中国石油大学（华东）：《海洋钻井工程》课程教学资源（PPT课件讲稿）第四章 钻进参数优选

第4章钻进参数优选 第一节钻进过程中各参数间 的基本关系 第二节钻进机械参数优选 第三节水力参数优化设计

第4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 钻进机械参数优选 第三节 水力参数优化设计

概述 ◆钻井工程目标:钻速快,成本低。 ◆钻进成本公式:C 2C+C(+)_Cb/t+(1+t,/t) ◆影响钻速V和钻头寿命t的因素: (1)地层性质(客观因素) (2)钻头性能 (3)钻井液性能 (4)钻进参数 ◆钻进参数: (1)机械参数:钻压、转速等 (2)水力参数:泵压、排量、喷嘴直径、钻头水功率等 ◆钻进参数优选: 选择合理的钻进参数配合,达到钻速最快,成本最低的目标

概 述 ◆ 钻井工程目标：钻速快，成本低。 ◆ 钻进成本公式： pc b r r b r pm V C t t t H C C t t C ( ) /  (1 / )     ◆ 影响钻速Vpc和钻头寿命t的因素： （1）地层性质（客观因素） （2）钻头性能 （3）钻井液性能 （4）钻进参数 ◆ 钻进参数： （1）机械参数：钻压、转速等 （2）水力参数：泵压、排量、喷嘴直径、钻头水功率等 ◆ 钻进参数优选： 选择合理的钻进参数配合，达到钻速最快，成本最低的目标

第一节钻进过程中各参数间 的基本关系 、影响钻速的主要因素及钻速方程 影响钻头寿命的主要因素及磨损方程

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 二、影响钻头寿命的主要因素及磨损方程

、影响钻速的主要因素及钻速方程 影响钻速的主要参数: 1.钻压 2.转速 3.牙齿磨损量 4.井底水功率 5.井底压差

一 、影响钻速的主要因素及钻速方程 影响钻速的主要参数： 1. 钻压 2. 转速 3. 牙齿磨损量 4. 井底水功率 5. 井底压差

、影响钻速的主要因素及钻速方程 1.钻压对钻速的影响 在某一钻压范围内,钻速与钻压 井底净化充分 成线形关系 净化不够充分 60 B Vpc∝(W-M)(41)米40 20 MAB线在钻压轴上的截距,称为 门限钻压,可认为是牙齿开始 200 400 钻压kN 压入地层时的钻压,其大小取 决所钻地层的抗压入强度 钻速与钻压的关系曲线

1.钻压对钻速的影响 钻速与钻压的关系曲线 M—AB线在钻压轴上的截距，称为 门限钻压，可认为是牙齿开始 压入地层时的钻压，其大小取 决所钻地层的抗压入强度。 M Vpc  (W  M) （4-1） 在某一钻压范围内，钻速与钻压 成线形关系。 一 、影响钻速的主要因素及钻速方程

、影响钻速的主要因素及钻速方程 2.转速对钻速的影响 钻速随转速的增大而增大, 80 并呈幂函数关系变化。 软地层 净化充分 60 V∝Cn (4-2) 软地层 40F 净化不充分 硬地层 2称为转速指数,其大小主要与20 岩层性质及井底净化程度有关 一般小于1,极软地入≈1,岩石硬 100 200 30 度增大,值减小。 转速/(rmin1) 钻速与转速的关系曲线

2.转速对钻速的影响  v pc  n （4-2） 钻速随转速的增大而增大， 并呈幂函数关系变化。 λ—称为转速指数, 其大小主要与 岩层性质及井底净化程度有关。 一般小于1，极软地λ≈1，岩石硬 度增大，λ值减小。 一 、影响钻速的主要因素及钻速方程 钻速与转速的关系曲线

、影响钻速的主要因素及钻速方程 3.牙齿磨损对钻速的影响 60 随着钻头牙齿的磨损,钻速下降。 40 1+C,h (43) # 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。 0.250.500 牙齿磨损量(h) h一为牙齿磨损量, 以牙齿的相对磨损高度表示, 钻速与牙齿磨损量的关系曲线 新钻头时h=0;牙齿全部磨损时h=1

3.牙齿磨损对钻速的影响 C h v pc 1 2 1   （4-3） 随着钻头牙齿的磨损，钻速下降。 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。 一 、影响钻速的主要因素及钻速方程 钻速与牙齿磨损量的关系曲线

、影响钻速的主要因素及钻速方程 4.井底比水功率对钻速的影响 井底比水功率越大,钻速越快。 (1)水力净化井底作用 ◆井底比水功率越大净化程度越好。 净化不完善区 ◆水力净化系数C1表征井底水力净 化完善程度,定义为实际钻速与净化 完善时钻速之比。 净化完善区 P H (4-4) 单位水功率/(kWcm-) P=972×102×p031(4-5) 井底净化完善时的比水功率 井底净化完善,(H=1;否则,CH<1。 随钻速的变化关系曲线 (2)水力辅助破岩作用 水力辅助破岩效果主要体现在岩石强度降低,门限钻压M值减小

4.井底比水功率对钻速的影响 （1）水力净化井底作用 ◆ 井底比水功率越大,净化程度越好。 pcs s pc H P P v v C   （4-4） 2 0 31 9 72 10 . . s pcs P   v  （4-5） ◆ 水力净化系数CH——表征井底水力净 化完善程度，定义为实际钻速与净化 完善时钻速之比。 井底净化完善，CH=1；否则，CH＜1。 （2）水力辅助破岩作用 水力辅助破岩效果主要体现在岩石强度降低，门限钻压M值减小。 井底比水功率越大，钻速越快。 一 、影响钻速的主要因素及钻速方程 井底净化完善时的比水功率 随钻速的变化关系曲线

、影响钻速的主要因素及钻速方程 5并底压差对钻速的影响 井底正压差越大,钻速越慢。 ●压持效应: 在井底正压差作用下,井底岩屑难以离开 井底,造成重复破碎,使钻速降低的现象 E24 ●井底压差与钻速的关系: B△ v已 Dc (4-6) pco 80285684112 ●压差影响系数Cp 井底压差MPa p=Pm-p B△p (4-7) 钻速与井底压差的关系曲线 0

5.井底压差对钻速的影响 井底正压差越大，钻速越慢。 ● 压持效应： 在井底正压差作用下，井底岩屑难以离开 井底，造成重复破碎，使钻速降低的现象。 v v e pc pco p    （4-6） ● 井底压差与钻速的关系： p pc pc p e v v C      0 （4-7） ● 压差影响系数Cp： p  pm  pp 一 、影响钻速的主要因素及钻速方程 钻速与井底压差的关系曲线

、影响钻速的主要因素及钻速方程 6.钻井液性能对钻速的影响 (1)粘度对钻速的影响 钻井液粘度增大,钻速降低。 (2)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 (3)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;且钻井液中小于1pm的 固体颗粒越多,对钻速的影响越大

（1）粘度对钻速的影响 6.钻井液性能对钻速的影响 钻井液粘度增大，钻速降低。 （2）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。 （3）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；且钻井液中小于1μm的 固体颗粒越多，对钻速的影响越大。 一 、影响钻速的主要因素及钻速方程