钻井工程_濮阳职业技术学院_第二章钻进参数优选.ppt

第二章 钻进参数优选 第一节 钻进方程 第二节 机械参数优选 第三节 水力参数优化设计 1.钻压对钻速的影响 一、影响钻速的主要因素及钻速方程 2.转速对钻速的影响 4.水力因素的影响 5.钻井液性能的影响 （2）粘度对钻速的影响 5.钻井液性能的影响 钻头的理论极限钻压： 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。 （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。 （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。 1.水功率传递路径 钻井泵→地面管汇→钻柱内→ 钻头→环空→地面。 5.提高钻头水力参数的途径 1. 钻井泵的水力特性 额定功率——钻井泵的最大输出功率， 额定泵压——所用缸套的允许工作压力， 额定排量——额定功率和额定泵压下的最大排量 额定泵冲——达到额定排量时的泵冲数。 衡量射流作用效果的三个参数： 第一步：根据所选钻头直径，确定携岩要求的最小排量 第三步：选择钢套直径，确定额定泵压、排量 一、喷射式钻头的水力特性 用以表征射流水力能量大小的参数。 ■ 喷射速度 ■ 射流冲击力 ■ 射流水功率 计算位置：喷嘴出口断面 （二）射流水力参数 一、喷射式钻头的水力特性 （二）射流水力参数 1. 喷射速度 （工程单位制） 一、喷射式钻头的水力特性 （二）射流水力参数 2. 射流冲击力 （工程单位制） 一、喷射式钻头的水力特性 （二）射流水力参数 3. 射流水功率 （工程单位制） 一、喷射式钻头的水力特性 1. 钻头压力降 2. 钻头水功率 钻井液流过钻头时消耗的水功率与射流水功率的总和。 钻井液流过钻头时的压力降。即喷嘴口与出口的压差。 第三节 水力参数优化设计 概述 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 二、水功率传递的基本关系 2.水功率传递基本关系 第三节 水力参数优化设计 概述 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 三、循环系统压耗的计算 1. 管路压耗的基本公式 管内流： 环空流： 三、循环系统压耗的计算 2. 摩阻系数 对牛顿流体的紊流流动： 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： 环空流： 三、循环系统压耗的计算 钻井液多为宾汉流体， 宾汉流体紊流流动时，有： 宾汉流体管内流动： 宾汉流体环空流动： 三、循环系统压耗的计算 3. 循环系统压耗计算公式（宾汉流体紊流） （1）地面管汇压耗 （2）钻杆柱内压耗 （3）钻铤柱内压耗 三、循环系统压耗的计算 3. 循环系统压耗（宾汉流体紊流）计算公式 （4）钻杆柱外环空压耗： （5）钻铤柱外环空压耗： 钻杆柱内、外压耗： 钻铤柱内、外压耗： 三、循环系统压耗的计算 3. 循环系统压耗（宾汉流体紊流）计算公式 设井深为D，则：LP = D － LC m a 三、循环系统压耗的计算 4. 实测法求循环系统压耗 力参数 钻头水 传递关系 水功率 提高钻头水力参数的主要途径 1. 提高泵压ps和泵功率Ps 2. 降低循环压耗系数Kl （1）使用低密度钻井液 （2）减小钻井液粘度 （3）适当增大管路直径 3. 增大钻头压降系数Kb 唯一有效途径是减小喷嘴直径。 4. 优选排量Q 三、循环系统压耗的计