7第四章 钻进参数优选.ppt

第四章 钻进参数优选 第一节 钻进过程中各参数间 的基本关系 第二节 钻进参数优选 第三节 水力参数优化设计 钻井工程的总目标：以最低的成本钻出高质量的井眼 钻进成本公式： 影响钻速和钻头寿命的因素： （1）不可控因素——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。 钻进参数： 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。 钻进参数优选： 指在一定的客观条件下，根据不同参数配合时各因素对钻进速度和钻头寿命的影 响规律，采用最优化方法，选择合理的钻进参数配合，使钻进过程达到最优的技术和 经济指标。 第一节 钻进过程中各参数间的基本关系 一、影响钻速的主要因素及钻速方程 1.钻压对钻速的影响 oa段：钻压小，钻速Vpc很小。 ab段：钻压增大，钻速Vpc 随 钻压增加成线性关系增大。 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。 实际应用中,以直线段为依据建 立钻压(W)与钻速(Vpc)的定量关系, 即: 式中：M 称为门限钻压,它是ab线在钻压轴上的截距,认为是牙齿开始压入 地层时的钻压,其值的大小主要取决于岩层性质,并具有较强的地区性。 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。 其中：λ称为转速指数,一般小于1，数值大小主要 与岩层性质有关。一般极软地层λ≈1，随着岩石硬度 增大，λ值减小。 3.牙齿磨损对钻速的影响 随着钻头牙齿的磨损，钻速下降。 式中： C2 —称为牙齿磨损系数,与钻头齿形结构和 岩层性质有关,由现场数据统计得到。 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。 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)来研究水力因素对钻 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，钻速越快。 水力净化能力通常用水力净化系数CH表示,其含 义为实际钻速与净化完善时的钻速之比，即： 井底完全净化后，CH=1；否则，CH＜1。 （2）水力辅助破岩 井底比水功率越大，辅助破岩能力越强，钻速越快。 水力辅助破岩效果具体体现在门限钻压M值减小。 5.钻井液性能对钻速的影响 （1）钻井液密度对钻速的影响 钻井液密度越大，井内液柱压力越大。在井内液柱压力大于地层孔隙压力的 情况下，产生一个正压差。在正压差作用下，井底岩屑难以离开井底，造成重 复破碎现象，钻速降低。此称为压持效应。 正压差越大，钻速越慢。 井底压差与钻速的关系： 压差影响系数： （2）钻井液粘度对钻速的影响 钻井液增大，将会增大环空压降，使井底压差增大，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减小，钻头水功 率减小，清岩和破岩能力降低，钻速下降。 （3）钻井液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）钻井液分散性对钻速的影响 分散性钻井液比不分散性钻井液的钻速低；钻井液中小于1μm的固体颗粒越 多，对钻速的影响越大。 6.钻速方程（修正杨格模式） 其中,vpc—钻速,m/h； W—钻压,kN；M—门限钻压,kN；n—转速,r/min λ—转速指数；C2—牙齿磨损系数；CH—水力净化系数；Cp—压差影响 系数；h—牙齿磨损相对高度；KR—地层可钻系数，与地层岩石的机械 性质、钻头类型以及钻井液性能等因素有关。 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 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。 式中：Z1与Z2称为钻压影响系数,与牙轮钻压尺寸有关。 当钻压等于Z2／Z1时,牙齿的磨损速度无限大。Z2／Z1是该尺寸钻头的理论极限钻压。 2. 转速对牙齿磨损速度的影响 增大转速，牙齿磨损速度加