关于石油钻井技术及水里参数设计
钻井水力参数计算
钻井水力参数计算1.钻井水力参数的定义：2.钻井水力参数的计算方法：2.1循环压力（Pp）的计算：循环压力是指钻井液在井眼中循环时施加在井壁上的压力，其计算公式为：Pp=Pg+Ph+π/144*(ID²-OD²)/4*ρm其中，Pp为循环压力，Pg为气体压力，Ph为井斜段压力，ID为钻杆内径，OD为钻杆外径，ρm为泥浆密度。
2.2液柱压力（Pm）的计算：液柱压力是指钻井液柱在井眼中的垂直压力，其计算公式为：Pm=π/144*(ID²-OD²)/4*ρm*L其中，Pm为液柱压力，ID为井眼内径，OD为套管外径，ρm为泥浆密度，L为液柱长度。
2.3摩阻压力（Pf）的计算：摩阻压力是指钻井液在井眼中流动时受到的阻力，其计算公式为：Pf=2f*ρm*V²/(D*g)其中，Pf为摩阻压力，f为阻力系数，ρm为泥浆密度，V为流速，D 为井眼直径，g为重力加速度。
2.4泥浆柱液位压力（Ps）的计算：泥浆柱液位压力是指钻井液静止时产生的压力，其计算公式为：Ps=π/144*(ID²-OD²)/4*ρm*(H+h)其中，Ps为泥浆柱液位压力，ID为井眼内径，OD为套管外径，ρm 为泥浆密度，H为井深，h为液位高度。
2.5井底压力（Pb）的计算：井底压力是指钻井液从井口到井底的压力损失，其计算公式为：Pb=ρm*Ls*g/144其中，Pb为井底压力，ρm为泥浆密度，Ls为井筒长度，g为重力加速度。
2.6水柱效应（Pr）的计算：水柱效应是指钻井液在井眼中垂直上升或下降时，形成的压力差，其计算公式为：Pr=π/144*(ID²-OD²)/4*ρf*h其中，Pr为水柱效应，ID为井眼内径，OD为套管外径，ρf为井口液体密度，h为液位高度。
3.钻井水力参数的分析和应用：通过计算钻井水力参数，可以确定钻井液在井筒中的性能，评估井筒稳定性和泥浆循环能力，并根据计算结果进行钻井工艺设计和井筒优化。
钻井技术简介
钻井技术简介钻井技术是石油工程中重要的环节之一，它是通过钻井设备将钻头在地下钻孔，以达到获取地下矿藏或取得地质信息的目的。
本文将对钻井技术进行简要介绍。
一、钻井工艺流程钻井工艺流程包括井选、井设计、钻井液、钻具、钻井工艺等环节。
1. 井选：根据勘探资料、地质构造、矿藏分布等因素，选择合适的井位。
2. 井设计：根据勘探目标和井位条件，设计钻井参数，确定钻井方法、井眼直径、井深等。
3. 钻井液：钻井液是一种循环流动在井孔中的重要物质，它具有冷却钻头、携带岩屑、平衡地层压力等作用。
4. 钻具：包括钻杆、钻铤、钻头等，用于将钻头运行到井底。
5. 钻井工艺：包括井下作业、钻井参数调整、固井、完井等环节，以达到钻井目标。
二、钻井方法常见的钻井方法有旋转钻井、振动钻井、冲击钻井和旋挖钻井等。
1. 旋转钻井：通过旋转钻头，使钻头切削地层，将岩屑带到井口。
2. 振动钻井：利用振动原理，使钻头在井底振动，破碎地层并带出岩屑。
3. 冲击钻井：利用冲击力将钻头推进地层，达到钻井的目的。
4. 旋挖钻井：利用旋转钻头和钻铤，通过推进钻进地层，形成井孔。
三、钻井技术1. 钻头选择：根据地层性质和井设计要求，选择合适的钻头，如钻头形状、刀具结构等。
2. 钻井液控制：钻井液的配方和控制对钻井过程至关重要，需要根据地层条件和钻井目标进行调整。
3. 钻井参数调整：包括钻速、转速、钻压、钻力等参数的调整，以保证钻井的顺利进行。
4. 钻井过程监测：通过测井、岩芯分析、地层测试等手段，获取地下地质信息，指导钻井工作。
5. 固井：在钻完井后，通过注入水泥浆或其他填充材料，将井壁固定，防止地层塌陷和井壁塌陷。
6. 完井：包括井内装置的安装和地面设备的调试，使井口能够正常产生石油或天然气。
四、钻井技术的应用钻井技术广泛应用于石油勘探、开发和生产过程中。
1. 石油勘探：通过钻井技术，获取地下地质信息，确定石油储层的分布、厚度等参数。
2. 石油开发：通过钻井技术，建立油井系统，实现石油的开采、生产和输送。
深水钻井水力参数计算及优选方法
深水 钻 井 一 般 是 指 水 深 超 过 ５ ０ ０ ｍ 的钻 井 作 业， 水深 大于 １ ５ ０ ０ ｒ ｆ ｌ 时为 超 深 水钻 井 ］ 。近年 来 ， 海洋 石油 勘探 逐 步 向深 水 区域 发 展 ， 但 深 水 钻井 环
境 温度低 、 钻 井液 用 量 大 、 海 底 页 岩 稳 定性 差 、 井 眼
理 论最 小排 量是 指达 到一 定 的井 眼清 洁标 准所 需 要 的最小 排 量 ［ ６ ］ 。由 于深 水 钻 井 存 在 隔 水 管 段 ， 井 身结 构较 陆地 钻井 复 杂 ， 因此 ， 对 深水 钻 井 的理论
清洗 困难 、 存 在浅水流动 、 易 形 成 气 体水 合 物 等 问 题， 会 给深 水 钻井作 业 带来严 峻 的挑 战ｌ ２ ］ 。 与 浅水 钻 井 相 比， 深 水 钻 井 隔水 管 段 环 空尺 寸 大， 携岩所 需 最小排 量 远大 于浅水 井段 。另外 ， 由于 深水 的存 在 ， 井筒 内温 度较低 ， 低 温使 得钻 井液 性 能
由环 空 固液两 相 流动基 本原 理可 以得 到直 井 段 不 同环空浓 度 所需 环 空返速 ＿ ７ ］ ， 即
～
１ 深 水 钻 井 水力 参 数计 算 方法
在 进 行 深水 钻 井 水 力参 数 计算 时 ， 选择 合 适 的
排 量范 围是 首先 要考 虑 的问题 。在 深水 钻井 工程 实
也 导 致地层 安 全钻 井 液 密 度 窗 Ｅ ｌ 较窄 ， 环 空 压 力 控 制不 好容 易 引起 井塌 、 井 漏 和井 涌 等 事 故 发 生 。 因
此， 需 要结 合深 水钻 井 的特点 ， 在前 人钻 井 水力参 数
油气井水力学讲义6钻井水力优化设计与计算
油气井水力学讲义6钻井水力优化设计与计算钻井水力优化设计与计算是油气井水力学的重要内容之一、在钻井过程中，通过合理优化设计和计算，能够提高钻井效率，降低钻井成本，并减少井眼失稳和井壁塌陷等地质灾害的发生。
本文将介绍钻井水力优化设计与计算的主要内容及其应用。
一、钻井水力优化设计钻井水力优化设计是指在钻井过程中，根据地质情况和井筒条件，通过合理选择钻井液性能、控制井底压力和优化钻井参数等手段来达到提高钻井效率及井眼稳定性的目的。
1.选择钻井液性能：钻井液的性能包括密度、黏度、滤失性等指标。
通过合理选择钻井液的性能，可以提高钻井时的排渗能力和清洁井底的能力，降低井壁塌陷和井眼失稳的风险。
2.控制井底压力：井底压力是指井底的静压、动压及循环过程中产生的压力。
合理控制井底压力是保证井眼稳定和减少钻井液的消耗的关键。
通过合理调整钻井参数，控制井底压力，可以减少井眼塌陷、堵塞和剪切等问题的发生。
3.优化钻井参数：钻进速度、转速、钻压和进给等钻井参数的选择，直接影响到钻井的效率和安全性。
通过合理调整这些参数，可以降低钻井过程中的摩擦、动力消耗和井筒塌陷等问题，提高钻井效率。
二、钻井水力计算钻井水力计算是钻井水力优化设计的核心内容之一、通过计算钻井液的流动特性和井底压力，可以预测井筒稳定性，指导钻井参数的选择，并优化设计钻井液配方。
1.流动特性计算：流动特性计算是指通过测定钻井液的黏度、密度、流速、滤失率等参数，来计算钻井液在井筒中的流动情况。
这些计算可以帮助工程师了解钻井液的流动状态，评估井筒的清洁程度，以及预测井壁塌陷和井眼扩大的风险。
2.井底压力计算：井底压力计算是指计算井底的静压、动压及循环过程中产生的压力。
通过合理计算井底压力，可以控制井眼稳定和减少钻井液的消耗。
井底压力计算一般包括井塌压力计算、限气压力计算和泥浆底深压力计算等。
3.井壁稳定性计算：井壁稳定性计算是指通过计算井底压力和井眼尺寸等参数，来评估井眼的稳定性。
中国石油天然气集团公司钻井液技术规范
中国石油天然气集团公司钻井液技术规范第一章总则第一条钻井液技术是钻井技术的重要组成部分，直接关系到钻探工程的成败和效益。
为提高钻井液技术和管理水平，保障钻井工程的安全和质量，满足勘探开发需要，特制定本规范。
第二条本规范主要内容包括：钻井液设计，现场作业，油气储层保护，钻井液循环、固控和除气设备，泡沫钻井流体，井下复杂的预防和处理，钻井液废弃物处理与环境保护，钻井液原材料和处理剂的质量控制与管理，钻井液资料管理等。
第三条本规范适用于中国石油天然气集团公司所属相关单位的钻井液技术管理。
第二章钻井液设计第一节设计的主要依据和内容第四条钻井液设计是钻井工程设计的重要组成部分，主要依据包括但不限于以下几方面：1. 以钻井地质设计、钻井工程设计及其它相关资料为基础，依据有关技术规范、规定和标准进行钻井液设计。
2. 钻井液设计应在分析影响钻探作业安全、质量和效益等因素的基础上，制定相应的钻井液技术措施。
主要有：地层岩性、地层应力、地层岩石理化性能、地层流体、地层压力剖面（孔隙压力、坍塌压力与破裂压力）、地温梯度等信息；储层保护要求；本区块或相邻区块已完成井的井下复杂情况和钻井液应用情况；地质目的和钻井工程对钻井液作业的要求；适用的钻井液新技术、新工艺；国家和施工地区有关环保方面的规定和要求。
第五条钻井液设计内容主要包括：邻井复杂情况分析与本井复杂情况预测；分段钻井液类型及主要性能参数；分段钻井液基本配方、钻井液消耗量预测、配制与维护处理；储层保护对钻井液的要求；固控设备配置与使用要求；钻井液仪器、设备配置要求；分段钻井液材料计划及成本预测；井场应急材料和压井液储备要求；井下复杂情况的预防和处理；钻井液HSE管理要求。
第二节钻井液体系选择第六条钻井液体系选择应遵循以下原则：满足地质目的和钻井工程需要；具有较好的储层保护效果；具有较好的经济性；低毒低腐蚀性。
第七条不同地层钻井液类型选择1. 在表层钻进时，宜选用较高粘度和切力的钻井液。
石油钻井工程中的钻井液设计资料
石油钻井工程中的钻井液设计资料钻井液在石油钻井工程中扮演着至关重要的角色。
它既可以作为冷却润滑剂，保护钻头和钻杆，又可以作为封隔材料，防止地层中的井水、油气返深和其他井地流体渗入井眼。
此外，钻井液还能够控制井壁稳定、悬浮钻屑、控制井压、传递探测信号等等。
因此，合理设计钻井液对于确保钻井工程的顺利开展至关重要。
设计钻井液需要考虑多个因素，包括钻井目标、井筒参数、地层条件、环境要求等等。
以下是设计钻井液所需的资料。
1. 井筒参数：- 井深：包括井口海拔、井深垂直和水平井段等- 井眼直径：包括开孔段和套管段的直径- 套管参数：套管外径、套管重量、套管级数等2. 地层条件：- 钻进地层类型：如砂岩、泥岩、石英岩等- 钻遇地层的物性参数：如压力、温度、酸碱性等- 地层稳定性评价：包括岩性评价、井壁稳定性等3. 钻井液性能要求：- 进钻性能：包括泥浆性能、抗胶体性能、保护井壁稳定等- 封隔性能：确保井筒和地层介质之间的封闭性，防止井下事故和井壁塌陷- 清洁性能：保证钻井液中的钻屑和固体颗粒能够有效地悬浮和清除- 环境友好性：符合环保要求，减少污染和对地下水的危害4. 钻井液类型：- 水基钻井液：主要由水和各种化学添加剂组成，适用于一般地层和环境条件- 油基钻井液：主要由石油或合成油和溶剂组成，适用于复杂地层和高温、高井压环境- 气体钻井液：主要由气体（如氮气）和带有特殊添加剂的液体组成，适用于特殊地层和环境条件5. 钻井液成分：- 基础液体：如水、石油、溶剂等- 凝胶体：用于调整钻井液的黏度和流变性能，如黏土、淀粉等 - 增稠剂：用于调整钻井液的增稠性能，如聚合物、可控释放亲水胶体等- 切削剂：用于冷却和润滑钻头和钻杆，减少钻具磨损，如油脂和聚合物等- 鉴别剂：用于判断地层情况和钻头状态，如钻井液中的颜色指示剂、电导率指示剂等- 防腐剂、防水剂等钻井液设计需要根据以上资料综合考虑，充分评估各种因素的影响。
根据井筒参数和地层条件，确定钻井液的物性要求。
钻井工程理论与技术 第四章 钻进参数的优选
dh 1 dt 1 C1h
式中： C1 称为压齿磨损减慢系数， 与钻头类型有关，其数值见表4-2。
4、牙齿磨损速度方程
A f ( a1n a2 n 3 ) dh dt ( Z 2 Z1 )(1 C1h)
式中： A f 为地层研磨性系数。 需根据现场钻头资料统计计算确定。
与牙轮钻头尺寸有关。
当钻压等于 Z 2 / Z1 时，牙齿磨损速度无限大，
Z 2 / Z1 是该尺寸钻头的极限钻压。
2、转速对牙齿磨损速度的影响
增大钻速，牙齿磨损速度加快。
dh (a1n a2n3 ) dt
式中： a1 和 a2 是由钻头类型决定的系数。 见表4-2。
3、牙齿磨损状况对牙齿磨损速度的影响
的系数的确定方法：
M, , K R , C2 , A f , b
Z1 Z2 C1
可计算求得
a1 a2
可查表求得
第二节
机械破岩钻进参数优选
目的：寻求最优钻压、转速组合，使钻井过程达到最佳的经济技术
效果。
优选方法步骤：
确定标准 目标函数的极值点 参数。 建立目标函数 在各种约束条件下寻求 满足极值点条件的参数组合即为最优
Wmax 钻进同一地层，可得到两个不同钻速值 Vpc min ,Vpc max ，代
入钻速方程，联立求门限钻压M 。
（2）试验条件
试验中钻井液性能、水利参数恒定，一般取本地区常用值， 使 CH 、 C p 不变，且避免水力因素变化对门限钻压M的 影响。 试验井段或试验时间尽可能的短，以保证试验开始和结束时
。
第五步：钻压不变，用最小转速（Wmax , nmin）钻进 1m 或 0.5m; 记录钻速 。 第六步：用平均钻压和平均钻速（ W0 , n0 ）钻进1m 或0.5m; 记录钻速 。
双壁管低压钻井水力参数计算
双壁管低压钻井水力参数计算李永和作者介绍：1983年7月毕业于大庆石油学院钻井工程专业，教授级高工，辽河石油勘探局技术专家。
先后在钻井队、钻井公司、钻采工艺研究院和工程技术研究院从事钻井施工、技术管理和技术研发与推广工作。
多次担任集团公司重大科技项目经理，在国内外刊物上发表文章十几篇，获发明和实用新型十余项。
在低压钻井、欠平衡钻井、水平井和侧钻水平井及井下作业等技术领域有较深的理论研究与现场应用经验。
摘要：本文从理论上对双壁管低压钻井的水力参数进行了计算，提出了相应的计算模型，并结合辽河马古1井进行了数据演算，从理论上证明了技术的可行性，对技术的进一步研究奠定了基础，对现场施工提供了科学计算方法。
关键词：双壁钻杆（管）、水力参数、计算一、双壁钻杆钻井基本原理双壁钻杆钻井原理如示意图1所示，图中空气被注入双壁钻杆环空中（从双壁钻杆环空中注入为正循环钻井，从井眼环空中注入为反循环钻井，石油钻井一般情况下采用正循环，原由略），空气一直压入到双壁钻杆的底端，与从井底返出的不含有气体的钻井液混合后上返至地面，经过地面的脱气设备后重新进行循环。
双壁钻杆充气钻井的工作方式不仅可以保证充气液降低环空液柱压力，同时又能保证泥浆脉冲MWD 和井下动力钻具完全工作于不含气体的工作介质，具有一定的应用前景。
图1 双壁钻杆钻井示意图 双壁管充气钻井井筒多相流的计算与常规钻井井底压力的计算有所不同。
设未充气的水基泥浆密度为，井底深度为1H ，充气口至井底的深度为2H ，空气注入压强为Pa ，以下所有计算中的标号均以此为准。
二、双壁钻杆钻井水力参数的确定 （一）最低排量a Q 的确定1、岩屑在未充气井段环空中的下滑速度H V岩屑在未充气井段环空钻井液中的下滑速度H V ，可用莫尔公式[1]进行计算()3/13/13/20707.0a s s H d V ηρρρ-= （1）式中，H V —岩屑在未充气井段直井环空钻井液中的下滑速度，m/s ； s d —岩屑直径，cm ；s ρ，ρ— 分别为岩屑的密度和未充气钻井液的密度，kg/l ；a η— 钻井液的表观粘度（视粘度），Pa.s 。
油钻钻井参数优化设计研究
油钻钻井参数优化设计研究在石油开采领域中，钻井技术被看作是十分关键的一部分。
随着石油储量不断减少，石油资源的探索需求更加急切，钻井工业也受到了推动。
油钻钻井中的参数优化设计，是技术最为先进的一种方法，它可以通过对井下数据的分析和数据挖掘以及模型的建立，来确定合适的钻井参数，进而提高油田的钻井效率，通过钻井参数进行调整，使钻井过程变得更加高效稳定。
钻井的参数包括钻头速度、力量、注水量、注浆量、泥浆密度等等，这些参数的调整直接影响到钻井的效率和成本。
根据石油工程领域的专家研究表明，井下工况的变化具有随机性，在钻井过程中，不断需要根据井下的变化调整钻井参数，以保障钻井顺利进行。
目前，油钻钻井参数优化设计研究在国内外得到了广泛的关注，相关的研究成果也在不断增多。
例如，美国和挪威先后开发了一些成熟的钻井参数优化软件，针对石油工业领域的需求进行了很好的满足，并在国内也得到了广泛的应用。
同时，也有一些国内外的科研院所、高校等机构开展相关研究，积极探索优化石油开采的新途径和方法。
在油钻钻井参数优化设计研究中，主要应用的是数学建模方法。
针对不同的井下条件和变量，使用数学方法建立模型，以期更好地探索理解井下工况的规律。
产生的模型可以分析优化钻井参数的效果，以及制定具有针对性的采取行动的策略，更好地指导决策。
而油钻钻井参数优化设计研究的方法也不断完善和改进。
例如，基于大数据技术的油田生产数据挖掘方法，结合机器学习的思想，可以更加高效地识别和预测井下工况的状态和变化，为钻井调整提供决策依据。
此外，也有针对钻井参数优化设计的遗传算法、蚁群优化算法等基于启发式算法的研究。
总体来看，油钻钻井参数优化设计研究的目标是通过科学合理的决策，提高钻井效率和成功率，降低钻井开支，达到更好的利润效益。
为实现这一目标，需要在多方面做出努力，包括数据的采集、模型建立、钻井参数优化以及对应的技术支持等等。
要想让钻井参数优化设计在实际生产中更好地实现，还需要优秀的人才进行技术支持。
深井常规钻井水力参数优化设计共22页
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
深井常规钻ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ水力参数优化设计
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
钻井设计1
井工程课程计算设计者________________日期__________________西南石油学院成教院1井身结构设计根据给出的地层压力和破裂压力梯度曲线，用作图法设计的井身结构如下图。
图中表层套管下深500米，技术套管下深1800米，油层套管下深3000米。
校核各层套管是否会发生压差卡钻： （1）表层套管校核()6.21008.05.10098.=∆≤=⨯-⨯=∆n p p Mpa 安全； （2）技术套管胶合校核()8.175005.13.10098.0=⨯-⨯=∆p Mpa<21.6安全; (3)油层套管校核()MPa p 4.7180030.172.10098.=⨯-⨯=∆<21.6Mpa 安全.2套管柱设计 1、设计原始数据 （1）表层套管设计原始数据如下表：抗挤设计表层套管()()165.450000.16.125.10098.=⨯⨯--⨯=ce P MPa 选J －55壁厚8.94mm 的套管，其套管参数如下表：S c ＝P co /P ce ＝13.9/4.165=3.33>1，满足要求。
抗内压强度:井底最大内压力为 P bs =0.00981×(1.45-1.05)×500=1.96Mpa ， S i =P bo /P be =24.2/1.96=12.3，满足要求。
抗拉强度校核:井口有效拉力T e ＝53.57×500×9.8/1000×(1-1.25/7.88)=226KN ，抗拉强度T 0＝2015KN ，所以，S＝2015/226=8.9>1.85，满足要求。
to(2) 技术套管设计原始数据如下表抗挤设计技术套管P=0.00981(1.35-(1-0.5)1.20)1800=13.24Mpa。
ce选择技术套管性能参数如下表：＝22.54/13.24=1.7,满足要求。
SC校核套管抗拉强度套管顶部有效拉力 T=.00981×(1-1.35/7.8)×34.23×e1800=503KN，=1516/503=3，满足要求。
钻井工程水力参数
中国石油大学（北京）
2012年9月29日
喷射钻井
采用大功率的泥浆泵和可以产生高速射流的钻头喷嘴，使高压 钻井液流过喷嘴时可产生高速流动的水射流，给井底以很大的冲 击力。把岩屑及时的冲离井底，并辅助破碎岩石.
主要内容：
射流的水力特性
钻头的水力特性 循环压耗 地面泵的水力特性 水力参数的优化设计
射流冲击力、射流喷速 喷嘴直径 钻头水功率、钻头水力压降 整个循环系统的压耗 钻井泵的功率，排量、泵压
K p mLp
则
KL mLp K g Kc
m( D Lc ) K g Kc mD K g Kc mL c
令：
a Kg Kc mL c
K L mD a
pL K LQ1.8 (mD a)Q1.8
一、喷射式钻头的水力特性 二、水功率传递的基本关系 三、循环系统压降的计算 （一） 压耗计算的基本公式 （二）摩阻系数 f 的确定 （三）循环系统压耗的计算公式 （四）提高钻头水力参数的途径
则总压耗计算公式：
pL p g p p pc ( K g K p K c )Q1.8 K L Q1.8
K L K g K p Kc
整个循环系统的压耗系数
•将压耗系数K L 作进一步的变化，设井深为D，并令
B 0.57503 0.8 m d pv 0.2 4.8 3 1.8 d ( d d ) ( d d ) h p h p pi
h 为水头损失；
对管内流：
rw
d 4
Dh Dp 4
f
为流体重度； 为水头损失系数； 为摩阻系数；
对环空流：
rw
钻头与钻井参数设计
钻头与钻井参数设计第四章钻头与钻井参数设计 (2)第一节牙轮钻头的分类 (2)一．牙轮钻头结构特点简介 (2)二．牙轮钻头的进展趋势 (9)三．牙轮钻头的分类 (10)四．常用牙轮钻头的IADC分类 (14)第二节牙轮钻头的合理使用 (22)一．牙轮钻头的选型 (22)二．钻井参数的选择 (23)三．现场使用牙轮钻头的操作要点及注意事项 (28)四．确定合理的起钻时刻 (30)五．钻头使用经济评判 (31)第三节金刚石钻头 (32)一．天然金刚石钻头 (32)二．聚晶金刚石复合片（PDC）钻头 (35)三．热稳固性聚晶金刚石（TSP）钻头 (43)四．全刚石钻头的分类方法 (43)五．常用全刚石钻头的选型表 (47)第四节钻头磨损分析 (53)一．IADC钻头磨损定级方法 (53)二．钻头磨损特点分析 (57)第五节水力参数设计 (61)一．钻井水力参数设计步骤与方洁 (61)第六节钻井液流变参数设计 (70)一．钻井液流变模式的选择 (70)二．钻井液流态的判别 (71)三．钻井液的携岩能力 (73)四．老屑浓度与有效钻井液密度 (75)五．选择钻井液流变参数的几个约束条件 (76)附件一标准的喷嘴尺寸及面积 (77)附件二．中国海上常用钻井泵的泵压和排量 (79)参考文献 (80)第四章钻头与钻井参数设计钻头和钻井参数是阻碍钻井速度、钻井时效和钻井成本的重要的可变因素。
本章要紧介绍的是牙轮钻头和金刚石钻头的分类、选型及磨损定级的方法，并结合现场实践，对钻井水力参数、机械参数和钻井液流变参数进行优选设计。
第一节牙轮钻头的分类一．牙轮钻头结构特点简介牙轮钻头有单牙轮、双牙轮和三牙轮钻头之分，而三牙轮钻头是石油钻井中用得最为广泛的一种。
牙轮钻头一样由牙掌、牙轮、切削齿、轴承、锁紧元件、储油密封系统、喷嘴装置等部件组成。
下面以三牙轮钻头为例，对其结构特点（见图4－1）作一简要介绍。
1．钢齿牙轮钻头与镶齿牙轮钻头（1）钢齿牙轮钻头钢齿钻头又称为铣齿钻头，其牙齿是在牙轮毛坯上直截了当铣削加工而成的，牙齿形状为楔形齿。
石油工程油井钻井工程设计书
石油工程油井钻井工程设计书第一章一、基本数据1、井位：(1) 井口地理位置：(2) 构造位置(3) 井位坐标：井口O 纵X： 4 127 560.03m 横Y： 20 630 236.82m靶点A 纵X： 4 127 325.00m 横Y： 20 630 350.00m靶点B 纵X： 4 127 225.00m 横Y： 20 630 398.16m2、井别：生产井 (油藏评价斜井)3、设计垂深： 2370.00m，A靶垂深2125.00m，B靶垂深2265.00m，A～B靶间水平距离111.99m。
4、完钻层位：沙三上。
5、钻探目的：6、完钻原则：钻7、下套管原则：表层套管：(1)直径273.1mm 钢级J55 壁厚9.65mm 表层套管，预计下入深度300m，具体要求执行钻井工程设计。
(2)水泥返高：返至地面。
油层套管：(1)直径139.7mm 钢级N80 壁厚9.17mm 油层套管，阻流环下过相当于官2-斜2井2433.60～2480.50m上油层下含油水层以下20m，具体下入深度测井后由现河采油厂地质所确定。
(2)短套管：预计下入短套管2根，具体下入深度测井后确定。
(3)水泥返高：返至最上一层油气层、油水同层、含油水层顶界以上200m。
二、设计地质剖面1、设计井及依据井地层分层：地层名称设计井号依据井号界系统组段官2-斜22 官7-斜49 官2-斜2底垂深(m)厚度(m)底深(m)含油井段(m)底深(m)含油井段(m)新生界第四系更新统平原组275.00 275.00 未测274.00新近系上新统明化镇组960.00 685.00 972.00 962.00中新统馆组1395.0435.001387.01398.0古近渐新东营组1760.0365.001836.01794.00 沙河街组沙一段1990.0230.002052.02006.0沙二段2165.0175.002190.02170.0沙三上2370.0(未穿)205.002440.02352.0～2382.02481.02283.4～2480.5 沙三中2596.02522.6～2525.32511.0沙三下2742.02625.0～2630.8沙四上纯上亚段2833.0纯下亚段2922.0沙四下3008.0系统代表整合代表不整合代表假整合断层2、邻井测井及钻探成果：官7-斜49井井口位于设计井井口方位：149°距离：529m。
钻井工程5-钻进参数优选
所需钻井液射流是喷射式钻头与普通钻头的主要区别.
实际钻井过程中，钻井液由喷嘴形成的射流属淹没 非自由射流。射流冲到井底以后能产生两种净化井底 的作用：一是射流对井底岩屑的 冲击压力 作用。 二是漫流对井底岩屑的 横推 作用。
射流是指通过管嘴或孔口过水断面周界不与固体 壁接触的液流。
按射流流体与周围流体介质的关系划分，可分为淹没射流 （射流流体的密度小于或等于周围流体的密度）和非淹没射
漫流分布规律：在射流冲击的面积以内，射流冲击中心的漫 流速度为零；离开中心，漫流速度逐渐增大；在射流冲击面 积的边缘，漫流速度达到最大。在射流冲击面积以外，漫流 速度与距冲击中心的距离成反比，即离冲击中心愈远则漫流 流速愈小。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，就要增大射流的喷速和流量。
第五章 钻进参数优选
Chapter 5 : Optimization of Drilling parameter
钻进参数－－表征钻进过程中的可控因素所包括的
设备、工具、钻井液和操作条件的重要性质的量。 钻进参数优选－－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
机械参数--指钻头类型、钻压与转速
水力参数--指泵型选择、泵压、排量和水眼组合
钻井液性能和流变参数-- 指钻井液体系、密度、
初切力、流变学模式、流变参数
●可调参数的优选都应以地层固定参数为依据。深入
掌握这些可调参数对钻进效益的影响规律，建立钻进
数学模型，是实施优选参数钻井的重要基础。
多元统计分析
主要内容
静压35MPa 动压17.5MPa
油气井水力学讲义6钻井水力优化设计与计算
6钻井水力优化设计与计算深井水力设计时主要应考虑两方面的因素。
一是应该充分发挥地面泵的功率，使钻头获得尽可能大的水力能量；二是要尽量减少钻井过程中的井底压力差，以减少压持效应及保护好油气层。
本报告的第二部分已详细介绍了以井底压差最小为目标的设计合理排量的方法及过程。
但是使井底压差保持较小数值的排量并不一定都能使钻头获得最大水力能量。
因而这一部分对常规最大水马力工作方式中设计最优排量的有关计算模式进行了修正，使其更加准确。
然后将两种设计排量的方法结合起来使用，以使设计的排量更加便理，另外也利于更有效的估算和预测钻井过程中与排有关的各种钻井参数。
6.1 最大水马力工作方式理论模式修正国外在50年代开始应用喷射钻井技术。
经过几十年的发展，目前已于泛为钻井界所接受。
我国在60年代初开始研究喷射钻井，并且进行了一些现场应用性试验。
便由于各种原因未能继续进行下来。
直到 1978年后才开始全国推广喷射钻井技术，接着经过六·五攻关，出现了高压大功率泥浆泵、高效钻头、良好的固控设备以及相应的泥浆体系等配套技术。
在全国各油田都取得了显著的成就。
喷射钻井水力程序设计中常用的工作方式有四种：钻头最大水马力工作方式、射流最大冲击力工作方式、最大射流喷速工作方式和经济水马力工作方式。
前两种工作方式是Kendall 和Goins 首先提出来的。
实践证明最大钻头水马力工作方式效果比较显著，而且应用也较为广泛。
下面首先对最大钻头水马力工作方式进行简单的分析。
一、最大钻头水马力工作方式综述最大钻头水马力工作方式是以钻头获得最大水马力为目标函数，以泵功率或高管压力为约束条件的。
按钻头最大水马力工作方式设计水力参数，在第一临界井深以前最优排量即为泵缸套的额定排量；第一临界井深后，为保证钻头获得最大水马力，最优排量随井深增加而逐渐变小，其表达式为：8.18.2Lr opt k P Q = (美) Lropt k P Q 3=(苏) 式中：r P －额定泵压， kg f cm ⋅/2; L k －循环压耗系数。
钻井参数设计
姓名：熊青山
长江大学 2015年1月
汇报内容
1 设计内容 2 水力参数设计 3 机械破岩参数 4 设计实例
一、设计内容
1.水力参数 2.机械破岩参数
二、水力参数设计
设计内容如下： 1. 排量； 6.喷嘴直径； 2. 泵压； 7.喷射速度; 3. 环空返速 8.水马力; 4. 循环压耗； 9.比水马力; 5. 钻头压降； 10.射流冲击力
14(n2)(1.4lg n)
Vpg Kg Q
7
1.4lg n
Kg
8.09104
lg n 2.5 m
4.088103 K
m
4.093
3n
n
1
n
7
二、水力参数设计 ②管内压耗
a.宾汉流型：
pi
Ki LQ1.8
0.12336m0.8
0.2 p
LQ1.8
d 4.8 i
b.幂律流型：
14(n2)(1.4lg n)
－
31
27
24
21
19
－
35
33
29
26
23
21
二、水力参数设计
1. 排量；
2. De2
4. 循环压耗：
5. 钻头压降：
二、水力参数设计 ①地面循环压耗（管汇压耗 ）
a.宾汉流型：
Vpg
KgQ1.8
3.767
104
m0.8
Q 0.2 1.8
p
b.幂律流型：
二、水力参数设计 总循环压耗：
pL pg pi pa
二、水力参数设计
钻井泵工作方式： 一般在软到中软地层采用最大射流冲
击力工作方式，在硬地层采用最大钻头水 功率工作方式。不同的工作方式其分配关 系不同。同种工作方式在临界井深前后又 有不同的优化方法。
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毕业设计（论文）题目深水无隔水管钻井关键技术及水力参数设计方法研究学院石油与天然气工程学院专业班级石油工程2012-02学生姓名王雪威学号2012440329指导教师郭晓乐职称教授评阅教师职称2016年5 月18 日学生毕业设计（论文）原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。
与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
毕业设计（论文）作者（签字）：2016年5 月18 日摘要随着石油资源一步步的被开发，勘探新的石油资源就迫在眉睫。
而随着石油勘探技术不断的发展，世界范围内油气资源开发也逐渐向深水进军。
而深水钻井环境恶劣，其中有会出现不少的问题，易造成严重的钻井事故。
在深水环境中进行钻井作业会有相当多的挑战，为了解除这些困难，国外经过一系列研究，开发出了无隔水管钻井液回收钻井技术（RMR），该技术摒弃了传统的隔水管，利用相对较小的回流管线将钻井液和钻屑从海底泵送回钻井平台。
深水无隔水管钻井技术主要解决海洋钻井中地层破裂压力与坍塌压力之间余量较小的问题，采用海底泵举升系统将钻井液和岩屑通过返回管线泵送回海面钻井船，实时调速来调节流量，以满足保持海底钻井液举升泵入口压力恒定的要求。
由于RMR技术是最新发展的技术，目前尚无合适的水力学计算理论和方法。
因此，有必要结合无隔水管钻井液回收钻井技术特点，建立相应的水力参数计算模型，为深水钻井设计提供指导。
本文探讨研究了无隔水管钻井技术，结合了我国的实际情况进行了分析，以及对其所涉及的一系列参数的计算方法。
关键词无隔水管钻井关键技术水力参数AbstractWith the development of oil resources, exploration of new oil resources is imminent. With the development of petroleum exploration technology, the development of oil and gas resources in the world has gradually entered into the deep water. The deepwater drilling environment is poor, which will have a lot of problems, easy to cause serious drilling accident.In order to solve a series of problems encountered in the process of deepwater drilling, foreign research issued without riser drilling fluid recovery drilling technology (RMR), the technique removed riser, using relative smaller reflux pipelines will be drilling fluids and cuttings from submarine pump back to drilling platform. Deep water without riser drilling technology is mainly to solve the ocean drilling fracturing a smaller margin between pressure and collapse pressure, the subsea pump lifting system through drilling fluids and cuttings to return pipeline pump back to the sea drilling ship, real-time control to regulate the flow, to meet the protection to subsea mudlift pump inlet pressure constant. As RMR technology is the latest development of the technology, there is no suitable theory and method of hydraulic calculation. Therefore, it is necessary to establish the corresponding calculation model of the hydraulic parameters, and provide guidance for the deepwater drilling design.This paper discusses the research on the drilling technology of the non riser,combining the actual situation in ourcountry,and the calculation method of a series of parameters.Key Words：No riser ；Drilling Key Technology；hydraulic parameter目录摘要PAGEREF _Toc19667 IAbstract II1 绪论11.1 研究目的及意义11.2 国内外研究现状11.3 无隔水管钻井技术的优势22 无隔水管钻井液回收技术32.1 RMR技术原理及优点32.2井内压力的计算42.2最小钻井液排量的计算52.3 循环系统压力损耗及泵功率计算52.4 深水无隔水管钻井液多级举升技术62.5 钻井液举升系统参数分析62.6 影响举升泵泵效的因素83 无隔水管钻井浅部地层井筒循环压耗分析10 3.1 模型的建立103.2 压耗模型的求解113.2.1钻柱内循环压耗计算113.2.2环空中循环压耗计算123.2.3钻头压降及环空携岩123.3 分析与结论134 深水无隔水管钻井MRL选型以及参数优化16 4.1 MRL压耗分析164.2 MRL参数优化174.2 MRL选型194.2.1 刚性管线194.1.2 柔性管线195 总结21参考文献22致谢231 绪论1.1 研究目的及意义石油对于现代工业来说，是极其重要的，作为一种不可再生的能源，在国家的经济与工业发展中都起到了举足轻重的作用。
但随着石油资源被一步步的开发，陆地资源已经越来越匮乏。
所以世界范围内都在向海洋进军。
但海洋深水的钻井环境相当恶劣，在这之中我们将面临许多挑战，诸多挑战也限制了我们在深水域的作业能力。
由此，无隔水管钻井技术便出现了。
该技术放弃了传统的隔水管，利用相对较小的回流管线将钻井液和钻屑从海底泵送回钻井平台。
深水无隔水管钻井技术采用海底泵举升系统将钻井液和岩屑通过返回管线泵送回海面钻井船，实时调速来调节流量，以满足保持海底钻井液举升泵入口压力恒定的要求。
但该项技术是最新发展的技术，目前尚无合适的水力学计算理论和方法[8]。
因此，有必要结合无隔水管钻井液回收技术的相关特点，建立相应的水力参数计算模型，为深水钻井设计提供指导。
1.2 国内外研究现状国外从20世纪中期就开始对无隔水管钻井技术进行了一系列的研究, 在1969年的时候申请了第一个无隔水管钻井技术专利。
在2001年，挪威AGR公司在其钻屑输送系统基础上成功研制出了无隔水管钻井液回收钻井技术，并于03年在里海成功的进行了商业应用。
经过多年人们对其深入的探索研究，无隔水管钻井技术目前已经发展成为了一种较为成熟的深水钻井技术。
已经从最初的浅水RMR技术发展到了深水、超深水RMR技术。
至今，RMR技术己经在世界范围内钻探100多口油井，成功解决了传统隔水管钻井技术遇到的难题，获得较好的经济和环境效益。
在20世纪60年代，Mint-on提出了喷射下套管技术，该技术的原理是采用管柱内安装井下动力钻具，利用管串的自身重力和钻井液喷射力边钻进边下导管。
为了在深水环境中达到钻井液循环要求，业界提出了钻井液多级举升技术，而该项技术又涉及到了许多的参数计算，MRL选型以及其参数的优化，井筒循环压耗的分析等。
该技术于08年9月份在南中国海水深1419 m海域处成功进行了RMR技术的现场试验，试验证明了其在深水钻井中的可行性，以及在南中国海钻井的优点，例如安全钻探浅层风险地层、克服泥浆录井限制、延伸表层套管设置深度等。
目前中海油在渤海和南海勘探井中已经成功应用了套管钻井技术，但还没有广泛应用在深水中。
在最近的二十年内，已经有近100口深水井应用了无隔水管套管钻井技术，水深范围350—3050m，井深范围3446—11017m。
1.3 无隔水管钻井技术的优势相对于传统海洋钻井技术来说,无隔水管钻井液回收技术不仅拥有自身的特点，另一方面还可以解决隔水管在深水作业所带来的一系列困扰，并且能够解决深水作业中的诸多挑战。
由于摒弃了隔水管，就不再需要足够大的平台来容纳其管线等一些设备，如此一来，大大节约了钻井成本，钻井速度也会得到显著提升，且增加了安全系数，对环境所产生的影响也将得到显著下降。
RMR技术减少了套管数量,在很大程度上井身机构得到了优化。
通过实践证明，,理想状况下,RMR技术不仅可以钻探浅层井眼，深水，甚至超深水其都可以达到。
随着对于无隔水管钻井相关技术的一步步深入研究，目前RMR技术的已经较为完善，并且得到的许多应用。
,同时,随着海洋深水钻井的蓬勃发展，由于其具有许多明显的技术优势，并且该技术已经愈发成熟,RMR技术必将在世界范围内得到更加广泛的应用。
2 无隔水管钻井液回收技术2.1 RMR技术原理及优点总的来说RMR技术就是在钻井过程中放弃了使用传统的隔水管，在该技术中，钻杆是直接暴露在海水中的，井眼和海水之间的密封是通过海底井口的吸入模块来实现的，它实际上就是一种顶部井眼钻探系统,使用海底泵系统将井眼环空返回钻井液和岩屑通过泥浆返回管线泵送回海面钻井船。
它的主要组成装备有：控制系统，海底举升泵模块，海底吸入模块，钻井液返回管线，绞车以及常规海面装备。
该技术经过一系列的研究与发展，已经很好地解决了在复杂深水域中钻探所面临的诸多挑战。