钻进参数优选讲义.ppt

第四章 钻进参数优选 钻井的定义和基本工作： 钻井的目标和影响因素分类： 钻进参数及其优选：优选是指在一定的客观条件下，根据不同参数配合时对钻井目标的影响规律，选择合理的钻进参数配合，使钻井达到最优的技术经济效果。 本章内容：机械破岩参数和水力破岩参数的设计 第一节 机械破岩参数设计 定义：钻压w(kN)和转速n(rpm)。 设计方法：数学优化法和经验法。经验法是通过直接对机械破岩参数设计影响因素的分析，掌握其影响规律，再结合 现场经验来综合设计钻压和转速。这种方法不用现场测量许多数据，方便实用，油田大都使用经验法。 1 机械破岩参数设计 的影响因素分析 1.1 地层性质 是影响机械破岩参数设计的最基本和最重要的因素。地层的各项机械力学特性对机械参数的设计都有影响。 这些特性大都有了成熟的实验方法。所得到的定量和等级指标与钻压、转速之间也有了一般相关关系的认识。 目前国内外主要用岩石的抗压强度、硬度和可钻性来进行机械参数设计，塑脆性和研磨性是机械破岩参数设计的参考指标。 一般随井深的增大，岩石的抗压强度和硬度逐渐增大，可钻性逐渐变差，且逐渐由脆转塑，因此钻压一般随井深逐渐增大，转速一般随井深先增后减。但应注意一些特殊地层，如异常高压地层、盐岩地层、砾石层等(画图)。 1.2 钻头特性和使用要求 设计机械破岩参数必须考虑钻头的承载力、机械钻速和寿命、类型和结构特点以及优化使用要求。 1.2.1 钻头承载力 牙轮钻头的承载力相对金刚石材料钻头要高一些，这和它们的结构特点和耐冲击的能力有关系。钻头的承载力还和其直径有关，直径越大，承载力就越大。施加给钻头的钻压不能超过其承载力，否则会使钻头短命。 1.2.2 钻头类型和结构特点 牙轮钻头钻压一般在30～300kN范围，金刚石钻头在30～80kN范围。滚动轴承牙轮钻头的转速范围一般可达200r/min，滑动轴承钻头的在30～80r/min，金刚石钻头的转速范围一般在150～400r/min。 1.2.3 钻头的钻速、寿命和进尺 如果w和n过大，钻头的钻速快，但寿命短，进尺小，起下钻频繁；反之，虽寿命长，但钻速慢，钻进的效率低，进尺也不会大；我们的目标是钻头能获得较大的进尺和整体钻井作业的较好的技术经济效果。 1.2.4 厂家推荐 根据钻头的承载力、类型和结构特点，考虑钻头的机械钻速和寿命以及现场使用的统计数据，钻头生产厂家会给出其钻头的钻压、转速的推荐值范围(表5)。 厂家推荐的钻压和转速范围是一个参考，所设计的钻压和转速一般不超过厂家推荐范围的上限，且一般不能同时取上线,具体还应考虑钻压和转速的乘积值。但可以小于其下限。 1.2.5 钻头优化使用要求 跑合： 造型： 磨损过程中的钻压调节： 1.3 钻机和钻井方法的限制 所设计的机械破岩参数都是在确定类型的钻机和采用一定的钻井方法的基础上来实施的，故设计机械破岩参数必须考虑钻机功率、类型和钻井方法的限制。 1.3.1 钻机分配给钻头的破岩功率对机械参数设计的限制 钻机功率的分配： 顶驱钻和转盘钻破岩功率的来源：旋转系统，旋转系统功率=空旋转钻柱的功率+旋转钻头的功率。 井下动力钻破岩功率的来源：循环系统，其功率=循环钻井液的功率+动力钻具消耗的功率+钻头消耗的功率。 复合钻破岩功率的来源：旋转和循环系统，且以后者为主。 主要是在井相对较深、井斜较大、旧钻机或钻机功率相对有限等的情况下有功率对机械参数设计的限制问题，应加以考虑。 1.3.2 钻机类型和钻井方法对 转速的限制 钻机类型：按照动力和传动系统特性不同,钻机可分为硬驱动特性钻机和软驱动特性钻机两种类型。前者的几档转速是恒定的，后者的几档转速都在一定范围内随旋转载荷而变化。 转盘钻和顶驱钻： 1)柴油机－机械传动钻机：一种硬驱动特性钻机，每档转速恒定。如大庆130－Ⅱ型钻机，一档转速是67rpm，二档117rpm，三档217rpm。 2)交流恒频电驱动钻机：同上。 3)柴油机－液力变矩器钻机：一种软驱动特性钻机，每档转速有一定范围，且在其范围内自动调节，基本恒功率输出。 4)直流电动机驱动钻机：同上。 5)交流变频电驱动钻机：同上。 井下动力钻： 1)涡轮钻具额定转速较高。其工作转速由外转矩决定，随外转矩的增大工作转速减小。经验证明，直径在127～254㎜之间，普通涡轮钻具的最大功率和最优效率所对应的转速处在400～800r/min内。 2)螺杆钻具的特点是扭矩增加而转速不变，从空载到满载，速度降低一般不超过10%。螺杆钻具的转速与泵的排量成正比，一般200rpm左右。 1.4 破岩、清岩与携岩的协调 1.4.1现代旋转钻井的破岩方式 总体是机械和水力