钻井工程第四章钻进参数的优选

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。

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1.276 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27.5MPa ，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1.44MPa 。

7.某井井深3200m ，产层压力为23.1MPa ，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0.0072MPa/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。

第四章 试题及答案一、简答题1． 影响钻进速度的主要因素有哪些，哪些为可控制的因素？简要分析这些可控因素对钻进速度的影响。

答：影响因素：地质条件、岩层性质和钻井深度等客观因素；钻头类型、钻井液性能、水力参数、钻压、转速等可控变量。

钻头类型：因不同的钻头类型适用于不同的地层，选择好钻头可获得高的机械钻速。

钻井液性能：密度增加会降低机械钻速；粘度增加会降低机械钻速，固相含量增加会降低机械钻速，钻井液的分散性增加钻速降低。

钻压：增加钻压，提高机械钻速。

转速：增加转速，一般机械钻速提高，但当钻头齿的接触时间小于破碎岩石的接触时间时，钻速降低。

2． 写出修正的杨格模式钻速方程，简要分析该钻速方程中所列因素对钻进机械钻速的影响规律。

答：杨格模式钻速方程为：H P R pc C C hC n M W K 211)(+-=λυ式中 pc υ——钻速，m/h ； W ——钻压，kN ； M ——门限钻压，kN ； N ——转速，r/min ；R K 、λ、2C 、H C 、P C 、h 为无因次量。

钻速方程考虑的因素对钻进机械钻速的影响规律如下：（1）岩石可钻性：它包含了岩石强度，以及与可钻性有关的钻头类型和泥浆性能等对钻速的影响；可钻性越大钻速越高。

（2）井底压差：随着井底压差的增加钻速减小。

（3）单位钻压：随着单位钻压的增加钻速增加。

（4）转速：转速的增加钻速增加。

（5）水力净化和水力参数：随着井眼净化程度和水力能量的提高钻速增加。

（6）牙齿磨损：磨损量增加钻速降低。

3． 什么是喷射钻井？喷射钻井能大幅度提高钻速的主要原因是什么。

答：简单地说喷射钻井就是充分利用钻井液通过喷射钻头所形成的高速射流的水力作用，以提高机械钻速的一种钻井方法。

喷射钻井的一个显著特点，是从钻头喷嘴中喷出强大的钻井液射流。

它具有很高的喷射速度，具有很大的水力功率，它能给予井底岩屑一个很大的冲击力，从而使岩屑及时迅速地离开井底，始终保持井底干净。

工程硕士入学考试?石油工程综合测试?大纲〔油气井局部〕主要内容：第一章钻井的工程地质条件地下各种压力的概念、地层压力与地层破裂压力、岩石的工程力学性质第二章钻进工具常用钻头钻头类型、构造、工作原理、使用方法钻柱的组成、功用、钻柱的受力分析、设计方法第三章钻井液钻井液的作用、组成与分类；钻井液的主要性能、主要固控制方法与设备第四章钻进参数优选钻井过程中各参数间的关系、钻速方程、机械破岩钻进参数优选方法、水力参数优化设计方法第五章井眼轨道设计与轨迹控制井眼轨迹的根本概念、轨迹测量及计算、直井防斜技术、定向井眼轨道设计、定向井造斜工具及轨迹控制第六章油气井压力控制与井控井眼与地层压力系统、平衡与欠平衡钻井、地层流体侵入控制第七章固井与完井井身构造的概念与设计方法、套管柱载荷分析与设计方法、注水泥技术、常用完井方法第八章井下复杂情况与事故处理常见的井下复杂情况类型、相应事故处理方法参考书：主要考察学生对油气田开发过程中的各研究对象及工艺流程、设备等内容的理解和掌握程度，主要内容包括油气藏及流体的物理性质、采油〔气〕工程和油气田开发过程中各工艺环节的根本概念、根本技术原理、设备及其功用、主要工艺流程等，进步油气开采技术的根本方法和原理等。

主要考试内容绪论油气田开发的根本概念、任务、目的、根本方法和系统组成。

第1章油层物理根底油藏流体的物理性质；储层岩石的物理性质；含多相流体的储层岩石的渗流机理。

第2章油藏工程根底油气田开发概论；油气田开发动态分析；油气田开发调整。

第3章完井与试油油气井完井方式；试油；油气层保护。

第4章油气井的流入动态、井筒多相流及气体井筒流动油气井的流入动态及其应用；井筒多相流的流动构造；滑脱损失；气体井筒流动。

第5章自喷与气举采油自喷井的流动过程；自喷的条件和产量；自喷井的管理；气举原理、分类。

第6章有杆泵与无杆泵采油有杆泵的根本装置和原理；泵的分类及根本原理、泵效的计算、影响因素及进步泵效的措施；无杆泵采油的分类、根本装置和原理。

复合钻进条件下钻进参数优选方法研究的开题报告一、选题背景及意义目前，随着钻井技术的不断发展，复合钻具已经逐渐成为钻井领域的主要工具之一。

复合钻具相较于传统钻具，具有载荷大、效率高、使用寿命长等优点，能够适应井深、岩性及地质条件等变化，因此被广泛应用于复杂地质条件下的钻井作业。

在复合钻进条件下的钻进过程中，钻井参数的优选对于提高钻井效率、降低成本和保障钻井安全等诸多方面都具有重要意义。

目前国内外对于复合钻进条件下的钻进参数优选研究较为薄弱，缺乏系统性、实用性的优选方法。

因此，如何建立一种适用于复合钻进条件下的钻进参数优选方法，成为当前钻井领域亟待解决的问题。

二、主要研究内容及方法本研究旨在建立适用于复合钻进条件下的钻进参数优选方法，具体研究内容包括：1. 复合钻具的结构、特点及适用范围的探究；2. 复合钻进条件下的钻进过程相关参数的分析；3. 钻进参数优选方法的建立。

本研究将采用实验和数值模拟相结合的方法进行研究，具体步骤包括：1. 对复合钻具进行结构分析、性能测试和适用范围确认；2. 建立复合钻进过程的物理模型，利用数值模拟方法对钻井参数进行优选；3. 设计实验方案，采用钻进测试系统进行参数测试和比较分析；4. 结合模拟和实验结果，建立适用于复合钻进条件下的钻进参数优选方法。

三、预期成果本研究力求取得如下预期成果：1. 确定复合钻具的结构、特点及适用范围，为钻井实践提供参考。

2. 分析钻进过程相关参数，形成复合钻进条件下的钻井参数体系。

3. 建立适用于复合钻进条件下的钻进参数优选方法，为钻井实践提供技术支持和指导。

4. 发表相关研究论文，提高钻井领域相关研究水平。

第一章钻井的工程地质条件1.钻井的工程地质条件：与钻井工程有关的地质因素的综合。

2.静液压力：液柱自身的重力所产生的压力。

3.上覆岩层压力：该处以上地层岩石基质和孔隙中流体的总重力所产生的压力。

4.地层孔隙压力/地层压力：岩石孔隙中的流体所具有的压力。

5.基岩应力：岩石骨架所承担的部分压力。

6.声波时差法：通过测量声波在不同地层中传播的速度可识别地层岩性、判断储集层、确定地层孔隙度和计算地层孔隙压力。

7.声波时差法原理：8.Dc指数法：机械钻速法，只考虑压差的影响，机械钻速随压差的增大而减小。

9.Dc指数法原理：10.泊松比：水平应力与垂直应力之比。

11.地层坍塌压力：钻井液密度过低，井壁应力将超过岩石的抗剪强度而产生剪切破坏（井眼坍塌扩径、屈服缩径），此时的井眼液柱压力即为地层坍塌压力。

12.三轴应力条件下，岩石力学性质：随着围压的增大，岩石表现出从脆性向塑形的转变，并且围压越大，岩石破坏前所呈现的塑形也越大。

13.岩石的可钻性：岩石抗破碎的能力。

14.岩石的研磨性：岩石磨损钻头的能力。

15.硬度与抗压强度的区别：硬度只是固体表面的局部对另一物体压入或侵入时的阻力，抗压强度则是固体抵抗固体整体破坏时的阻力。

第二章石油钻机及钻井工具1.石油钻机：用来进行油气勘探、开发的成套钻井设备，是由多种机器设备组成、具有多种功能的联合工作机组。

八大系统：动力驱动系统、传动系统、提升系统、旋转系统、钻井液循环系统、控制系统、钻机底座、辅助设备系统。

三种能力：起下钻能力、旋转钻进能力、循环洗井能力。

2.钻柱：钻头以上、水龙头以下部分工具的总称，其主体包括方钻杆、钻杆、钻铤、转换接头及稳定器等井下工具。

3.中性点：钻柱上轴向力等于0的点（N点）。

4.钻铤：与钻杆相比，钻铤的主要特点是壁厚大，具有较大的重量和刚度，可承受较大的轴向压力而不发生弯曲。

5.钻铤的作用：a.给钻头施加钻压；b.保证压缩条件下的必要强度；c.减轻钻头的振动、摆动和跳动等，使钻头工作平稳；d.控制井斜。