钻进参数优选资料.
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优选钻进参数方法研究及应用
优选钻进参数方法研究及应用摘要：在钻井作业中,如何利用好钻头对整个钻井作业是至关重要的，这是建立在对地层岩性有科学了解、钻头选型正确，而后科学地进行各种参数设计和应用的基础上的。
而对于钻进参数的设计以及在作业中根据钻头不同使用时期进行参数优化是经济有效地使用钻头的关键。
本文主要工作是在以往的优选钻进参数的方法上进行改进，使之能随钻头不同工作时期合理选择钻进参数，并且编制了相应的软件，经过现场应用，效果十分明显。
关键词：钻进参数优化软件钻井设计钻压1.优选钻进参数的意义钻井作业中，在根据地层特性选定了钻头后面临着如何用好钻头，达到最佳的使用效果；即综合考虑钻头的工作性能和使用井段的岩石特点等，合理选择水力参数、钻进参数和钻井液流变参数。
水力参数设计主要包括对排量、泵压、喷嘴、喷射速度、钻头水功率及冲击力等参数进行设计，以求获得最大钻头进尺和最低成本；钻井液参数设计选择主要指选择适当的钻井液类型及相关的性能参数，以求达到稳定井壁、高效携带岩屑的效果。
水力参数设计和钻井液参数设计都不是本文讨论的重点，本文着重讨论钻进参数设计，即优选钻压和转速。
优选钻压和转速就是既要有效破碎地层，又要兼顾钻压和转速对钻头牙齿和轴承的影响，使钻头具有较长的工作寿命。
一般说来，对于硬地层，必须施加较高的钻压才能破坏岩石的抗压强度，而对转速的敏感程度较低，宜采用低转速和高钻压相配合。
对于中硬地层，适当增加钻压和降低转速度可使钻头有效吃入地层，转速对提高钻速有影响，宜采用中等转速和高钻压；对于软地层，钻压加得过大钻头吃入地层过深，钻速反而不高甚至下降，转速对钻速的影响较大，因而采用低转速和高钻压相结合。
如果使用的是密封滑动轴承的牙轮钻头，考虑到轴承的承受能力，厂家给出了W N值(钻压和转速的乘积)，供使用时参考。
如果钻压选择不当，容易造成钻头牙齿的损坏(折断、碎裂、脱落)。
主要原因是牙齿受到“冲击”，而冲击载荷与所加的钻压成正比，与岩石硬度、牙轮的线速度等有关。
钻井钻进技术
井斜方位角示意图
第三章 钻进技术
需要注意的是， 目前广泛使用的磁 性测斜仪是以地球磁北方位为基准的。 磁北方位与正北方位 并不重合而是有 个夹角，称为磁偏角。磁偏角又分为东 磁偏角和西磁偏角。东磁偏角指磁北方 位线在正北方位线的东面，西磁偏角指 磁北方位线在正北方位线的西面。用磁 性测斜仪测得的井斜方位角称为磁方位 角 ，并不是真方位角，需要经过换算 求得真方位角。这种换算称为磁偏角校 正。换算的方法如下： 真方位角=磁方位角+东磁偏角 真方位角=磁方位角-西磁偏角 井斜方位角还有另一种表示方式， 称为“象限角”如图所示。它是指井斜 方位线与正北方位线或正南方位线之间 的夹角。象限角在 0-90度之间变化书 写时需要注名所在的象限，如 N67.5º W 。
Fd≈1/2Wsinα
式中W——切点以下钻铤的重量； α——井斜角。 取决于地层倾角和各向异性等因素。在 多数情况下增斜，也可能降斜 综合考虑上述诸力的作用，在钻头上作 用一对相互矛盾着的力，即：造斜力
3、地层造斜力 Ff
F1=Psinβ+Ff 或 F1=Psinβ—Ff
Fi=Psinβ
式中P——钻压； β——钻头倾斜角。 Fi将使钻头偏离井眼轴线， 即增斜力 。
斜井内钻柱切点以下钻柱受力情况
第三章 钻进技术
2、钟摆力 Fd
斜井内钻柱切点以下钻柱在垂直于井壁 方向产生一个分力。此力使钻头侧向破 碎岩石，使井眼恢复垂直状态，即为钟 摆减斜力。的减斜力Fd近
§3-1 直井防斜技术
钻进通过层状地层时井眼偏斜的原因
钻头在不同方向上的破碎速度
第三章 钻进技术
§3-1 直井防斜技术
（3）地层各向异性 从生产实践和实验室的研究得知，由于岩层的成层状况、层理、 节理、纹理以及岩石的成分、结构、胶结物、颗粒大小等因素造成岩 层在不同方向上的强度不同，一般来说垂直地层层面的强度较小，钻 进时钻头将沿着这个破碎阻力最小的方向倾斜。
钻井工程5-钻进参数优选
达到最优的技术和经济指标。
钻进参数可分为固定参数和可调参数两类：
固定参数－－地层参数、地层可钻性、地层对钻 压、转速、水力参数和钻井液参数的敏感指数，以 及地温梯度、地层化学组分对钻井液的适应性等。 可调参数－－钻进中的机械参数、水力参数、钻 井液性能和流变参数三大类参数。
钻进参数采集
可调参数
二、钻井液性能对钻速的影响
试验证明，钻井液密度、粘度、失水量和固 相含量及其分散性等，都对钻速具有不同程度 的影响。
1.钻井液密度对钻速的影响
钻井液密度的基本作用在于保持一定的液柱
压力，以控制地层内的流体进入井内。
室内试验和钻井实 践证明，提高钻井液 密度，增加井内液柱 压力和地层压力之间 的压力差，将使钻速 急剧下降。
射流轴线上的速度衰减规律
射流在喷嘴出口断面，各点的速度基本是相等的，为初始 速度。随着射流的运动和向前发展，由于动量交换并带动周
围介质运动，首先射流周边的速度分布受到影响，且影响范
围不断向射流中心推进，使原来保持初始速度运动的流束直 径逐渐减小，直至射流中心的速度小于初始速度。射流中心
这一部分保持初始速度流动的流束，称为射流等速核。射流
使作用在井底岩屑上的冲击压力极不均匀。极不均匀的冲击压力使岩屑产生
一个翻转力矩，从而离开井底。这就是射流对井底岩屑的冲击翻转作用。
漫流－－是射流冲向井底以后形成的沿井底的横向流动。 实验研究表明，漫流是紧贴并平行于井底很薄的对井 底遮盖较好的一层横向流动的液流，具有相当高的流速。 它会对井底岩屑产生横向推动力或牵引力，从而使岩屑离 开原破碎点。
洗有非常重要的作用。
射流对井底的破岩作用
多年来的研究和喷射钻井实践表明，当射流的水功率 足够大时，射流不但有清洗井底的作用，而且还有直接或辅
钻机配件技术参数
钻机配件技术参数一、主机参数：1.功率：主机的功率是指钻机发动机的额定功率，单位通常为千瓦（kW）。
2. 转速：主机转速一般以每分钟转数（r/min）为单位，可以是连续变速或多档固定。
转速直接关系到钻机的钻进速度和效率。
3.压力：主机的液压系统工作压力，一般为兆帕（MPa）。
液压系统工作压力越高，可以提供更大的扭矩和力矩，适应更复杂的钻进工况。
二、钻头参数：1. 直径：钻头直径是指钻头刃部最大直径，单位通常为毫米（mm）。
钻头直径决定了井眼的尺寸，直径越大，可钻取更粗的井眼。
2.钻速：钻速是指钻头在单位时间内钻进的深度，单位为米/小时（m/h）。
钻速受转速和井岩性质等因素影响，一般会凭借经验进行调整。
3.钻头类型：钻头根据工作原理和刃部结构可以分为钻头、锚齿钻头、牙轮钻头、钢牙钻头等。
不同类型的钻头适用于不同的工况。
三、钻管参数：1. 直径：钻管直径是指钻杆外径，单位通常为毫米（mm）。
钻杆直径决定了井眼的尺寸，直径越大，可钻取更粗的井眼。
2.长度：钻管长度是指单根钻管的长度，单位通常为米（m）。
钻杆的长度决定了井深的可控范围。
3. 规格：钻管规格一般指钻杆的壁厚和类型，例如，Q series（DQ，DP，ZZ,ACYTY,）等，不同规格的钻杆适用于不同的工况。
四、钳具参数：1.夹紧力：钳具的夹紧力是指夹紧装置的最大夹紧力，单位通常为千牛（kN）。
夹紧力越大，可以提供更大的钻具牢固度和稳定性。
2. 直径范围：钳具直径范围是指钳具能够夹紧的钻具直径范围，单位通常为毫米（mm）。
直径范围决定了钳具的适用范围。
五、顶驱（或吊卡）参数：1.承载能力：顶驱（或吊卡）的承载能力是指能够承受的最大重力荷载和扭矩荷载，单位通常为千牛（kN）和千牛·米（kN·m）。
2.行程：顶驱（或吊卡）的行程是指顶驱（或吊卡）的上下移动距离，单位通常为米（m）。
六、钻柱参数：1.长度：钻柱长度是指钻柱的整体长度，包括了各个组件的长度，单位通常为米（m）。
硬质合金钻进技术参数
■ 一般情况下, 在软岩石或采用小口径钻进时, 可用高转速；当钻进研 磨性大的岩石或深孔钻进, 以及大口径钻进时, 应适当降低转速。
三、冲洗液量
■ 冲洗液量是指钻进时送入孔内的冲洗液的量, 有时也称为送水量或泵量。
■ 硬质合金钻进时, 衡量冲洗液量的指标有: ■ 总泵量Q—指送入孔内的总流量L/min。 ■ 单位泵量q—指每单位钻头直径的泵量L/s·m
。 岩粉量来确定；同时, 还应考虑到冲洗 液的质量。这对钻进效率有很大影响。
■ （一）冲洗液量对钻进的影响 ■ 从理论上看, 增大冲洗液量, 对提高
钻速有一定好处；当冲洗液量不足时, 孔 底颗粒大的岩粉不能被冲起, 从而造成 孔底重复破碎量的增大, 使破碎效率下 降；同时, 过多的岩粉堆积, 也造成合 金散热不好, 使温度增高, 耐磨性降低； 有时还易引起堵水、憋泵的现象。但过 大的泵量会冲毁岩心或孔壁, 并使钻压 下降, 使钻速降低。当采用大泵量时, 则必须给予一定的重视。
■ 在实际生产中, 经常采用两次加压法。两次加压法是在回次初期一个 较短的时 间内, 以不大的钻压钻进, 待合金消除 镶焊质量造成的出刃误 差而适应了孔底 的条件后, 再加全压（额定钻压）钻进。这种加压方 法, 获得了较好的效果。通 常以YG8合金镶焊的钻头, 在初期加压阶段 可采用额定钻压的3/5左右钻进20～ 30min；对YG4C合金钻头, 则初期 加压 钻进约40min。
三 硬质合金钻进技术参数
■ 钻进规程：一般指钻压（轴向压力）， 转速（回转速度）和冲洗液量（泵量） 三个钻进过程中可以控制的工艺参数。
一、钻压
■ 钻压也称轴向压力。硬质合金钻进表示钻压的方式有: ■ 单位钻压或单位压力: 表示每颗（或每组）合金上应加的钻压（压
钻井工程参数优选
确定标准→建立目标函数→在各种约束条件下寻求目标函数的极值点→满 足极值点条件的参数组合即为最优参数。
一、目标函数的建立
衡量钻井技术经济效果的标准：
C pm = Cb + Cr (t + t r ) H
（4-28）
其中: Cpm—单位进尺成本，元/m；Cb—钻头成本，元/只；Cr—钻机作业费，元/h； tt—起下钻、接单根时间，h；t—钻头工作时间,h；H----钻头总进尺,m。
C F = h f + 1 h2 f 2
tf =
bB f nW 1.5
考虑牙齿磨损对 钻头磨速影响后 的钻头寿命系数。
5
tf =
F S
（4-39）
钻进参数优选
机械破岩参数优选
J Hf = E S
= F S
3.目标函数 目标函数
t
f
在此仅考虑 牙齿磨损决 定的寿命
C pm
J = C H C P K R (W − M ) S= E= A f (a1n + a2 n 3 ) Z 2 − Z1W C1 C −C h f + 2 2 1 ln(1 + C2 h f ) C2 C2 C1 2 hf 2
物理意义：考虑牙齿磨损对钻速和磨速影响后 的进尺系数。
则：H f =
J ⋅E S
J/S的物理意义：不考虑牙齿磨损影响时的理论进尺。
4
（4-36）
钻进参数优选
机械破岩参数优选
2.建立钻头寿命t与钻压、转速、 2.建立钻头寿命t与钻压、转速、磨损量等参数的关系 建立钻头寿命
由牙齿磨损决定 的钻头寿命
Af (a1n + a2n3 ) dh = dt (Z2 − Z1W )(1 + C1h)
一、目标函数的建立
衡量钻井技术经济效果的标准：
C pm = Cb + Cr (t + t r ) H
（4-28）
其中: Cpm—单位进尺成本，元/m；Cb—钻头成本，元/只；Cr—钻机作业费，元/h； tt—起下钻、接单根时间，h；t—钻头工作时间,h；H----钻头总进尺,m。
C F = h f + 1 h2 f 2
tf =
bB f nW 1.5
考虑牙齿磨损对 钻头磨速影响后 的钻头寿命系数。
5
tf =
F S
（4-39）
钻进参数优选
机械破岩参数优选
J Hf = E S
= F S
3.目标函数 目标函数
t
f
在此仅考虑 牙齿磨损决 定的寿命
C pm
J = C H C P K R (W − M ) S= E= A f (a1n + a2 n 3 ) Z 2 − Z1W C1 C −C h f + 2 2 1 ln(1 + C2 h f ) C2 C2 C1 2 hf 2
物理意义：考虑牙齿磨损对钻速和磨速影响后 的进尺系数。
则：H f =
J ⋅E S
J/S的物理意义：不考虑牙齿磨损影响时的理论进尺。
4
（4-36）
钻进参数优选
机械破岩参数优选
2.建立钻头寿命t与钻压、转速、 2.建立钻头寿命t与钻压、转速、磨损量等参数的关系 建立钻头寿命
由牙齿磨损决定 的钻头寿命
Af (a1n + a2n3 ) dh = dt (Z2 − Z1W )(1 + C1h)
钻孔灌注桩钻进施工参数
钻孔灌注桩钻进施工参数探究李万全摘要目前钻孔灌注桩钻孔施工速度较慢的情况，已然成为钻孔灌注桩施工的瓶颈问题，本文对影响钻进的各参数及其共同作用进行了分析，针对在不同的地层条件下，各参数宜采用的较为合理值。
关键词钻孔灌注桩钻进速度钻进工艺参数成孔速度随着社会建设的大踏步发展，交通及建筑行业也随之迅猛发展，钻孔灌注桩以其适应性广、承载力大、抗震性能好及环境污染少等特点，越来越被高层建筑所采用。
目前，在钻孔桩钻孔、钢筋笼制作及安装、灌注混凝土等主要工序中，钻孔施工的机械化程度最高，占时也最长，是影响施工工期的重要环节之一。
据统计，在Φ1.0m以下桩施工中，钻孔时间约占成桩总时间的45%～65%，Φ1.2m桩约占55%～75%，Φ1.5m桩占70%以上。
因此，加强钻孔施工管理，提高成孔速度，是缩短成桩时间的关键。
影响钻进的参数及其选择A.泥浆参数在钻孔过程中，泥浆的主要功能是护壁、冲洗、携带钻屑等。
泥浆质量的优劣，对成孔的规整性和成孔速度都具有重要影响。
因各项参数不是独立的，而是交互作用的，所以，施工中必须视地层条件和钻进方式综合考虑，合理选择泥浆参数。
(1)密度。
泥浆护壁一个重要机理就是利用浆液压力平衡地下水压力，因此，孔内泥浆必须保持一定的密度。
与此同时密度过大，会造成泥浆泵或泥浆管堵塞和降低清孔效果，导致成孔速度降低，此外还会增加灌注混凝土的困难。
密度的控制应视地层和循环方式而定。
在反循环钻进中，一般宜选择1.02～1.05g/cm3，松散易坍塌地层以1.06～1.10g/ cm3为宜；在正循环钻进中，一般宜选择1.10～1.15g/ cm3，松散地层以1.15～1.20g/ cm3为宜。
(2)粘度。
它与泥浆内部构造及固含量相关。
粘度过小，不能有效携带岩屑，且易漏失；粘度过大，会增加钻井阻力和流动阻力，增大钻头旋转时动力消耗，降低对工作面的冲刷效果，在粘土层钻进中还易造成泥包钻头现象而影响钻孔速度。
第1讲 钻进参数优选技术
最优化钻井技术
第一讲 钻进参数优选技术
0、前言
1、最优化钻井技术发展历史
2、最优化钻井技术的研究内容 3、钻进过程中各参数间的基本关系 4、钻进参数优选
最优化钻井技术
第一讲 钻进参数优选技术
1、最优化钻井技术发展历史 1.1 概述
钻井技术发展的三个阶段
（1）经验打井阶段
（2）科学化钻井阶段
VPC1 VPC 6 VPC1
1 1 C2 h
1 1 C2 h
（4-17） （4-18）
VPC 5 KC p CH (Wmax M 1 )nmin
由式(4-17)除式(4-18)可消去方程中的不变量
最优化钻井技术
第一讲 钻进参数优选技术
3、钻进过程中各参数间的基本关系
整理可得:
率(称为比水功率)来表示。
（2）水力净化井底
最优化钻井技术
第一讲 钻进参数优选技术
3、钻进过程中各参数间的基本关系
4）水力因素对钻速的影响
是否存在 CH>1 ?
（2）水力净化井底
CH v pc v ps P Ps (4 4)
式中 CH为水力净化系数 Ps为净化完善时所需的 比水功率,kW/cm2
M1 Wmin
Wmax Wmin VPC 2 VPC5 VPC 2
(4-19)
同理,由3,4两点的试验数据,可得该试验转速下的门限钻压M2。
M 2 Wmin
Wmax Wmin VPC3 VPC 4 VPC3
(4-20)
•取M1,M2的平均值,即为该地层的门限钻压值M.
3、钻进过程中各参数间的基本关系
第一讲 钻进参数优选技术
0、前言
1、最优化钻井技术发展历史
2、最优化钻井技术的研究内容 3、钻进过程中各参数间的基本关系 4、钻进参数优选
最优化钻井技术
第一讲 钻进参数优选技术
1、最优化钻井技术发展历史 1.1 概述
钻井技术发展的三个阶段
（1）经验打井阶段
（2）科学化钻井阶段
VPC1 VPC 6 VPC1
1 1 C2 h
1 1 C2 h
（4-17） （4-18）
VPC 5 KC p CH (Wmax M 1 )nmin
由式(4-17)除式(4-18)可消去方程中的不变量
最优化钻井技术
第一讲 钻进参数优选技术
3、钻进过程中各参数间的基本关系
整理可得:
率(称为比水功率)来表示。
（2）水力净化井底
最优化钻井技术
第一讲 钻进参数优选技术
3、钻进过程中各参数间的基本关系
4）水力因素对钻速的影响
是否存在 CH>1 ?
（2）水力净化井底
CH v pc v ps P Ps (4 4)
式中 CH为水力净化系数 Ps为净化完善时所需的 比水功率,kW/cm2
M1 Wmin
Wmax Wmin VPC 2 VPC5 VPC 2
(4-19)
同理,由3,4两点的试验数据,可得该试验转速下的门限钻压M2。
M 2 Wmin
Wmax Wmin VPC3 VPC 4 VPC3
(4-20)
•取M1,M2的平均值,即为该地层的门限钻压值M.
3、钻进过程中各参数间的基本关系
综合考虑成本和钻速的PDC钻头钻进参数优化设计
综合考虑成本和钻速的PDC钻头钻进参数优化设计金业权;王茂林【摘要】传统的钻进参数优化模型不适用于PDC钻头.针对传统模型的不足,在牙轮钻头钻进参数优化理论的基础上,引入钻井成本和钻速权重系数,结合PDC钻头钻速方程、磨损方程和钻速随累积进尺的变化规律等基本方程,建立了钻井成本和钻速双目标约束下的PDC钻头钻进参数优化模型.该模型可根据降低成本或提速的具体目标设置钻井成本系数和钻速系数,在同时考虑成本和钻速的条件下对钻进参数进行优化设计.川西新场地区实钻资料的计算结果显示,经过参数优化后PDC钻头的单位进尺成本降低,同时钻速提高,这表明该模型可以用于双目标下PDC钻头钻进参数的优化设计.%In order to make up the shortage of traditional drilling parameter optimization model that can't apply to PDC bits,based on the roller cone bit drilling parameter optimization theory,this paper in-troduced the parameters of drilling cost and drilling speed. Combined with PDC bit drilling rate equation, wear equation and variation of drilling rate with the cumulative footage, the dual-goal PDC bit drilling pa-rameter optimization model was built taking drilling rate and cost into account. This model can set drilling cost coefficient and drilling rate coefficient according to the specific objectives of cost reduction or speed in-crease, optimize and design the drilling parameters taking into account the costs and drilling rate. The cal-culation of drilling data in Xinchang site in western area of Sichuan verified the validity of the model,which indicated that this modal could be used for PDC bit drilling parameter optimization design with the dual goals.【期刊名称】《石油钻探技术》【年(卷),期】2012(040)005【总页数】4页(P13-16)【关键词】钻井成本;机械钻速;PDC钻头;钻井参数;优化设计【作者】金业权;王茂林【作者单位】中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266580;中国石油川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院,四川德阳618300【正文语种】中文【中图分类】TE921+.1传统的钻进参数优化模型针对的是牙轮钻头，以单位进尺成本为目标函数，不能满足PDC钻头钻进参数优化设计的需求。
钻进参数的优选方法
密度计
（2）钻井液粘度对钻速的影响
在一定的地面功率条件下，钻井液粘度增大，将会增大环空压降， 在一定的地面功率条件下，钻井液粘度增大，将会增大环空压降，钻头 获得的水功率降低，钻速降低； 钻井液粘度增大，钻柱内压耗增大， 获得的水功率降低，钻速降低； 钻井液粘度增大，钻柱内压耗增大， 在泵压一定时钻头压降增大， 功率减小，清岩和破岩能力降低， 在泵压一定时钻头压降增大，钻头水 功率减小，清岩和破岩能力降低， 钻速下降。 钻速下降。
不同形状、 不同形状、直径的牙齿
牙齿磨损与钻速的关系曲线
牙轮钻头
4.水力因素对钻速的影响 4.水力因素对钻速的影响
通常用井底单位面积上的平均水功率(称为比水功率) 通常用井底单位面积上的平均水功率(称为比水功率)来研究 水力因素对 井底单位面积上的平均水功率 钻速的影响规律。 钻速的影响规律。 水力因素主要从以下两个方面影响钻速 （1）水力净化井底 ） 井底比水功率越大，净化程度越好， 井底比水功率越大，净化程度越好， 钻 速越快。 速越快。 水力净化能力通常用水力净化系数CH 水力净化能力通常用水力净化系数 表示,其含义为实际钻速与净化完善时的 表示 其含义为实际钻速与净化完善时的 钻速之比， 钻速之比，即： vpc P C = = H vpcs P s 井底完全净化后， 井底完全净化后，CH=1；否则，CH＜1。 ；否则， ＜ 。
二、 钻头磨损
1. 钻压对牙齿磨损速度的影响
牙齿磨损速度随钻压的增大 而增大。 而增大。当钻压增大到某一 极限值时， 极限值时，牙齿磨损速度趋 于无穷大。 于无穷大。
dh ∝ dt Z
2
1 − Z 1W
钻压与牙齿磨损速度的关系曲线
Z1与Z2 称为钻压影响系数 与牙 与 称为钻压影响系数, 轮钻头尺寸有关。 轮钻头尺寸有关。 当钻压等于Z2／ 时 牙齿的磨损 当钻压等于 ／Z1时,牙齿的磨损 速度无限大。 速度无限大。 Z2／Z1是该尺寸钻头的理论极限 ／ 是该尺寸钻头的理论极限 压。
20101129-第五章 钻进参数确定
第一节钻井液及其流变特性简介钻井液体系¾牛顿型液体¾塑性型液体（最常见）¾假塑型液体¾膨胀型液体（极少遇到）大多数钻井液属于塑性流型，用淀粉类处理剂配制的钻井液有时呈膨胀流型。
第二节钻进过程基本关系1、钻压对钻速的影响钻压与钻速的关系曲线)(M W v m −∝式中：V m ：为钻速(m/h)；W：为钻压（KN）；M：门限钻压（KN），即图中AB线在钻压轴上的截距，相当于牙齿开始压入地层时的钻压，其值的大小主要取决于岩石性质，并具有较强的地区性。
2、转速对钻速的影响转速与钻速的关系曲线λnv m ∝式中：λ称为转速指数，一般小于1，数值大小主要与岩石性质有关。
n为转速，单位为r/min。
为压差影响系数，定义为实际钻速与本节小结1、掌握：影响钻速的主要因素及其影响规律；门限钻压、牙齿磨损量的概念，修正杨格钻速方程反映的各因素对钻速的影响规律。
2、熟悉：钻井液的功用、组成及分类；钻井液的流动特点。
3、了解：钻井液常用流变模式及其适用的钻井液体系；钻井液流变参数的测量仪器，目前已有的钻速方程及其特点。
作业：第171页第1题。
第三节钻压、转速确定目前在实际工作中，钻头的最优牙齿磨损量（工作时间）、钻压、转速一般都根据钻头生产厂家推荐值，并结合邻近井或邻近区块的经验确定。
教材第151页至152页表6-1到6-4给出了一些钻头的推荐值，实际工作中可查钻头使用手册。
印刷错误纠正：表6-1：第3列第2行，“钻压/kN”应为“钻压（kN/mm）”。
表6-2：第4列第2行，“按直径估算/kN”应为“按直径估算（kN/in）”。
表6-3：第2列第2行，“钻压/kN”应为“钻压（kN/in）”。
第四节钻进循环流动压耗计算3、工作状态¾额定泵压工作状态：¾额定功率工作状态：4、选用提示选缸套时，应选择额定排量等于或略大于需要排量的缸套，这样才能充分发挥泵的能力。
钻井工程理论与技术课后题答案
第一章 钻井的工程地质条件2.简述地层沉积欠压实产生异常高压的机理。
答：异常高压的形成是多种因素综合作用的结果，对于沉积岩地层的异常高压，目前世界上公认的成因是由于沉积物快速沉降，压实不均匀造成的。
在稳定沉积过程中，若保持平衡的任意条件受到影响，正常的沉积平衡就破坏。
如沉积速度很快，岩石颗粒没有足够的时间去排列，孔隙内流体的排出受到限制，基岩无法增加它的颗粒与颗粒之间的压力，即无法增加它对上覆岩层的支撑能力。
由于上覆岩层继续沉积，负荷增加，而下面基岩的支撑能力没增加，孔隙中的流体必然开始部分地支撑本来应的岩石颗粒所支撑的那部分上覆岩层压力，从而导致了异常高压。
3.简述在正常压实的地层中岩石的密度、强度、孔隙度、声波时差和d c 指数随井深变化的规律。
答：在正常压实的地层中岩石的密度随井深的增加而增加；强度随井深的增加而增加；孔隙度随井深的增加而减小；声波时差随井深的增加而减小；d c 指数随井深的增加而增大。
5.某井井深2000m ，地层压力25MPa ，求地层压力当量密度。
解： ))0.00981250.009812000 1.276h h P H ρ==⨯=(g/cm 3)答：地层压力当量密度是 g/cm 36.某井垂深2500m ，井内钻井液密度为1.18 g/cm 3，若地层压力为，求井底压差。
解：()27.52500 1.180.0098127.5 1.44b h P P P gh MPa ρ∆=-=-=⨯⨯-=答：井底压差是。
7.某井井深3200m ，产层压力为，求产层的地层压力梯度。
解： ()23.132000.0072/h h G P H MPa m ===答：产层的地层压力梯度m 。
9.岩石硬度与抗压强度有何区别答：岩石硬度是岩石表面的局部抵抗外力压入的能力，抗压强度则是岩石整体抗压的能力。
10.岩石的塑性系数是怎么样定义的吗简述脆性、塑脆性和塑性岩石在压入破碎时的特性。
答：（1）岩石的塑性系数是表征岩石塑性和脆性大小的参数；（2）脆性岩石在压入破碎时的特性：只有弹性为变形无塑性变形；塑脆性岩石在压入破碎时的特性：先产生弹性变形后产生塑性变形，最后发生塑性破碎；塑性岩石在压入破碎时的特性：只有塑性变形而无脆性破碎。
第五章 钻进工艺技术
二、钻井液的功用及类型 钻 井 液 ： drilling fluid ， 钻 井 泥 浆 drilling mud ，各类钻井液中应用最广泛的是 粘土与水混合后的悬浮液，所以原来称为泥 浆。现在在正规的场合都称钻井液，因为它 的成分已发生了变化，如清水、油基、清洁 盐水、泡沫液等，其中粘土不再是主要成份 了。
H——地层深度 m ρm——洗井液密度 g/cm3
近平衡压力钻井时：
m
100 Pp H
m
H m Pm s 1Pp 100
用压力表示：Pm Pp Pm 或
S——附加压力系数
钻油气层时，=0.05-0.10 钻气层时， =0.07-0.15
Pm 3.5MPa
井斜的标准不统一，生产井、探井以及各油田都是不太一样的。 （1）生产井、注水井、资料井的标准如表7-1。
（2）探井：2000m，最大 a <5°
2500m 3200m a <6° a <8°
严格讲这不太科学，所以规定了井斜角变化率<3°/100m的标准。
四、井斜原因
1、地质因素 1）地层倾角：
a. 当地层倾角小于45°（地层面与水平面的夹角）时，井眼轴线偏斜时趋 向与层面垂直，即斜向上倾方向。
2、钻柱弯曲 1）井眼直径大于钻头直径 10%～20%甚至更大
2）钻铤直径小于钻头直径，加压时将变斜
3）钻柱弯曲，钻压过大，钻柱失稳弯曲 3、其它原因。 1）设备安装不正 2）钻具已弯曲 3）加钻压时不均匀
五、井斜的控制 1、井斜的防止
应当防止井斜的变突变化出现“狍腿”，限制全角变
化率不使太大，一般以小于0.5°/30m为宜。 1）减小侧向力 2）减小钻铤的弯曲，钻压适当，铤直径要大，用扶正器 3）防止井眼扩大
常用钻井参数
冲程
缸套
活塞
泵压
泥浆泵的压力，可通过泥浆泵压力表读取泵压数据。
通过观察泵压的变化，可 判断井下情况，如：泵压 突然下降，说明泥浆泵上 水不好，管线刺漏或钻具 刺漏等。
转盘转速
钻盘在单位时间内转动的圈数，单位：r/min
转盘的作用： 通过调整转盘转动的速度可控制钻井 速度。（复合钻进） 通过调整转盘的转动角度，可Байду номын сангаас行定 向作业。
常用钻井参数
大钩悬重
指重表所指示的数值,即大钩 悬重值 大钩悬重值，可用下式求得钻 压大小： 钻压=钻具的总重一大钩悬重。
钻压
钻头作用于与其直接接触的另一物上的力 钻压=钻具的总重一大钩悬重。
钻压
泵冲
单位时间内泥浆泵活塞往复运动的次数
利用泵冲可计算钻井 液流量
Q=3.14*R2*L*N*/ T
机械钻速
机械钻速是指钻井中钻头在单位时间内的 钻进进尺。它的计算公式为：
机械钻速=钻进进尺（米）／纯钻进时间 （小时） ，单位为：米／小时（m／h）。 纯钻进时间是指钻头接触井底，破碎岩石， 形成井眼的钻进时间。
机械钻速是反映钻进速度快慢的参数，它 是一口井的钻井速度快慢的重要技术经济 指标，也是衡量一个钻头优劣的重要指标。
方入
转盘补心以下方钻杆的长度。 方入=方钻杆长-转盘补心以上方钻杆长，量转盘补心以上方钻 杆长可以得到方入数据：实际井深=钻具总长+方入一地面至转 盘高度。
方余
下井管柱遇阻或达到预定深度时，管柱在四通上法兰面以上所剩 余的长度。
立压
立管压力的简称,又称油压,是石油钻井作业过程 中的立管压力
钩速
大钩提升、下放的速度，单位：m/s
第5章钻进工艺技术(钻进参数优化、井斜及控制)
的关系，建立目标函数与机械破岩参
(1)建立钻头进尺H与钻压、转速、牙齿磨损量等参数的关系
dH 1 Vm CH C p K R (W M )n dt 1 C1h
1 dH CH C p K R (W M )n dt 1 C1h
Af (a1n a2n3 ) dh dt ( Z 2 Z1W )(1 C1h)
二、钻头牙齿磨损速度方程
Af (a1 n a2 n3 ) dh VH dt (Z 2 Z1W )(1 C1h)
Af 地层研磨性系数，由实验确定；
a1和a2 转速影响系数，由钻头类型决定；
Z1和Z2 钻压影响系数，由钻头直径决定； C1 牙齿磨损减慢系数，均可从相应表中查得。
C2—牙齿磨损系数， 与钻头结构和岩石性质有关。 h—牙齿磨损量=s/H， 牙齿磨损掉高度/原齿高 新钻头h=0；牙齿全部磨损时h=1。
h ，Vm
s
H
二、钻压
是直接作用于钻头上的压力，是使钻头破 碎岩石的最基本参数。
oa段：钻压小，钻速很小
ab段：钻压增大，钻速随钻压 增大，呈线性关系增加 bc段：当钻压增大到一定值Wb 时，钻压增大，钻速改进效果 并不明显。
射流对井底的清洁净化作用
（1）漫流的横推作用 射流冲击井底后，钻井液便从冲击中心向四周高流速作横向流动，形 成漫流，从而对井底岩屑产生一个横向推力，使其离开原来的位置。 （2）射流的冲击压力作用 射流冲击井底后形成的冲击压力极不均匀，极不均匀的冲击压力使岩 屑受到一个翻转的力矩，从而离开井底。
克服压持效应依靠射流的冲击压力和漫流的横向推力。 增大射流喷速和流量 (增大钻井液在井底的水力能量) 常用钻头水功率表示井底的水力能量：
(1)建立钻头进尺H与钻压、转速、牙齿磨损量等参数的关系
dH 1 Vm CH C p K R (W M )n dt 1 C1h
1 dH CH C p K R (W M )n dt 1 C1h
Af (a1n a2n3 ) dh dt ( Z 2 Z1W )(1 C1h)
二、钻头牙齿磨损速度方程
Af (a1 n a2 n3 ) dh VH dt (Z 2 Z1W )(1 C1h)
Af 地层研磨性系数，由实验确定；
a1和a2 转速影响系数，由钻头类型决定；
Z1和Z2 钻压影响系数，由钻头直径决定； C1 牙齿磨损减慢系数，均可从相应表中查得。
C2—牙齿磨损系数， 与钻头结构和岩石性质有关。 h—牙齿磨损量=s/H， 牙齿磨损掉高度/原齿高 新钻头h=0；牙齿全部磨损时h=1。
h ，Vm
s
H
二、钻压
是直接作用于钻头上的压力，是使钻头破 碎岩石的最基本参数。
oa段：钻压小，钻速很小
ab段：钻压增大，钻速随钻压 增大，呈线性关系增加 bc段：当钻压增大到一定值Wb 时，钻压增大，钻速改进效果 并不明显。
射流对井底的清洁净化作用
（1）漫流的横推作用 射流冲击井底后，钻井液便从冲击中心向四周高流速作横向流动，形 成漫流，从而对井底岩屑产生一个横向推力，使其离开原来的位置。 （2）射流的冲击压力作用 射流冲击井底后形成的冲击压力极不均匀，极不均匀的冲击压力使岩 屑受到一个翻转的力矩，从而离开井底。
克服压持效应依靠射流的冲击压力和漫流的横向推力。 增大射流喷速和流量 (增大钻井液在井底的水力能量) 常用钻头水功率表示井底的水力能量：
第五章钻井参数优选介绍
第二节 水力参数的优选
喷射钻井中从钻头喷嘴中喷出的钻井液射流，速度高、水功率大，不仅能使 岩屑及时迅速离开井底，始终保持静底清洁，而且在一定条件下能直接破碎岩石。 这就是喷射钻井能大幅度提高钻速的主要原因。因此，如何选择泵型、泵的工作 方式，优选泵压、排量、喷嘴组合是合理利用地面泵功率、他，提高钻井效率的 关键，也是水力参数优化钻井的中心内容。
令
射流动压力：射流具有一定的密度，又有一定的速度。在射流前进方向上遇到 障碍物时，射流将给障碍物一个压力，着个压力就是射流具有的动压力。 射流任一点的动压力与该点射流速度和射流液体密度有关：
其分布规律与速度分布分布规律相近： （1）在射流的任一截面上，中心动压力最大，自中心向外，动压力急剧衰减，在 射流边界上动压力为零。 （2）射流等速核内各处的动压力相等，都等于射流刚出口时的动压力。 （3）在射流中心轴线上，超过等速核以后，动压力急剧下降：
提高冲击压力对井底的净化作用，必须提高冲击压力梯度，需 增大射流出口动压力和射流压力减低系数，或缩小喷嘴直径。
漫流的横推作用： 漫流是射流冲到井底后形成的沿井底的横向流动。 漫流是紧贴并平行于井底很薄的对井底遮盖较好的一层横向流动的液流，具 有相当高的流速。其对井底岩屑产生横向推动力或牵引力，从而使岩屑离开原破 碎点。 作用特点： 在射流冲击面积以内，射流冲击中心的漫流 速度为零；离开中心，漫流速度逐渐增大；在射 流冲击面积边缘漫流速度达到最大。
2. 泵的工作状态
3. 喷射钻井工作方式及最优条件
肯达尔和戈因斯分别从射流对井 底作用能量和压力等不同观点， 以井西能获得某一水力参数的最 大为目标，提出了： 最大钻头水功率工作方式 最大射流冲击力工作方式
最大喷射速度工作方式
(1) 最大钻头水功率工作方式Pbmax
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• 1.2 钻头特性和使用要求 设计机械破岩参数必须考
虑钻头的承载力、机械钻速 和寿命、类型和结构特点以 及优化使用要求。
• 1.2.1 钻头承载力
牙轮钻头的承载力相对金刚 石材料钻头要高一些，这和 它们的结构特点和耐冲击的 能力有关系。钻头的承载力 还和其直径有关，直径越大， 承载力就越大。施加给钻头 的钻压不能超过其承载力， 否则会使钻头短命。
最基本和最重要的因素。地层 的各项机械力学特性对机械参 数的设计都有影响。
这些特性大都有了成熟的实 验方法。所得到的定量和等 级指标与钻压、转速之间也 有了一般相关关系的认识。
目前国内外主要用岩石的 抗压强度、硬度和可钻性来 进行机械参数设计，塑脆性 和研磨性是机械破岩参数设 计的参考指标。
一般随井深的增大，岩石的 抗压强度和硬度逐渐增大，可 钻性逐渐变差，且逐渐由脆转 塑，因此钻压一般随井深逐渐 增大，转速一般随井深先增后 减。但应注意一些特殊地层， 如异常高压地层、盐岩地层、 砾石层等(画图)。
• 1.2.2 钻头类型和结构特点
牙轮钻头钻压一般在30～ 300kN范围，金刚石钻头在30～ 80kN范围。滚动轴承牙轮钻头的 转速范围一般可达200r/min，滑 动轴承钻头的在30～80r/min， 金刚石钻头的转速范围一般在 150～400r/min。
• 1.2.3 钻头的钻速、寿命和进尺
厂家推荐的钻压和转速范 围是一个参考，所设计的钻 压和转速一般不超过厂家推 荐范围的上限，且一般不能 同时取上线,具体还应考虑钻 压和转速的乘积值。但可以 小于其下限。
• 1.2.5 钻头优化使用要求 跑合： 造型： 磨损过程中的钻压调节：
• 1.3 钻机和钻井方法的限制
所设计的机械破岩参数 都是在确定类型的钻机和采 用一定的钻井方法的基础上 来实施的，故设计机械破岩 参数必须考虑钻机功率、类型 和钻井方法的限制。
• 1.3.1 钻机分配给钻头的破岩
功率对机械参数设计的限制
• 钻机功率的分配：
• 顶驱钻和转盘钻破岩功率的来 源：旋转系统，旋转系统功率 =空旋转钻柱的功率+旋转钻头 的功率。
• 井下动力钻破岩功率的来源： 循环系统，其功率=循环钻井 液的功率+动力钻具消耗的功 率+钻头消耗的功率。
• 复合钻破岩功率的来源：旋 转和循环系统，且以后者为 主。
表5 江汉钻头长推荐的钻压和转速
钻头 IAD 正常钻压 型号 C代 kN/㎜
码
转速 r/min
钻头 IAD 正常钻压 型号 C代 kN/㎜
码
转速 r/min
ATJ- 116 0.35-0.90 180-80 MAX 115 0.20-0.70 220-40
1
-G1
ATJ- 427 0.35-0.90 140-60 MAX 435 0.20-0.70 350-80
如果w和n过大，钻头的钻速快，
但寿命短，进尺小，起下钻频繁； 反之，虽寿命长，但钻速慢，钻 进的效率低，进尺也不会大；我 们的目标是钻头能获得较大的进 尺和整体钻井作业的较好的技术 经济效果。
• 1.2.4 厂家推荐
根据钻头的承载力、类型和结 构特点，考虑钻头的机械钻速 和寿命以及现场使用的统计数 据，钻头生产厂家会给出其钻 头的钻压、转速的推荐值范围 (表5)。
4)直流电动机驱动钻机：同上。
5)交流变频电驱动钻机：同上。
• 井下动力钻：
1)涡轮钻具额定转速较高。其工 作转速由外转矩决定，随外转矩 的增大工作转速减小。经验证明， 直径在127～254㎜之间，普通涡 轮钻具的最大功率和最优效率所 对应的转速处在400～800r/min 内。
2)螺杆钻具的特点是扭矩增加 而转速不变，从空载到满载， 速度降低一般不超过10%。螺 杆钻具的转速与泵的排量成 正比，一般200rpm左右。
05C
-11H
ATJ- 517 0.35-1.00 120-60 ATX- 435 0.20-0.70 200-80
225
11
ATM- 117 0.35-0.90 300-80 J11C 447 0.50-0.70 150-160 G1
ATM- 547 0.5-1.05 220-40 J33C 547 0.60-0.90 80-40 33C
第四章 钻进参数优选
• 钻井的定义和基本工作： • 钻井的目标和影响因素分类： • 钻进参数及其优选：优选是指在一定的客
观条件下，根据不同参数配合时对钻井目 标的影响规律，选择合理的钻进参数配合， 使钻井达到最优的技术经济效果。 • 本章内容：机械破岩参数和水力破岩参数 的设计
第一节 机械破岩参数设计
• 转盘钻和顶驱钻：
1)柴油机－机械传动钻机：一 种硬驱动特性钻机，每档转 速恒定。如大庆130－Ⅱ型钻 机，一档转速是67rpm，二档 117rpm，三档217rpm。
2)交流恒频电驱动钻机：同上。
3)柴油机－液力变矩器钻机： 一种软驱动特性钻机，每档转 速有一定范围，且在其范围内 自动调节，基本恒功率输出。
主要是在井相对较深、井 斜较大、旧钻机或钻机功率 相对有限等的情况下有功率 对机械参数设计的限制问题， 应加以考虑。
• 1.3.2 钻机类型和钻井方法对 转速的限制
• 钻机类型：按照动力和传动系 统特性不同,钻机可分为硬驱动 特性钻机和软驱动特性钻机两 种类型。前者的几档转速是恒 定的，后者的几档转速都在一 定范围内随旋转载荷而变化。
• 定义：钻压w(kN)和转速n(rpm)。
• 设计方法：数学优化法和经验 法。经验法是通过直接对机械 破岩参数设计影响因素的分析， 掌握其影响规律，再结合
现场经验来综合设计钻压和 转速。这种方法不用现场测 量许多数据，方便实用，油 田大都使用经验法。
1 机械破岩参数设计 的影响因素分析
• 1.1 地层性质 是影响机械破岩参数设计的
• 1.4 破岩、清岩与携岩的协调
• 1.4.1现代旋转钻井的破岩方式
总体是机械和水力联合破岩。对 极软地层，以水力破岩为主，机 械破岩为辅；岩石由软变硬，破 岩方式逐渐变为机械破岩为主， 水力破岩为辅；对硬到极硬的地 层，只有机械破岩作用。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 1.4.2 清岩和携岩 • 1.4.3破岩、清岩和携岩的关系