第三章钻进工艺3.pptVIP

第四节 水力参数 1900年——使用旋转钻机 钻头水眼——作为循环通路 钻井液——只起清洗井底、冷却钻头、携带岩屑、保护井壁等作用。 1947年美国汉布尔石油公司进行了一次探索性试验。 发现：在较大的钻压和转速范围内，缩小喷嘴直径、增加射流喷射速度，可以显著提高机械钻速和钻头进尺。 钻头水眼内可安装喷嘴，直径可调。 喷嘴是能量转换器，它将钻井液中的压力能（由钻井泵提供）转换成钻井液射流的动能，直接作用于井底。 水力参数对钻速的影响机理： (1）水力破岩作用。喷嘴是能量转换器，它将钻井液中的压力能（由钻井泵提供）转换成钻井液射流的动能，直接作用于井底，产生水力破岩作用是显而易见的。 (2）水力清岩作用。 常规钻井岩屑在井底由于如下原因而不能迅速离开： l）钻屑在站井液柱压力和地层压力差的作用下，被紧紧地压在井底不能离开。过种情况称为“压持效应”； 2）钻井液在渗透性地层不断失水，在井底留下一层泥讲。岩屑和泥饼掺混在一起形成一个垫层；不但阻碍岩屑离升井底，还隔离了钻头——“重复切削”。 实验证明，射流对井底的清岩作用是一个莲续的过程。先是由于射流冲击压力的不均匀使井底岩屑发生翻转，然后在井底漫流的作用推动下从中心移动到边缘进入环空，从而使岩屑及时地、迅违地离开井底，始终保持井底的干净。 水力参数对钻速的影响机理，主要是水力清岩作用，水力破岩作用是辅助性的。 机理研究表明，钻进效益（速度、进尺等）——射流作用——水力参数是一条主线，钻进效益的提高取决于射流作用的加强，而射流作用的加强又取决于水力参数的合理性。水力参数的合理与否又与机泵条件、钻井液性能、钻具结构、井眼尺寸、井深大小等因素有关。 一、水功率传递原理 1、水功率传递的基本关系式 钻井液循环系统大体上是由四部份组成： （1）钻井液从钻井泵流出以后，先经过地面高压管线、立管、水龙带（包括水龙头）和方钻杆。这部分合称为地面管汇。 （2）钻井液从方钻杆流出后，即进入钻杆和钻铤内部。这部分合称为钻柱内部。 （3）钻井液从钻铤流出后，即进入钻头喷嘴，形成钻井液射流，清洗井底和破碎岩石。 （4）钻井液到达井底以后，又从钻柱与井壁的环形空间返出到达地面上，携带岩屑。 钻井液流过1、2、4三个部分所消耗的压力和水功率是我们不希望要的， 我们将这部分压力降低和水功率称为循环系统的压力损耗和损耗功率。 钻井液流过钻头时的压力降和传给钻头的水功率是我们希望提高的，我们将这部分称为钻头压力降和钻头水功率。 可以列出下列两个基本关系式： 式中 Ps、Ns──钻井泵的泵压和水功率； Pb、Nb──钻头压力降和钻头水功率 Pl、Nl──循环系统的压力损耗和损耗功率； Pg、Ng──地面管汇的压力损耗和损耗功率； Ppl、Npl──钻柱内外的压力损耗和损耗功率； Pcl、Ncl──钻铤内外的压力损耗和损耗功率。 循环压耗计算基本公式 管内流 循环系统压力损耗的计算是一项非常复杂的问题。工程上往往要进行简化计算，在进行喷射钻井的水力参数研究时主要采用以下二点假设： 钻井液流变特性符合宾汉流变模式； 钻井液流动状态为紊流状态。 2、循环系统压耗计算----理论计算法 如果不计地面管汇压耗， 循环系统压耗公式为： 若令： 步骤：Q固定 （1）方钻杆+钻头　　　 　　Ps=Pb （2）方钻杆+钻铤+钻头 　Ps=Pc+Pb （3）方钻杆+钻铤+钻杆+钻头 Ps= Pp +Pc+Pb （4）计算 1、水力参数 射流与钻头的五个水力参数：射流喷速V0、射流冲击力Fj、射流水功率Nj、钻头水功率Nb和钻头压降Pb。由于Nb和Nj之间仅差个系数C2，本质上是一个参数，所以在实际工作中只计算Nb不计算Nj，所剩下四个水力参数： 其中: 式中 Pb──钻头压降，MPa； Vo──射流喷速，m/s； Fj──射流冲击力，kN； Nb──钻头水功率，kW；