喷嘴节流压差公式及其应用.ppt

喷嘴节流压差公式及其应用,撰写人：任勇,研究思路,一、单喷嘴节流压差计算公式的推导,一、单喷嘴节流压差计算公式的推导,1.速度系数的引入及其物理意义,在截面1-1与2-2截面之间的伯努利方程为：,式中：,：截面1-1处的压力和速度：截面2-2处的压力和速度：流体从截面1-1到截面2-2处 的局部阻力系数：液体密度,一、单喷嘴节流压差计算公式的推导,1.速度系数的引入及其物理意义,令：,理想流体：,实际流体,定义 为速度系数，其物理意义是指实际流体通过喷嘴（有摩阻损失）时的速度与理想流体通过喷嘴时的速度（无摩阻损失）之比。显然速度系数小于1。,一、单喷嘴节流压差计算公式的推导,2.流量系数的引入及其物理意义,令：,：喷嘴收缩系数：喷嘴横截面积：喷嘴出口处缓变流动的过流面积：理想流体通过喷嘴的速度：理想流体通过喷嘴的流量：喷嘴的流量系数,式中 为喷嘴的流量系数，其物理意义是实际流体流过喷嘴的流量与理想流体流过喷嘴的流量之比。其值小于1，也小于或等于喷嘴的速度系数。,一、单喷嘴节流压差计算公式的推导,2.流量系数的引入及其物理意义,一、单喷嘴节流压差计算公式的推导,3.单喷嘴节流压差计算公式的推导,单喷嘴节流压差公式：,：喷嘴节流压差，Pa：喷射液体密度，kg/m3：排量，m3/s：喷嘴流量系数，无因次：喷嘴直径，m,二、多喷嘴节流压差计算公式的推导,二、多个喷嘴节流压差计算公式的推导,二、多个喷嘴节流压差计算公式的推导,1-1截面到2-2截面：,1-1截面到3-3截面：,喷嘴结构一样,喷嘴结构相同的不等径喷嘴，其速度和节流压差相同，只是排量分配不同而已。,二、多个喷嘴节流压差计算公式的推导,不等径喷嘴节流压差计算公式：,等径喷嘴节流压差计算公式：,三、喷嘴节流压差计算公式的推广,三、喷嘴节流压差计算公式的推广,不等径喷嘴节流压差计算公式：,等径喷嘴节流压差计算公式：,当量直径：,喷嘴节流压差通用公式：,当量直径de,单喷嘴：,不等径喷嘴：,等径喷嘴：,三、喷嘴节流压差计算公式的推广,喷嘴节流压差通用公式：,国际单位制：,矿场单位制：,三、喷嘴节流压差计算公式的推广,计算条件：喷嘴结构：6*6.3mm喷嘴流量系数：0.92喷射液体密度：1000kg/m3,由上表可以看出，喷嘴节流压差与排量之间成二次方关系。排量越大，对喷嘴节流压差影响就越大。因此，在喷射过程中，准确掌握排量是非常重要的。,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,1.评价喷嘴的能量转换效率和系统效率,喷嘴上游处的能量：,喷嘴下游处的能量：,压能,动能,动能,能量转换效率：,对于出口圆柱形喷嘴则有：,也就是说喷嘴的流量系数的平方代表了喷嘴的能量转换效率，也即喷嘴将压能转换为动能的效率取决于喷嘴的流量系数，进一步的与喷嘴的结构、内表面粗糙度和流体流态有关。因此，喷嘴的流量系数对喷射效果起着关键性的作用。,1.1 评价喷嘴的能量转换效率,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,1.评价喷嘴的能量转换效率和系统效率,例如，假设喷嘴的流量系数为0.9，则喷嘴的能量转换效率为0.81。也就是说喷嘴将81%的压能转换为流体的动能，其余19%则由于局部摩阻而损失掉了。喷嘴流量系数，能量转换效率，相同条件下喷射效果就越好。,1.1 评价喷嘴的能量转换效率,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,1.评价喷嘴的能量转换效率和系统效率,因此，筛选喷嘴时，应选取流量系数高的喷嘴。也即必须考虑喷嘴的结构、材质、加工工艺。,1.2 喷嘴优选,喷嘴结构优选：由下表可以看出，流线型和圆锥收敛型喷嘴流量系数最高，但流线型喷嘴加工难度大，故目前选择圆锥收敛型喷嘴。目前实际加工喷嘴流量系数在0.90.95之间。,加工要求：加工喷嘴时内表面光洁度要求高，以提高喷嘴的流量系数和耐磨性。,喷嘴材质：经过筛选，目前国内喷嘴材料为硬质合金，其耐磨性基本能满足现场施工要求。同时，也在准备引进国外最新材料ROCTEC500。,薄壁孔口,外伸短管,内伸短管,圆锥收敛型,圆锥扩张型,流线型,不同喷嘴结构对应的流量系数,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,1.评价喷嘴的能量转换效率和系统效率,1.3 评价喷射系统效率,地面到喷嘴前的转换效率,喷嘴转换效率：,喷射系统效率：,实例：地面油管压力：30MPa；流体沿程摩阻：10MPa；喷嘴流量系数：0.9,地面到喷嘴前的效率：喷嘴的转换效率：整个喷射系统的效率：,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,1.评价喷嘴的能量转换效率和系统效率,1.3 评价喷射系统效率,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,2.评价喷嘴的磨损情况,由于喷嘴在施工后其磨损是不均匀的，有些磨损严重，有些较轻。这可能与以下两方面有关：地层裂缝产生的方位。布孔方式。多个喷嘴存在喷射流体的相互干扰，导致其压力分布发生了变化。因此，我们要评价喷嘴的在施工前后的磨损情况，只能通过当量直径进行评价。也即将多个喷嘴等效成一个喷嘴，对应的直径为当量直径。,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,2.评价喷嘴的磨损情况,在施工前，喷嘴节流压差计算公式采用等径喷嘴计算公式；在施工结束后或在施工过程中，计算喷嘴节流压差，则应采用不等径计算公式。上述两个阶段都对应各自的当量直径，比较当量直径的变化就可以得出喷嘴的磨损情况，与多个喷嘴时完全等效，且实用、方便。,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,2.评价喷嘴的磨损情况,此外，有一点应该认识到，喷嘴在不断磨损过程中，除了其尺寸变大外，其流道和内表面粗糙度也发挥生了了变化，最终导致流量系数降低，系统效率降低，这里假设流量系数与喷嘴出口直径成以下关系：,施工前喷嘴的当量直径和流量系数施工后喷嘴的当量直径和流量系数,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,2.评价喷嘴的磨损情况,2.1 实例计算杏平7第三段,杏平7采用的是水力喷砂射孔压裂一体化工艺，喷嘴采用6个直径6.3mm的喷嘴。其中第三段采用一趟管柱压裂，压裂时施工排量1.8m3/min。则施工前喷嘴的当量直径为：也就是说，采用6个6.3mm的喷嘴与采用1个15.43mm的喷嘴，在相同情况下，两者的节流压差和喷射速度完全一样。在第三段施工后，其喷嘴出口直径发生了不均匀磨损，经测得分别为7.7mm、6.8mm、7.9mm、9.1mm、7.5mm、8.3mm，则此时喷嘴的当量直径为：,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,2.评价喷嘴的磨损情况,2.1 实例计算杏平7第三段,也就是说，当喷嘴当量直径由15.43mm变化到19.39mm时，喷嘴节流压差降低了5.81MPa，而这可以从施工曲线上进行验证。,计算参数：施工排量：1.8m3/min施工前喷嘴流量系数Cd0：0.9,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,2.评价喷嘴的磨损情况,2.1 实例计算杏平7第三段,加砂前井口油压：35MPa,停止加砂后顶替时井口油压：28MPa,由实际施工可以看出，在施工前后，相同排量下井口油压从35MPa降低到28MPa，降低了7MPa，而我们从理论公式估算出降低了5.81MPa，仅仅相差1.19MPa。表明理论计算具有一定的精确度和可靠性。,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,2.评价喷嘴的磨损情况,综上所述，借助于上述理论，我们可以根据实际施工的压力变化情况估算出对应的喷嘴当量直径的变化，进一步估算出喷射速度是否能满足施工的需要，以便及时调整参数，提高施工的可靠性。,施工压力变化量,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,以喷嘴为节点，对喷射系统进行分析，可以得出，喷射系统的压力平衡关系式：,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,首先，对加砂前的井口压力进行预测，加砂前油管静水压力和环空静水压力一样。另外，套压可以近似认为等于零。故此时水力喷射过程中压力平衡关系式可以简化为：,也就是说，要能准确的预测井口油压，必须准确预测喷嘴节流压差和不同排量下的流体摩阻。,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,实际施工压力,对比,满足工程要求否？,是,校正,否,预测加砂前施工压力,判断管柱工作性能,计算思路：,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.1 喷嘴节流压差公式的验证,2006年5月，在西峰油田进行了水力喷射工具的模拟试验。试验采用了2个6.3mm的喷嘴。相关施工数据和曲线见下表。,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.1 喷嘴节流压差公式的验证,由于地面模拟试验管线较短，流体摩阻几乎可以忽略，故由喷嘴节流压差计算公式计算出的压力就应该是实际的施工压力。由上表可以看出，当喷嘴流量系数取0.92时，由喷嘴节流压差计算公式计算出的压力与实际施工压力比较符合。由此可以得出：喷嘴节流压差公式是可以用来预测井口油压的，误差较小，可以满足工程要求。目前采用的喷嘴的流量系数为0.92。,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.2 流体摩阻计算方法探讨及其验证,3.2.1 理论方法的可信度评价,目前，北京石油大学在计算喷射过程中流体摩阻时沿用了钻井液的计算公式，计算结果见下表。,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.2 流体摩阻计算方法探讨及其验证,3.2.1 理论方法的可信度评价,由上表可以看出，在1.8m3/min的排量下，1000m井深时：油管摩阻为18.63 MPa，环空摩阻为3.56 MPa，两者相加为22.19 MPa。显然这与实际施工严重不符。实际施工井深均大于1000m，但在1.8m3/min的排量下井口油压也只有25MPa左右，根据上述摩阻计算此时节流压差低于5MPa，这显然不可能。故流体摩阻计算公式并不可信，计算误差特别大，不能满足工程要求。,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.2 流体摩阻计算方法探讨及其验证,3.2.2 经验方法的可信度评价,针对该问题，提出利用现场经验数据计算，具体如下表。,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.2 流体摩阻计算方法探讨及其验证,3.2.2 经验方法的可信度评价,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.2 流体摩阻计算方法探讨及其验证,3.2.2 经验方法的可信度评价,为了进一步研究摩阻的关系式和便于实际应用，对经验数据进行拟合，得到下图。,相关系数为0.99596。拟合精度很高，可以满足实际计算要求。,Q排量，m3/min；fo油管摩阻系数，MPa/1000m,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.2 流体摩阻计算方法探讨及其验证,3.2.2 经验方法的可信度评价,相关系数为0.9911。拟合精度很高，可以满足实际计算要求。,Q排量，m3/min；fc油套环空摩阻系数，MPa/1000m,对油套环空摩阻经验数据进行处理，得到下图，并对其进行拟合。,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.2 流体摩阻计算方法探讨及其验证,3.2.2 经验方法的可信度评价,Q排量，m3/min；fo油管摩阻系数，MPa/1000mfc油套环空摩阻系数，MPa/1000m,由此可以得出计算油管摩阻和油套环空摩阻的经验关系式。,油管摩阻：油套环空摩阻：,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.2 流体摩阻计算方法探讨及其验证,3.2.2 经验方法的可信度评价,由此可以得出计算油管摩阻和油套环空摩阻的经验关系式，根据经验关系式可以计算出不同排量下的摩阻系数。见下表,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.2 流体摩阻计算方法探讨及其验证,3.2.2 经验方法的可信度评价,由于上述计算公式是通过现场实际数据整理得到的，故认为是可信的。此外，如果经验公式计算出的摩阻有较大误差，而喷嘴节流压差公式已经得到室内试验和现场模拟试验的证明是可信的，那么由经验公式和喷嘴节流压差计算出的井口压力应该与实际误差也较大。因此，下面通过间接法来验证经验公式的可靠性。,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,直井水力喷射压裂施工中施工压力与计算压力的比较,3.3 直井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.3 直井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证,由上表可以看出，大部分井预测压力与实际施工压力误差在10%以内。只有塞390-22、庄26-16井预测出的误差大于20%，根据分析认为，这是由于施工时仪表显示排量明显低于实际排量导致。分析如下：,塞390-22井射孔曲线,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.3 直井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证,塞390-22压裂曲线,1.结合射孔曲线与压裂曲线分析认为，很有可能是射孔时排量过低才导致该井在经过几次憋压后才压开。2.与塞389-21对比发现，两者喷点位置接近，排量均为2m3/min时，塞389-21施工压力为27.6MPa，而该井仅仅为22.4MPa。因此，该井排量明显偏低。,经过分析认为塞390-22井预测误差偏大是因为仪表排量明显低于实际排量导致的。,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.3 直井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证,1.结合施工曲线分析认为，该井与塞390-22一样，地层难以以压开很可能是因为射孔时排量过低导致的。2.与安81井对比可知，安81井喷点位置比该井浅，排量也比该井低，而施工压力却比该井高7.13MPa。因此，该井排量也明显偏低。3.根据加砂后曲线特征计算表明，该井实际排量也低于显示排量。,经过分析认为庄26-16井预测误差偏大同样是因为仪表排量明显低于实际排量导致的。,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.3 直井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证,三口井反算的实际排量与仪表显示排量的比较,采用试错法，进行反算，认为上述3口井在实际施工时，实际排量比仪表显示排量要低约0.2m3/min。采用反算的排量后，误差均在10%以内。,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.3 直井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证,直井水力喷射射孔整个过程计算步骤：,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.3 水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证,对于水平井，有一个问题就是如何计算摩阻。前面的摩阻经验计算公式是通过直井的数据统计得出来的，该公式能否适用于水平井？为此，我们首先按照实际喷点位置进行计算，然后再根据计算结果进行校正。,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.3 水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证,庄平7、庄平12井,两口井均为国外公司施工，采用了6个5.3mm喷嘴，流量系数取0.98。,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.3 水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证,庄平12及庄平7施工压力与预测压力比较,由上表中的绝对误差项可以看出，预测压力均比实际施工压力要高。而喷嘴流量系数为0.98，喷嘴节流压差计算不应该偏高，故很有可能是摩阻计算偏高所致。为此，我们对摩阻进行校正，均乘以校正系数0.8，计算结果见下表。,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.3 水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证,庄平12及庄平7施工压力与校正后的预测压力比较,由上表可以看出，在对流体摩阻进行均乘以校正系数0.8后，整体误差明显降低，均在10%以内，可以满足现场计算的要求。,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.3 水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证,地平1井,水力射孔施工过程：,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.3 水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证,地平1第一次施工压力与预测压力比较（校正前）,地平1第一次施工压力与预测压力比较（校正后）,对比两表可以看出，在对流体摩阻校正后，整体计算误差降到10%以内。,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.3 水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证,地平2井,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.3 水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证,地平2井施工压力与预测压力比较（校正后）,由上表可以看出，地平2在喷点为2478m处水力射孔时，压力明显偏低。分析可能是球座坐封不严或施工时地面设备存在供液不足造成的。,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.3 水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证,其他井排量低于1.2m3/min时,低排量时施工压力与预测压力的比较（校正前）,由上表可以看出，对于排量低于1.2m3/min时，使用直井经验摩阻计算公式基本上可以满足计算要求。在1m3/min排量下，大部分井可以实现球座密封。只有2口井在此排量下，钢球不能将球座密封，表现为施工压力比理论预测压力要低。,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.3 水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证,其他井排量低于1.2m3/min时,低排量时施工压力与预测压力的比较（校正后）,由该表可以看出，对于低排量，校正后整体计算误差反而变大。故对于排量小于1.2m3/min时，摩阻计算直接采用经验公式，没有必要乘以校正系数0.8。,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.3 水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证,其他井排量大于1.7m3/min时,由下表可以看出，当排量大于1.7m3/min时，经过校正后的理论预测井口油压与实际施工油压比较接近，整体误差均小于10%，可以作为施工前的预测参考值，也可以用来判断施工过程中压力是否异常。,大排量时施工压力与预测压力的比较（校正后）,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,3.建立喷射系统的压力平衡关系式，预测施工压力,3.3 水平井水力喷射射孔加砂前施工压力的预测与验证,水平井水力喷射射孔整个过程计算步骤：,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,4.判断施工压力是否异常的经验方法,施工压力参考范围,若喷点位置和排量在上述范围内，而施工压力却明显不在参考范围内，认为施工可能存在异常。,4.1 施工压力参考范围,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,4 判断施工压力是否异常的经验方法,4.2 通过提高排量来验证施工压力是否正常,4.2.1 通过排量每提高0.1m3/min时井口油压增加量来判断,下表计算了从1m3/min到2.6m3/min，排量每提高0.1m3/min时井口油压的增加量。计算井深为1000m。,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,排量每提高0.1m3/min时井口油压增加量,从表中最后一列可以看出，排量每提高0.1m3/min时，排量越高，井口油压增加值越大。由于摩阻计算是按照1000m井深计算的，因此，实际施工时，排量每提高0.1m3/min时，井口油压的增加值应大于表中计算值；否则，施工肯定存在问题。,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,4 判断施工压力是否异常的经验方法,4.2 通过提高排量来验证施工压力是否正常,4.2.1 通过排量每提高0.1m3/min时井口油压增加量来判断,对比第一列和最后一列发现，井口油压的增加值与增加后的排量几乎相等，实际施工时可以对此进行估算。例如:排量从1.0m3/min提高到1.1m3/min时，井口油压增加约1.1MPa;排量从1.1m3/min提高到1.2m3/min时，井口油压增加约1.2MPa;排量从1.8m3/min提高到1.9m3/min时，井口油压增加约1.9MPa;排量从1.9m3/min提高到2.0m3/min时，井口油压增加约2.0MPa;,两者总是很接近,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,4 判断施工压力是否异常的经验方法,4.2 通过提高排量来验证施工压力是否正常,4.2.1 通过排量每提高0.2m3/min时井口油压增加量来判断,实际施工时，经常以0.2m3/min来提排量，此时，仍然按照前面计算进行整理得到下表。,排量每提高0.2m3/min时井口油压增加量,同理，当排量提高0.2m3/min时，实际施工压力增加值应比计算值要大；否则，施工存在问题。例如，排量从1.8m3/min提高到2.0m3/min时，井口油压增加值为3.93MPa；而实际施工时若低于该值则说明施工不正常；反之，若施工压力增加值与计算值接近，则说明施工正常。,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,4 判断施工压力是否异常的经验方法,4.2 通过提高排量来验证施工压力是否正常,4.2.2 通过排量每提高0.2m3/min时井口油压增加量来判断,同理，结合表中第一列和最后一列统计可知：当排量从Q1提高到Q2时，井口油压增加值可估算为2 Q2MPa。例如：排量从1.0m3/min提高到1.2m3/min时，井口油压增加约2*1.2=2.4MPa排量从1.2m3/min提高到1.4m3/min时，井口油压增加约2*1.4=2.8MPa排量从1.6m3/min提高到1.8m3/min时，井口油压增加约2*1.8=3.6MPa排量从1.8m3/min提高到2.0m3/min时，井口油压增加约2*2.0=4.0MPa排量从2.0m3/min提高到2.2m3/min时，井口油压增加约2*2.2=4.4MPa,2*Q2,四、喷嘴节流压差计算公式的应用,4 判断施工压力是否异常的经验方法,4.3 判断管柱工作性能是否良好,五、几个基本概念的定义,五、几个基本概念的定义,喷嘴压降：喷嘴某一点在不同时间内的压力变化。喷嘴节流压差：某一时刻喷嘴前后的压力之差喷射压力：喷嘴前端处的压力射流压力：喷嘴前端处的压力围 压：喷嘴下游段的压力喷嘴压力损失：在流体力学中，损失是指流体在运动中能量转化为热能（摩阻引起的）的那部分。因此，喷嘴压力损失是指流体在经过喷嘴产生的局部摩阻的那部分压力，该摩阻转化为热能，是不能利用的。,五、几个基本概念的定义,围压=0,五、几个基本概念的定义,用来切割套管和地层,总能量,局部摩阻，无用功,因此，描述喷嘴前后的能量只能用喷嘴节流压差。喷嘴压降只能描述某一点处不同时刻的压力变化，不能用来描述两点之间的压力变化。,六、结论与建议,1.根据伯努利原理，定义了流量系数，推导出了喷嘴节流压差的通用表达式。该式适用于单喷嘴、多喷嘴等径和不等径的节流压差计算。2.研究发现，流量系数是喷嘴喷射效率的关键因素，流量系数越高，喷嘴的压能转换成动能的比例也就越高，即喷射效率也就越高，当然喷射效果也就越好。而影响喷嘴流量系数的主要有喷嘴结构、内表面粗糙度。因此，在筛选喷嘴时，流量系数是最重要的一个标准。3.考虑到实际加工的难易程度，喷嘴结构优选为圆锥收敛型喷嘴，而材质则使用目前国内抗磨性最好的硬质合金YG6X。,六、结论与建议,4.引入喷嘴当量直径，应用喷嘴节流压差公式可以评价施工过程中由于喷嘴不均匀磨损带来的当量直径变化和节流压差变化，进一步可以估算出喷射速度，从而为是否需要调整参数或更换管柱提供参考。,六、结论与建议,5.建立了喷射系统的压力平衡关系式，该式可以预测加砂前的井口油压。该式表明，要准确预测加砂前的井口油压，必须准确预测喷嘴节流压差和流体摩阻。6.对现场模拟试验数据进行了实例计算，表明喷嘴节流压差公式可以满足工程计算要求。此外，实例计算还表明目前使用的喷嘴流量系数为0.92。7.优选出了流体摩阻计算公式。研究发现，流体摩阻理论计算公式不能满足工程计算要求，而经验公式则能满足工程计算要求，这可以通过预测出的井口油压与实际施工压力的误差来验证。,六、结论与建议,8.分别对直井和水平井进行了实例计算和对比，结果表明，对于施工正常的井，预测的井口压力与实际施工压力误差均在10%以内，可以满足工程计算要求。只是对于水平井，当施工排量大于1.7m3/min时，须对流体摩阻经验公式计算出的摩阻值进行校正。9.上述预测出的井口油压均是指加砂前的施工压力，若再考虑加砂对油管静水压力、环空静水压力和喷嘴节流压差的影响，即可计算出加砂过程中的井口压力变化，并最终预测出整个射孔阶段的压力变化。10.应用预测出的井口油压可以判断地面设备和管柱的工作性能。,六、结论与建议,1.由于现场施工时存在仪表显示排量与实际施工排量不一致的情况，在实际施工时，主要看压力，然后看排量。只要压力达到预测的范围内，则实际排量肯定达到；反之，则不一定。2.继续将压力平衡关系式应用到现场施工中去，进一步验证其可靠性。同时，将预测压力用来作为施工前的参考压力，以指导实际施工。3.对各个区块的施工数据和施工情况进行统计，得出每一个区块的临界喷射排量、临界喷射时间，以提高施工的成功率。4.目前的流体摩阻经验计算公式仅适用于51/2“套管和2 7/8“油管中，对于其他尺寸的井也有必要进行数据统计。,建议：,