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第四章 钻进参数优选

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钻井工程理论与技术

钻井工程理论与技术
(4)编制地下某一标准层的构造图，了解其地质构造特征，验证物探 成果。（构造井）
(5)在有利的集油气构造或油气田范围内，为确定油气藏是否存在， 圈定油气藏的边界，并对油气藏进行工业评价，取得油气开发所
需的地质资料。（探 井） (6)为了编制油田开发方案或在开发过程中为某些专题研究取得资料
数据。（资料井）
3.《钻井工艺技术基础》石油大学出版社，王瑞和编著 4.《钻井工程》郝瑞主编（中等专业用书）。 5.《实用钻井工程》中国石油情报研究所，徐云英主编 6.《喷射钻井理论与计算》石油工业出版社，张绍槐编
著。 7.《最优化钻井理论基础与计算》石油工业出版社，郭
学增编著。
常用的石油论坛
绪论
➢石油钻井概述 ➢钻井技术在石油勘探
2、石油钻井平台介绍
钻井平台：石油钻井的地面配套设备，由多种机 器设备组成的一套大功率重型联合机组，可以满足完 成钻进、接单根、起下钻、循环洗井、下套管、固井、 完井及特殊作业和处理井下事故等要求。
3、石油钻井的种类
(1)把钻井按钻井的目的进行分类：
区域普查井：基准井、剖面井、参数井、构造井 探井：预探井、详探井、边探井 开发井：生产井(油井、气井)、注入井(注水井、 注气井)
与技术、定向钻井工艺与技术 油气井压力控制：地层压力的平衡与控制 固井与完井：井身结构、套管柱设计、油井水泥、
固、完井技术 其他钻井作业：事故处理、取心、套管开窗侧钻
主要参考书
1.《钻井工艺原理》(上、中、下)，石油工业出版社， 刘希圣主编。
2.《钻井事故与复杂问题》，石油工业出版社，蒋希文 编著
探井：为了确定油气藏是否存在及其埋藏位置（预探 井），对油气藏进行工业评价及取得油气开发 所需的地质资料（详探井），圈定油气藏边界 及其储量（边探井）。

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

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。

chapter04机械参数与钻柱.pptx(精)

chapter04机械参数与钻柱.pptx(精)

钻井与完井工程 2011年 2011年9月15日 15日授课内容绪论井身结构设计岩石与钻头钻井液钻井工艺压力控制定向井钻井与防斜固井与完井储层保护上次课内容复习请问：钻头的主要类型有哪些？请问：钻头的主要类型有哪些？第四章：钻进工艺技术（第四章：钻进工艺技术（3）机械参数钻柱 4 第五节机械参数机械参数是指钻头的工作参数 o 钻压 o 转速确定机械参数的方法 o 钻头厂家的推荐 o 对钻头资料进行统计分析机械参数的优选 o 量化优选有困难，可作理量化优选有困难，论探讨机械参数牙轮钻头机械参数软地层采用低钻压、软地层采用低钻压、高转速硬及中硬地层采用高钻压低转速钻头安全承载能力:0.6~0.8kN/mm 钻头安全承载能力:0.6~0.8kN/mm :0.6~0.8 密封滑动轴承不宜采用高转速金刚石钻头在软地层，采用低钻压，在软地层，采用低钻压，高转速硬及中硬地层采用高钻压低转速机械参数优选方法建立钻速方程建立机械钻速模型，该钻速模型与岩石的可钻性、井深、岩石的致密性、井底压差、钻压、转速、水力参数、牙齿磨损建立钻头磨损模型，该模型与钻压、建立钻头磨损模型，该模型与钻压、钻速有关目标函数(每米成本目标函数(每米成本对钻压、对钻压、转速求导优化的基本目标C b + C r ( tt + t Ct = Hb C t − 每米成本，元/ m C b − 钻头成本，元C r − 钻机运转费用，元t − 钻头工作时间，h H b − 钻头进尺， m /h h t t −起下钻及接单跟时间，影响钻速的参数主要有哪些客观因素(固定参数客观因素(固定参数：地质条件岩层性质钻井深度… 具体如：岩石可钻性、致密性、埋藏深度、具体如：岩石可钻性、致密性、埋藏深度、地层对钻压转速的敏感指数等参数。

感指数等参数。

特点：特点：不能任意改变 9 影响钻速的参数主要有哪些主观因素(可调参数主观因素(可调参数钻井液性能和流变性参数机械参数：钻压、转速、机械参数：钻压、转速、钻头类型水力参数：泵型选择、泵压、排量和水眼组合。

(参考资料)钻井工程课后题答案

(参考资料)钻井工程课后题答案

100.21(m)
27(m)
6
计算长度 Lc 100.21m 大于库存量（27m），则实际长度 Lc1 27m 。除了 9in 钻铤、 还要选 1～2 段尺寸较小的钻铤，组成 “塔式钻具组合”（直井防斜打直）。
中性点（P87）：“钻柱上轴向力等于 0 的点”。
n
W (qci Lci ) kB cos i 1
34、某井用 121/4in 钻头钻至 3500m，试进行钻柱设计。 已知：钻头直径 db 121 / 4 in ，井深 D 3500m ；钻井液密度 d 1.23g / cm 3 ；
钻压W 200kN ；拉力余量 MOP 450kN ；安全系数 St 1.30 ；
卡瓦长度 Ls 406.4mm ；正常润滑；井斜角 6 。
解法 1：①计算地层破裂压力的当量密度：
P21、式（1-27）
f
d
pL 0.00981D
1.15
5.9 0.009811000
1.751(g
/ cm3 )
②计算钻开油层所需要的钻井液密度： 采用平衡钻井钻穿油气层，钻井液静液压力等于地层压力。
地层压力： p p 0.00981 p D
P13、式（1-12）
2
补充题：某井将套管下至 1000m 固井后做漏失试验，测得漏失压力为 pL=5.9MPa，井内泥
浆密度为 1.15g/cm3。继续钻进至 2000m 将钻遇油气层，预计油气层压力为 35.0MPa。若
采用平衡压力钻井方法钻穿油气层，能否压漏地层？（或是否需要下技术套管？）
解：等价问题——“钻 2000m 处油层时，使用的钻井液在 1000m 处产生的液柱压力是否会
第一章 钻井的工程地质条件（P41）

第四章 钻进参数优选-金业权

第四章 钻进参数优选-金业权

有: 33.1×0.9=27.79MPa
19.9×0.9=17.91L/s 根据限定条件: 地面泵压以不超过18MPa较合适
则:泵的工作额定泵压Pr=18MPa
工作额定排量Qr=17.91L/s
④计算按最大钻头水功率方式下的临界井深
第一临界井深为: Pr n LNc = 2.8mQ r1.8 m
18 5.7404×10 3 = 2.8 ×5.58 ×10 6 ×17.911.8 5.58 ×10 6 = 5367
第二临界井深为:
LNa Pr n 1 2.8mQa.8 m
18 5.7404 10 3 6 1.8 2.8 5.58 10 16 .75 5.58 10 6 6186
⑤计算优选排量
由于L=4000m小于第一临界井深，故：Qopt=Qr=17.91L/s
⑥确定喷嘴直径
Pb Pr Pl 18 5.05 12.95
0.081 d Q 3 0.081 1.64 17 .913 Nb 232 .3 C 2 d e4 0.98 2 1.36 4
MPa
kW
解:
①确定最小排量Qa
18.24 最低环空返速Va为： Va 18.24 0.515 Dh 1.64 21.59
由于要求环空返速不低于0.7m/s，故取Va=0.7m/s
携岩要求的最小排量：
π 2 Qa = ( Dh - D 2 )Va = 16.75 ( l/s) p 40
m/s
ηe——钻井液有效粘度，Pa· s。
携岩所需的最小排量:
Qa

40
2 2 ( Dh D p )va
（2）计算循环压耗系数 分别计算：Kg、Kc、m、a， KL = a + m D

钻井工程参数优选

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)

钻井工程 第四章 钻进参数优选

第四章钻进参数优选1．某井用直径φ200mm24l型钻头钻进，钻压W＝196kN,转速n=70r/min,井底净化条件较好，钻头工作14h以后起钻，已知Af=2.33×10-3。

求牙齿磨损量hf。

答：2．某井用直径φ200mm21l型钻头钻进，钻压W＝196kN,转速n=80r/min,钻头工作14h以后起钻，轴承磨损到B6级，求轴承工作系数b。

答：求该地区的门限钻压M和转速指数。

答：4．某井使用215.9mm钻头钻进，喷嘴流量系数C＝0.96，井内钻井液密度为1.42g/cm3,排量为16L／s。

若要求井底比水功率为0.418kW/cm2,且三个喷嘴中拟采用一个直径为9mm,另两个为等径。

试求另两个喷嘴的直径，并计算射流水力参数和钻头水力参数。

答：5．某井钻进215.9mm井眼，使用127mm内平钻杆（内径108.6mm）,177.8mm钻铤（内径71.4mm）100m。

测得钻井液性能ρd=1.2g/cm3, PV =0.022Pa·s,Pg=0.34MPa,Q=22L/s。

试求m、a值及井深2000m时循环系统的压力损耗。

答：6．条件同题5，求允许泵压分别为17.3MPa时钻头所可能获得的压降及相应的喷嘴当量直径（喷嘴流量系统C＝0.96）和射流水力参数。

答：7．已知某井用215.9mm钻头钻进，井眼扩大处井径310mm,钻杆外径127mm,排量21L/s。

钻井液密度1.16g/cm3,其范氏粘度计600、300r/min的读数分别为65、39。

岩屑密度2.52 g/cm3，平均粒径6mm。

试校核岩屑举升效率。

答：8．某井采用215.9mm钻头钻进（喷嘴流量系数C＝0.98），177.8钻铤（内径71.4mm）120m,所用钻杆为127mm内平钻杆（内径108.6mm）。

井队配备有两台NB－1000钻井泵，根据经验，对整个循环系统而言，地面泵压以不超过18MPa较合适；Kg取值1.07×10-３MPa·s1.8。

《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。

钻井工程第四章钻进参数的优选

是指客观存在的因素,如所钻的地层、岩性、储层埋藏深度以 及地层压力等。
(2)可控因素
可进行人为调节的因素。如地面机泵设备、钻头类型、钻井 液性能、钻压、转速、泵压和排量等。
• 钻井参数：
表征钻进过程中的可控因素所包含的设备、工具、钻井液以及操作条 件的重要性质的量，如钻头类型、钻井液性能参数、钻压、转速、泵压、 排量、钻头喷嘴直径、钻头水功率等。
实际应用中，以直线段为依据建立钻压（W） 和钻速（Vpc）的定量关系。
即：
Vpc (W M )
式中：M称为门限钻压，它是ab线在
钻压轴上的截距，认为是钻头开始吃入
地层时的钻压，其值的大小主要取决于 岩层性质，有较强的地区性。
2、转速对钻速的影响
钻速随转速的增大而增大，并呈指数关系变化
Vpc n
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 v pc CH C p K R (W M )n dt 1 C2 h
1 dH CH C p K R (W M )n dt 1 C2 h

Af (a1n a2n3 ) dh dt ( Z 2 Z1W )(1 C1h)
v pc
1 K R (W M )n C p CH 1 C2 h

保持钻压和钻速方程中的其它参数恒定，采用两种转速 Nmin 和
N max 钻进同一地层，可得到两个不同钻速值 Vpc min ,Vpc max
入钻速方程，联立求解转速指数
，代

。
保持钻速和转速方程中的其它参数恒定，采用两种钻压 Wmin 和

T
0
dt
Af (a1n a2n3 ) C1 2 hf hf T 0 2 Z2 Z1W

复合钻进条件下钻进参数优选方法研究的开题报告

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。

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三、循环系统压耗的计算
2. 摩阻系数 f
f F (流型、流态、管壁粗糙度、雷诺数）
对牛顿流体的紊流流动：
k f 0.2 Re
内平管：k = 0.053 贯眼式接头的钻杆和下套管井段的环空： k = 0.059 裸眼井段的环空： k = 0.062
管内流：
dv Re
环空流：
( d h d p )v Re
第二节
钻进机械参数优选
一、目标函数的建立
C b C r (T t t ) C H
dH 1 v pc K R (W M )n C pC H dt 1 C2 h
dh dt ( Z2 Z1W )(1 C1h)
A f (a1n a2 n3 )
C F (W，n，hf ，CH，CP）
随着钻头牙齿的磨损，钻速下降。
v pc
1 1 C2 h
C2 —称为牙齿磨损系数, 与钻头齿形结构和岩层性质有关。 h —为牙齿磨损量, 以牙齿的相对磨损高度表示。 新钻头时h =0；牙齿全部磨损时h =1。
一、影响钻速的主要因素及钻速方程
4.水力因素的影响
井底比水功率——作用在井底单位面积上的水力能量。 （1）水力净化井底作用 在一定的钻速下，需要一定的比水功率 才能使井底净化完善。钻速越快，井底净化 完善需要的比水功率越大。当实际比水功率 低于井底净化完善需要值，钻速下降。 水力净化系数—表征水力净化井底程度对 钻速的影响的系数。定义为实际钻速与井底 净化完善时的钻速之比。
一、喷射式钻头的水力特性
（一）射流及其对井底的作用
2.井底射流(淹没非自由连续射流）的特性
（1）等速核和扩散角
（2）流速分布规律 在射流横截面上，中心处速度最大， 向外逐渐减小；在射流轴线上，超过等速 核以后，速度迅速降低； （3）漫流
射流撞击井底后，形成压力冲击波和 沿井底高速流动的液流层。
一、喷射式钻头的水力特性
影响钻速的可控因素：
1. 钻头类型
2. 钻压 3. 转速 4. 牙齿磨损量 5. 水力因素
6. 钻井液性能
一、影响钻速的主要因素及钻速方程
1.钻压对钻速的影响
在某一钻压范围内，钻速与 钻压成正比关系。
Vpc (W M )
门限钻压 M：
几何意义—AB直线在钻压轴上的截 距。 物理意义—牙齿开始压入地层时的钻 压，其大小取决所钻地层 的抗压入强度。
一、喷射式钻头的水力特性
（一）射流及其对井底的作用
4. 射流对井底的破岩作用
对软地层，射流的冲击压力超过地层的破碎强度，直接破碎岩石。 对硬地层， 产生“水楔”作用，扩展微裂纹，降低岩石的抗压入强度。
一、喷射式钻头的水力特性
（二）射流水力参数
用以表征射流水力能量大小的参数。 ■ 喷射速度
vj
Fj
■ 射流冲击力
■ 射流水功率 P j 计算位置：喷嘴出口断面
一、喷射式钻头的水力特性
（二）射流水力参数
1. 喷射速度
10Q vj A0
A0
（工程单位制）

4 i 1
2 di
n
一、喷射式钻头的水力特性
（二）射流水力参数
2. 射流冲击力
Fj
d Q
2
（工程单位制）
100 A0
一、喷射式钻头的水力特性
第二节
极值条件：
C w 0 C 0 n C 0 h f C 1 H C P 1
钻进机械参数优选
约束条件：
二、极值条件和约束条件
0 hf 1 0 B f 1 M 0, M W Z 2 /Z 1 ; M 0,0 W Z 2 /Z 1 n 0
牙齿磨损速度随钻压的增大而增大。当钻压增大到某一极限值时， 牙齿磨损速度趋于无穷大。
dh 1 dt Z 2 Z1W
式中：Z1与Z2称为钻压影响系数, 与牙轮钻头尺寸有关，见表4-1。
钻头的理论极限钻压：
z2 Wmax z1
二、影响钻头寿命的主要因素及磨损方程
2. 转速对牙齿磨损速度的影响
第一节
钻进方程
一、影响钻速的主要因素及钻速方程 二、影响钻头寿命的主要因素及磨损方程
三、钻进方程有关系数的确定
三、钻进方程中有关系数的确定
钻进方程中与实钻条件相关的系数：
M K R C2
Af
b
基本方法：实钻资料反算法
利用新钻头钻速试验资料求取门限钻压、转速指数和地层可钻性系数。 利用该钻头的工作记录确定岩石研磨性、牙齿磨损、轴承工作系数。
Pg 0.51655 d
λ
第一节
钻进方程
一、影响钻速的主要因素及钻速方程 二、影响钻头寿命的主要因素及磨损方程
三、钻进方程有关系数的确定
二、影响钻头寿命的主要因素及磨损方程
影响钻头寿命的可控因素：
1. 钻头类型 2. 钻压 3. 转速 4. 牙齿磨损量
二、影响钻头寿命的主要因素及磨损方程
1. 钻压对牙齿磨损速度的影响
水力参数优化设计
寻求合理的水力参数配合，使井底获得最大的水力能量分配，从而 达到最优的井底净化效果和提高机械钻之目的。
第三节
概述
水力参数优化设计
一、喷射式钻头的水力特性 二、水功率传递的基本关系 三、循环系统压耗的计算 四、钻井泵工作特性 五、水力参数优选标准
六、水力参数优化设计
一、喷射式钻头的水力特性
（一）射流及其对井底的作用
1.射流及分类
射流——指通过管嘴或孔口的过水断面周界不与固体壁接触的液流。
射流分类：
非淹没射流—— ρ 射＞ρ 介， 淹没射流——ρ 射≤ρ 介， 自由射流——无固体边界限制 非自由射流——有固体边界 连续射流——射流内某一点压力(流速）保持平稳 脉冲射流——射流流束内压力（流速）不稳定，发生一定频率的 脉动 空化射流——气体进入液体产生空穴，空穴破裂产生很高的压力 一般地，自钻头喷嘴射出的射流为淹没非自由连续射流。
v pc v pco e
Cp v pc v pc 0
● 压差影响系数Cp：
e p
p pm p p
一、影响钻速的主要因素及钻速方程
5.钻井液性能的影响
（2）粘度对钻速的影响
钻井液粘度增大，钻速降低。
（3）固相含量对钻速的影响
钻井液固相含量增大，机械钻速降低。
（4）分散性对钻速的影响
M
钻速与钻压的关系曲线
一、影响钻速的主要因素及钻速方程
2.转速对钻速的影响
钻速随转速的增大而增大， 并呈指数关系变化。
v pc n

λ—称为转速指数, 其大小与岩性 及井底净化程度 。 极软地层λ≈1，一般小于1， 岩石硬度增大，λ值减小。
一、影响钻速的主要因素及钻速方程
3.牙齿磨损量对钻速的影响
d i2
i 1
n
2. 钻头水功率 Pb
钻井液流过钻头时消耗的水功率与射流水功率的总和。
p2
Pb
0.05 d Q 3 C
2 2 A0

0.081 d Q 3
4 C 2d ne
第三节
概述
水力参数优化设计
一、喷射式钻头的水力特性 二、水功率传递的基本关系 三、循环系统压耗的计算
四、钻井泵工作特性
（一）射流及其对井底的作用
3. 射流对井底的清洗作用
（1）射流的冲击压力作用
射流撞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 岩屑受到一个翻转力矩，从而离开井底。
射流冲击面积
岩屑翻转
一、喷射式钻头的水力特性
（一）射流及其对井底的作用
3. 射流对井底的清洗作用
（2）漫流的横推作用
射流撞击井底后形成的漫流是一层很薄的高速液流（漫流）， 对井底岩屑产生一个横向推力，使其离开原来的位置。
分散性钻井液比不分散性钻井液的钻速低；且钻井液中小于1μm的 固体颗粒越多，对钻速的影响越大。
一、影响钻速的主要因素及钻速方程
6.钻速方程
Young F.S. 模式（1969）：
v pc K R (W M )n λ
修正的Young F.S. 模式：
1 1 C2 h
1 v pc K R (W M )n C pC H 1 C2 h
第四章
第一节 第二节 第三节
钻进参数优选
钻进方程 机械参数优选 水力参数优化设计
概
述
◆ 钻井工程目标：提高钻速，降低成本 ◆ 钻进成本公式：
C pm C b C r (T t r ) C b / T (1 t r / T ) H V pc
◆ 影响钻速 Vpc 和钻头寿命 T 的因素：
五、水力参数优选标准 六、水力参数优化设计
二、水功率传递的基本关系
1.水功率传递路径
钻井泵→地面管汇→钻柱内→ 钻头→环空→地面。
2.水功率传递基本关系
ps Δpg Δpst Δpan Δpb Δpl Δpb
Ps Pg Pst Pan Pb Pl Pb
概
喷射钻井的概念
述
在钻头上安装喷嘴，高压钻井液流过喷嘴时可产生高速水射流，给 井底以很大的冲击力，把岩屑及时冲离井底，并辅助破碎岩石。该技 术称为喷射钻井技术。
水力参数
指表征钻头水力特性、射流水力特性以及地面水力设备性质的量。 主要包括： ◇ 钻井泵的功率、排量、泵压， ◇ 钻头的水功率、压力降； ◇ 喷嘴直径、射流冲击力、射流喷速、射流水功率 ◇ 环空钻井液上返速度。
二、影响钻头寿命的主要因素及磨损方程
4.牙齿磨损速度方程
dh dt (Z 2 Z1W )(1 C1h)