东北大学钻井工程课件.ppt

一、射流对井底的净化作用  1. 射流的结构和特性 射流扩散角α ：射流刚出口一段边界母线近似直线，并张开一定的角度α 。表示射流的密集程度。 α 越小射流密集性越高，能量越集中。 在纵向上，约在0.4mm的高度上，漫流速度最大，超过此高度后，漫流速度随距井底高度的增加而迅速降低。要增大漫流流速，就要增大射流喷速和射流流量。 对钻井液固相含量的深入研究发现，不仅固相含量对钻速有影响，固体颗粒的分散度也对钻速有影响。实验证明，分散性钻井液不分散性钻井液钻速低，钻井液内小于1μm的胶体颗粒越多，对钻速的影响越大。 此外：钻井液含油、失水等对钻速也有影响。 Cp——压差影响系数； GH——水力参数影响系数； a3——与岩层性质有关的影响系数，可由统计分析钻井实际资料确定； Dv——垂直井深，m； Ps——实际的钻头比水功率，kW/cm2； Psn——井底充分净化时要求的钻头比水功率，kW/cm2； vpen——井底充分净化时的钻速，m/h。 Q1，Q2——由钻头类型决定的系数； D1，D2——钻压影响系数，其值与牙轮钻头尺寸有关； C1——牙齿磨损系数； Af——地层研磨性系数，其含义是当钻压、转速和牙齿的磨损状况一定时，牙轮钻头牙齿的磨损速度与地层的研磨性成正比。 B——轴承磨损量，由轴承磨损分级标准确定； b——承轴工作系数，与钻头类型及钻井液性能有关，由实际资料确定。 （2）用钻头水力参数表示射流水力参数  f——管路的水力摩阻系数； di，dp，dh——分别为圆管内径、钻柱外径和井眼直径，m； v——平均流速，m/s。 在紊流状态下，为了便于工程计算，通常将f与Re的实验曲线用下式来近似计算： 式中所考虑的八项因素为： 1) 常数项a0为岩石可钻性系数，其中包括岩石强度，以及与可钻性有关的钻头类型和钻井液性能等对钻速的影响。 给定n和hf值时，求最优钻压的通式。解此方程式可以获得两个钻压值，一个大于D2／D1，另一个小于D2／D1 。由于前者不属于目标函数的可行集，故其解应是小于D2／D1的解。 2. 最优钻压 第五章 第三节 钻进参数优选 3. 最优转速 是根据给定钻压W和钻头磨损量hf求最优转速的通用公式。该条件方程共有三个解，一个实数解和两个复数解。对于钻进参数来说，只有实数解才有意义。 第五章 第三节 钻进参数优选 在实际工作中，一般都根据邻井或同口井上一个钻头资料，先确定牙齿或轴承的合理磨损量，然后根据钻机设备条件确定转速的允许范围，最后求不同钻压－转速配合时的钻井成本，从中找出成本最低的最优钻压－转速配合。 例：某井段地层的可钻性系数为2.3×10-6，研磨性系数为2.28×10-3，门限钻压为1.0×104N，转速指数为0.68。拟采用215mm的21型钻头钻进（D2=6.44,D1=1.433×10-5, Q1=1.5, Q2=6.53×10-5, C1=5, C2=3.68, CH=1, Cp=1）。钻头成本为900元，钻机作业费用为250元/小时，起下钻时间为5.57h，试求转速为50r/min，hf=1.0时的最优钻压、钻头寿命和钻进成本。 第五章 第三节 钻进参数优选 解： 最优钻压： 若求最优钻压，必须先计算出te、F 第五章 第三节 钻进参数优选 第五章 第三节 钻进参数优选 钻头寿命： 最低钻井成本 ： 第五章 第三节 钻进参数优选 第五章 第三节 钻进参数优选 多元回归钻速方程，是把影响钻进速度的各因素归纳成一个数学表达式，能够实现同时确定最优钻压－转速和水力参数等多种因素，使最优化钻井技术又向前迈进了一步。 第四节 多元钻进模式 鲍戈因(Bourgoyne)和杨格运用多元回归分析法，考虑了井深、岩层特性、井底压差、钻压、转速及水力参数等八个主要因素对钻速的综合影响，建立了一个多元钻速回归方程。 一、 多元钻速模式 第五章 第四节 多元钻进模式 第五章 第四节 多元钻进模式 2)a1X1为岩层埋藏深度，即所钻井深对钻速的影响。在正常情况下，岩层的压实程度随埋藏深度的增加而增加，因此钻速指数将随井深的增加而下降。指数X1为井深Dw的函数。取3000 m处的相对钻速为1.0，则exp(a1X1)=1.0，所以 3)a2X2为岩层致密性对钻速的影响。它与岩层的埋藏