式中 τ——钻井液动切力，Pa； L——计算井段长度，m；
Pa——计算井段循环压降，MPa。 （2）若AV＞AVc，则环空井段的紊流压耗Pa为 Pa=
0.81.80.12336PV0.2?mQL(DH?DP)(DH?DP)1.8 （4-14）
式中 PV——塑性粘度，mPa·s。
2）计算钻具内紊流压耗P P=
0.80.12336?mPV0.2Q1.8Ld4.8 （4-15）
式中 d——钻具内径，cm。
3）计算地面管汇压耗Po
0.80.21.8 Po=3.77×10-5?mPVQ （4-16）
则设计井深的总循环压耗Pp为
Pp+ Po+P+Pa
在计算Pa和P时，若流道截面尺寸有变化，应分段计算再相加。 5．喷射钻井的工作方式
一般在软到中软地层采用最大射流冲击工作方式，在硬地层采用最大钻头水功率工作方式。不同的工作方法其分配关系不同。同种工作方式在临界井深前后又有不同的优化方法。两种工作方式的临界井深分别为
0.526pm最大射流冲击力工作方式： LC！=
Qm1.8?K0?K1L1K2?L1 （4-18）
0.357pm最大钻头水功率工作方式： LC2=
Qm1.8?K0?K1L1K2?L1 （4-19）
式中 K0——地面管汇压耗系数；
K1——每米钻铤内外压耗系数之和； K2——每米钻杆的内外压耗系数之和； L1——钻铤长度，m；
Pm——钻井泵的工作泵压，MPa； Qm——钻井泵工作流量，L/s。
这些压耗系数可用总系数 KP计算，它们分别用下式计算：
总压耗系数 KP= K0+ K1L1+ K2（L—L1） （4-20） 地面管汇 K0=3.77×10
-5
0.8?mPV0.2
（4-21）
1?0.8??mPV0.2 （4-22） 4.8?dc?钻铤内外 K1=0.12336??131.8??(DH?Dc)(DH?Dc)??11?0.8???m钻杆内外 K2=0.12336?PV0.2 （4-23） 31.84.8?(DH?Dp)(DH?Dp)dc??? 36
式中 Dc——钻铤外径，cm； dc——钻铤内径，cm； dp——钻杆内径，cm；
根据本地区地层剖面及钻头进尺情况把全井分成若干井段。井身结构、临界井深部分是划分井段的依据。在一只钻头进尺行程范围内，下钻井深和起钻井深是该井段上、下界面，在井深坐标上是两个点。在设计和优选该井段的水力参数时，一般以下界面（即以起钻井深）作为设计井深（L）。
选择好某一种最优工作方式后，就可根据具体条件通过计算优选各水力参数，实现对泵功率的合理分配。两种工作方式的优选条件分别见表3-1-4-2和表3-1-4-3。
表3-1-4-2 最大射流冲击力优选条件 井 深 范 围 流量选择范围 优选流量Q优 泵的工作压力 优选循环压耗PP优 优选钻头压降Pb 最大射流冲击力FJ L＜LC1 Q=Qm Q优= Qm Pm Pp优＜0.526Pm Pb＞0.474 Pm 1.43QmQ优=（L＞LC1 Q＜Qm 0.526pm1/1.8 ）KPPm Pp优=0.526Pm Pb=0.474 Pm 1.43Q优?m?Pb ?m?Pb 表3-1-4-3 最大钻头水功率优选条
井 深 范 围 流量选择范围 优选流量Q优 泵的工作压力 优选循环压耗PP优 优选钻头压降Pb 最大射流冲击力FJ L＜LC2 Q=Qm Q优= Qm Pm Pp优≤0.357 Pm Pb≥0.643 Pm Nb≥0.643 Nm Q优=（L＞LC2 Q＜Qm 0.357pm1/1.8 ）KPPm Pp优=0.357 Pm Pb=0.643 Pm Nb=0.643 N实 6．钻头水力参数计算
（1）钻头压降： Pb= Pm－Pp优。
Pp优为优选循环压耗，将Pb代入下式即可求得优选的喷嘴组合当量直径。
222 de=d1?d2?d3?? （4-24）
Pb=899.27
?mQ22(d12?d222?d3) （4-25）
de =4899.27?mQ2
Pb式中 d1，d2，d3——喷嘴直径，mm； de——当量喷嘴直径，mm。
（2）钻头水功率Nb，比水功率和泵输出水功率Ns： Nb= Pb · Q （4-26）
37
式中 Nb——钻头水功率，kW。
2 钻头比水功率= Nb/（?DH/4）
Ns= Ps · Q （4-27） （3）射流冲击力Fj： Fj=
?mQ2100A （4-28）
式中 A——喷嘴出口截面积，cm3； Fj——射流冲击力，kN。 （4）喷射速度Vb：
Vb =
10Q （4-29） A式中 Vb——喷射速度，m/s。 7．喷嘴组合
理论和实践业已证明，在相同的钻头水力功率条件下，不同尺寸的优选喷嘴组合，能改善井底流场和压力分布状况，提高漫流的清岩作用，减少钻头对井底岩屑的重复破碎，从而提高破岩效率和机械钻速。
喷嘴选择的原则是：
（1）υ215.9mm钻头在软地层中，可采用二大一小，直径比为0.5的组合；在中硬地层中，可用一大一小双喷嘴，直径比为0.5的组合。
（2）大直径钻头，如υ311钻头，可采用一个中心喷嘴加两个不等径喷嘴。 （3）应尽可能选加长喷嘴、斜喷嘴和脉冲喷嘴等。
（4）设计中先求出水眼总面积，再确定最小直径喷嘴（为了防堵，喷嘴直径，一般不小于7mm），然后再配最大直径喷嘴，使直径差尽可能拉大，而总面积不变。
喷嘴组合直径级差多大合适，尚需进一步研究，目前一般采用直径级差δ（两喷嘴直径之差）为1～2mm，或用直径比值q=（0.5～0.62）进行组合。
1）以喷嘴直径差δ进行组合设计 （1）双喷嘴组合：
J1=
2???2de??22 （4-30）
J2= J1 +δ （4-31）
（2）三喷嘴组合：
2de?2?2 J1= －δ+ （4-32）
3 J2= J1 +δ （4-33） J3= J1 +2δ （4-34） 2）以喷嘴直径比q进行组合设计 （1）双喷嘴组合：
J1=
de1?q2 （4-35）
38
J2= （2）三喷嘴组合：
J1=
qde1?q2 （4-36）
de1?q?qqde1?q?q2424 （4-37）
J2= ?qJ1 （4-38）
J3=q2J1 （4-39）
（三）、计算实例
江汉油田某井配备有2台3NB-1300型钻井泵，二开使用的钻头尺寸为υ215.9mm，有一只J22钻头预计钻井的井段为2800～2950m。该井段的钻具组合为：υ215.9mm钻头+υ177.8mm（内径71.44mm）钻铤160m+υ127mm（内径108.6mm）钻杆+υ133.35mm方钻杆。钻井液性能为：
密度ρm=1.2g/cm3粘度计数υ300=25，υ600=35，设计该井段的水力参数。 解：
1．钻井液的流变参数
该钻井液通过实验符合幂律流型，则
n = 3.322lg K = 0.51
35?0.485 25255110.485?0.619(Pa?sn)
2．确定流量
由井壁稳定条件确定最大允许流量Qmax：
??20451?0.619?0.4850.387 Vk = 0.0051??(21.59?12.7)0.485?1.2?2.54?1?2?0.485?????
=1.28（m/s）
最大允许流量Qmax为
Qmax=
?4(21.592?12.72)?1.28?0.1
=30.6（L/s）
根据江汉油田的经验，环空返速一般在1m/s可保证井眼净化，则本井的最小流量Qmin为
Qmin=
?4(21.592?12.72)?1?0.1
=29.93（L/s） 因此，选用一台钻井泵工作，缸套尺寸为υ150mm，泵速为112冲/min，理论流量为30.17 L/s。 3．计算循环压耗 钻杆内流速 Vpi =
30.170.0785?10.862?3.26（m/s）
39
钻杆外环空返速 Vpo = 钻铤内流速 Vci = 钻铤外环空返速 Vco = 判断流态：
层流紊流临界返速
130.170.0785(21.59?12.7)22?1.26（m/s）
30.170.0785?7.142?7.54（m/s）
30.170.0785(21.59?17.78)22?2.56（m/s）
?20626?0.4850.387?0.619?2.540.485?2?0.485 AVc = 0.00508? ?0.485(21.59?12.70)?1.2???? =1.286（m/s）
∵ Vpo＜AVc Vco＞AVc
∴钻铤处环空为紊流，钻杆处环空为层流，则环空压耗为
??16000(2?0.485?1)?30.17 Pab = ??23.14?0.485(21.59?12.7)(21.59?12.7)????0.485?2790?0.619?1.087（MPa）
2500(21.59?12.7)0.12336?100.2?1.20.8?30.171.8?160 Pac = ?0.40（MPa） 1.83(21.59?17.78)(21.59?17.78)由于钻具内截面积小，流速高，故用紊流计算，钻具内压耗。 Pp = Pc =
0.12336?1.20.8?100.2?30.171.8?279010.864.87.144.8?3.07（MPa）
0.12336?1.20.8?100.2?30.171.8?160?1.32（MPa）
地面管汇压耗Po为
Po=3.77×10-5×1.20.8×100.2×30.171.8=0.03187（MPa）
总循环系统压耗Pp为 Pp = Pa +Po+P
=1.087+0.40+3.07+1.32+0.03187 =5.91（MPa） 4．计算钻头压降Pb
当缸套尺寸为150mm时，钻井泵的最大工作压力为27MPa，取75%为工作压力，则工作压力Pm为20.25MPa。
由于钻头所钻地层较硬，故选用最大钻头水功率工作方式。
Ko = 3.77×10-5×1.20.8×100.2=6.865×10-5
K1 = 0.12336??131.8??(21.59?17.78)(21.59?17.78)??0.8-5
1.2?100.2=2.36×10 ?7.144.8??1?0.80.210-6 ?1.2?10=2.996×4.810.86??1K2 = 0.12336??131.8??(21.59?17.78)(21.59?17.78)? 40