增大，现V10hfop 3,,,1.3g/cm,,d,K,K给这两个参数以较大值，如，,,30cp，其它参数等取Sh1 3,,,正常值:， d,5,K,1.23,d,0.95cm,K,1.25,,2.5g/cmp1SS 代入式(9-3)得 (2.51,1.3)V,0.2950.95,0.2774m/sec S1.3 代入式(9-23)得 2(2.51,1.3)，4，10，(10,5)，2.54,1.25，0.2774，V fop36000，1.23，0.3，0.489，(10，5)，2.54 ,0.6934m/sec,2KV= S 155 ,2KV这一显明的特例指出了一个普遍规律，即最优返速一般大于 S C在最优返速下，环空中最优岩屑浓度可以下式表之。 aop 对幂律流体(见式9-11) RC, (9-24) aopdp2,3600[1,()][V,KV]fopSdh 对宾汉流体;将式(9-23)与(9-10)联立得: ,RK1C, (9-25) aopdp22,d,d,736.2(,,)()[1()]Shpdh 根据式(9-22)，在任何给定的条件下，都可以求出最优环空返速，但是需注意的是，在某些条件下，如在上部地层钻进时，由于钻速快，环空中岩屑浓度很高，所求出的最优环空返速可能大于临界返速，显然这种最优返速是没有意义的。在这种情况下，我们可以将临界返速作为最优返速。如图(9-4)所示。 Pwm H V V fkf V fop 图9-4 对于紊流，利用相同的方法可导出最优返速的表达式。但这样求出的最优返速小于临界返速，因此也是没有竟义的。 二、 合理环空返速的确定 在实际钻进中，严格地按最优环空返速循环泥浆是很难做到的，而且也没有必要。事实上，在中部井段和下部井段，机械钻速相对较低，这样，井底压力梯度随环空返速 PWMV,V,V的变化在某个区域内是很慢的，从关系图上看(如图9-5)()随环空f1f2fH 156 VV返速的增大，井底压力梯度的变化很小。但是在[，]区间内，环空压耗相对较fopf2 V,V高，将该区间与[]区间内等压力梯度点的相比，前者所造成的环空压耗较Vf1fopf1 V,V大，则采用这个返速时钻头所获得的水马力相对较低。虽然在区间[]内井底压力f1f2 V,V梯度较较低，但只有[]区间内的返速才是比较理想的，我们称之为“合理环空ffop 返速”。 对于给定的钻井条件，合理环空返速不是唯一的，而是许多个，这多个不同的返速 组成一个区间，不同条件下这个区间的大小不一样，起止点也不同。实际使用时应根据 PWM具体钻进条件，作出图，以此为依据求得合理返速的范围。 ,VfH Pwm /H 层流 紊流 K'Vs V V V V V f1fopf2fkf 图9-5 合理环空返速 下面通过一个实例，说明合理环空返速的求法。 2,,76.6例2 题设条件如例1所用泥浆为宾汉流体，,,30cp达因/厘米(16磅/1000 2K,1.23呎)，设紊流时的摩阻系数为0.0133，压耗修正系数，求最优返速，1 C最优环空返速下的岩屑浓度，确定合理环空返速范围，求出该范围内的最高aop 岩屑浓度值。 解:将已知条件代入式(9-23)，得最优环空返速为 2,,(,)Rd(d,d)Shhp, V,，KVfopS,36000K(d，d)，0.4891hp 22[2.51,1.30，5，11，2.54，(11,5)，2.54] = 36000，0.489，1.23，0.3(11，5)，2.54 157 (2.51,1.30)0.295，1.250.95+ 1.3 = 0.87m/sec Caop由代(9-5)式可求得最优岩屑浓度 ,RK，0.4891 C,aopdp22360(,,,)(d,d)[1,()]shpdh 5，1.23，0.3，0.489= 5222360(2.51,1.30)(11,5)，2.54，[1,()]11 =0.34% V求出的最优返速在层流区才有意义，故需求出临界返速。由(9-21)得临界返速 fk 12,32,,,,10，10，，10(d,d)hp04 V,fk,(d,d)hp 1232210，0.3，100.3，，10，1.3(11,5)，2.54，76.64, 1.3(11,5)，2.54 = 1.37m/sec V,Vfopfk故是有意义的。 根据式(9-18)，可计得不同返速下的井底压力梯度值如表9-3。和图9-6所示。 表9-3 V(m/sec)V(m/sec)PP 22ffwmwm(kg/cm/h) (kg/cm/m) HH0.4 0.13816 1.40 0.13507 0.5 0.13556 1.50 0.14084 0.6 0.13509 1.60 0.14178 1.70 0.14278 0.7 0.13492 0.8 0.13487 0.87 0.13486 0.90 0.13486 1.00 0.13488 1.10 0.13491 1.20 0.13496 1.30 0.13501 158 P2wm (公斤/厘米 /米) H 0.145 0.144 0.143 0.142 0.141 0.140 0.139 0.138 0.137 层流 紊流 0.136 0.135 0.134 0.133 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 v (米/秒) f 图9-6 例题条件下不同环空返速对应的井底压力梯度 根据计算结果可将0.60~0.87m/sec作为合理环空返速范围.此范围内的井底压力梯度为 20.13509~0.13487公斤/厘米/米。 从以上讨论中，可以得出如下结论: 1)正常钻进时，有一个由钻速、岩屑特性，泥浆性能和环空尺寸所决定的最优环空返 速。以这个返速钻进时，井底压力最低，从而可获得最佳的钻进效果。 2)在最优返速之前，有一个合理环空返速的范围。在此范围内，随返速的变化，井底 压力梯度变化很小，且减小了整个循环系统的压耗，从而增加了钻头所获得的水马 力。 3)在计算环空返速时，要确保环空岩屑浓度保持在5%以下。以利井下安全。而最优返 ,KV速一般大于2 S 159