鉆井液的泵量是指用泥漿泵向井內連續泵注的鉆井液(包括氣體)的體積流量,其計量單位采用L/min(公升/分)或L/s(公升/秒)。鉆進(jìn)時(shí)須有足夠的泵量才能將井底鉆屑有效地沖攜出地面,同時(shí)對發(fā)熱的鉆頭進(jìn)行有效冷卻,這是鉆井液泵量的兩個(gè)最主要的功能。如果泵量過(guò)小,不足以把較大、較重的巖粒從環(huán)空中懸沖出來(lái),則會(huì )減慢或停滯鉆進(jìn)速度甚至發(fā)生擠埋鉆事故,電會(huì )因鉆頭冷卻效果差而導致燒鉆惡果。所以,提供足夠的循環(huán)泵量對于鉆進(jìn)工程非常重要。
另外,在使用井底動(dòng)力機的特殊情況下還要保證泵量能夠滿(mǎn)足驅動(dòng)能力的要求;在利用噴射鉆頭水力碎巖時(shí)需要足夠的泵量提供強大的水馬力。反循環(huán)取心取樣和泥漿脈沖隨鉆測量也要求具備可靠的泵量:
但是,泵量也不能過(guò)大。一則隨泵量增加循環(huán)阻力增加(呈線(xiàn)性遞增關(guān)系),泥漿泵的承壓增高直至達到極限而憋泵,同時(shí)井壁承受較大的動(dòng)壓差而易遭破壞.井內流體也易漏、涌;二則泵量增加則環(huán)空流速增大(也呈線(xiàn)性遞增關(guān)系).對井壁的沖刷破壞程度加大:三則泵量增加勢必會(huì )增加泥漿泵的動(dòng)力消耗,也會(huì )加大泵的磨損和運行噪音。此外,過(guò)大的泵量對井底鉆壓的控制、減少鉆頭沖蝕等也會(huì )帶來(lái)不利影響。所以必須綜合兼顧來(lái)設計泵量,對其大小進(jìn)行合理控制。
鉆井液泵量直接決定了鉆井液在井內各部位的流速。泵量Q與流速u(mài)的基本關(guān)系表現為Q=wA(A為過(guò)流面積)。任意時(shí)刻地面泵送的排量只有一個(gè)相對定值,但此時(shí)鉆桿中、環(huán)空中、鉆頭等處所具有的流速卻因為過(guò)流面積不同而具有不同的數值。泵量的設計需要詳細剖析井內各處的流速情況。
鉆井工程大部分采用不含氣相的不可壓縮鉆井液,這種情況下(且不考慮漏、涌)泵量在井內各處的體積流量理論上同值。但對于氣體型呵壓縮的鉆井液情況就截然不同了,這時(shí)井內體積流量是隨各處壓力的不同而明顯改變的。
在確定鉆進(jìn)泵量時(shí)必須結合鉆屑的K寸和密度、鉆井液的流變性、所鉆地層的穩定性、鉆具和井眼規格尺寸,并聯(lián)系考慮鉆壓、轉速和鉆進(jìn)速度等多方面需求和制約因素來(lái)進(jìn)行綜合設計。因此,不同鉆井條件下塒影響確定泵量的因素有各自的側重點(diǎn)。如在大顆粒鉆屑情況下應該以懸排能力來(lái)確定泵量;鉆進(jìn)堅硬強研磨巖層時(shí)要重點(diǎn)兼顧泵量大到能夠有效冷卻鉆頭;小井眼深井條件下更側重限制泵量以防止憋壓:破碎松散地層應以盡量小的泵量設計來(lái)減少對井壁的沖蝕。
在眾多影響泵量設計的因素中,懸排鉆渣是最基本的需求因素。因此,在大部分情況下設計泵量時(shí)首先以能夠可靠排除鉆渣為目標來(lái)進(jìn)行分析計算。更具體的又將這一思路分為兩種計算方法來(lái)實(shí)現:第一種是按鉆井液流速達到可以沖浮鉆屑來(lái)計算泵量;第二種是按限制環(huán)空中鉆屑百分含量不超標來(lái)計算泵量。兩種計算方法所考慮問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)有所區別,計算過(guò)程所依托的參數不盡相同,適應的環(huán)境條件也各異,叮根據實(shí)際情況選擇或綜合使用。