岩心钻探工艺.pptx
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➢ 在一定的条件下，N1 +N2应该存在一个临界值， 保证钻柱和井壁的安全。
➢ 根据N1可以判断井下其它工况如井眼偏斜程度、 泥浆润滑性能等。
钻杆、钻具
➢ 钻杆性能（最大扭矩—厂家测试数据、经 验数据）
➢ 钻杆弯曲、钻杆磨损 ➢ 丝扣油、护丝接头、拧卸操作（浮动、自
由钳、上扣扭矩、密封性） ➢ 钻具单动性、间隙调节、报信机构 ➢ 卡簧匹配
实时优化决策
NROP=（N - N1）/ROP =（N2+N3）/ROP
➢ 代表了单位进尺所必须消耗的钻进能量（比能） ➢ 在一定条件下，通过调节钻进规程参数、钻具组合或泥浆
性能，可以使NROP达到极小值 ➢ 获得最好的钻进效果（钻进效率高、钻头寿命长、钻柱和
井壁安全、井眼轨迹偏斜小）
钻头性能评价
直径单边磨损
直径均匀磨损
任意每米长度 弯曲
磨损为壁 厚
每米弯曲
硬质合金钻进
<2
<3
<3
<1/3
<2
金刚石钻进
<2
<3
<1
<1/3
<0.75
绳索取心钻进
<1
<1.5
<1
<1/3
<0.75
钻进过程的操作
1、“摸、闻、观”结合，及时发现设备或孔内异 常工况
➢ 手摸—反应最快，了解设备运转时的振动情况、 钻进速度变化等
设备
➢ 熟悉钻机、泥浆泵、钻塔、绳取绞车 等主要设备的性能、结构特点、工作 原理
➢ 仪器仪表配备齐全、正常 ➢ 定期检查维护（润滑油、温升、振
动），严禁带病工作
特别对深孔钻机，功率 与孔深的匹配问题？
设备
➢ 钻机—功率配备、转速、扭矩、加压力、提升力 ➢ 泥浆泵—功率、流量、泵压 ➢ 钻塔—额定载荷、最大载荷、高度等 ➢ 绳取绞车—提升速度、提升力 ➢ 仪器仪表—钻压、泵压、电压、电流等 （最好配备钻速、扭矩、流量、转速等）
以防反扣事故
起下钻过程的操作
1、机上余尺的丈量与记录 2、随时观察孔口夹持器工作状态，严禁卸钻杆时 孔内钻杆反转，造成脱扣跑钻事故 3、提钻回灌（最好养成习惯） 4、提下钻过程中的阻力变化 5、操作要平稳（提下钻速度、钻杆的摆放等） 6、丝扣油、护丝接头、拧卸操作（浮动、自由钳、 上扣扭矩） 7、检查钻杆（丝扣、裂纹、弯曲、磨损、密封）
NBIT=N3/ROP
➢ N3-钻头与岩石之间的相互作用 ➢ 在某一时段，可以假设钻头的性能和泥浆
性能变化很小 ➢ 应取决于岩石性质和地层压力 ➢ 当钻遇高压层时NBIT将明显减小 ➢ 当钻头性能变坏时，NBIT将呈增加趋势
对钻柱和井壁安全进行评价
➢ N1 +N2基本上都消耗在钻柱-井眼部分，对钻柱 和井壁构成危险
钻杆的动扭矩（惯 性转矩） 问题
深孔中高速旋转的钻杆 在遇到卡钻时，会产生 较大的动扭矩，造成钻 杆过载或折断。
T
Tj
J
dΩ dt
J mρ2 GD2 4g
Ω 2πn 60
T百度文库
Tj
GD2 375
dn dt
煤炭地质钻探规程 岩心钻探规程
表11 管材磨损和弯曲最大允许限度
单位为毫米
钻进方法
钻
杆
岩心管
➢ 耳闻—反应次之，了解设备运转时的振动情况 ➢ 眼观—反应最慢，钻速、钻压、泵压、电流（扭
矩、功率）、返水情况等
钻进过程的操作
2、平稳起动、平稳调节 3、顺利下钻距孔底约1.0m左右，送水并
轻压慢转扫孔 4、正常钻进时（包括倒杆），严禁中途
将钻具提离孔底 5、浅孔倒杆时，防止冲洗液将钻具浮起
而造成岩心堵塞 6、严禁在钻头提离孔底时高速旋转钻杆，
➢ N2—附加功率消耗
➢ 施加钻压后（下部钻柱发生屈曲而接触井壁，产生摩
擦阻力并引发各种振动）所造成的。主要由钻压、转速、 钻具结构、泥浆性能和井壁状况等因素决定，特别是钻进 规程参数和振动规程的强弱对其影响很大。理论计算或实 际测量都有一定难度。
➢ N3—井底钻头破碎岩石所消耗的功率
主要取决于钻头性能和所钻地层的性质。
复杂地层问题
松散软、硬脆碎、水敏地层等 怕振动、怕冲刷、怕磨损
➢ 孔壁稳定（漏失、缩径扩径、坍塌掉块等） ➢ 取心率低（堵心、磨心、脱心） ➢ 孔内事故（断钻、卡钻、埋钻）
取心操作
1、卡簧取心—卡簧尺寸（每次仔细测量、用上回 次岩心试验），卡簧自由内径应比钻头内径小0.3～ 0.5mm（岩心、煤炭规程） 2、采用立轴或动力头实现“提—卡—扭”，严禁 取心钻具的内管受力 3、绳索取心—钻具组装与调试（单动性、卡簧座 间隙、报信机构等）、投放到位、提升速度与阻力 （0.5m/s～2m/s）、钻杆内壁结垢、干孔投放等
A－考虑振动幅值和频率在不同长度上的变化的比例系数
EI－钻杆柱刚度
ｌ１－振动钻柱的长度，一般为150 350米
千瓦
钻机
机械 功率
井深 井斜
钻柱-井眼
钻头-岩石
屈曲 摩阻 振动
WOB RPM 冲洗液 地层情况
总功率消耗N= N1+N2+N3
➢ N1—钻柱空转功率消耗
取决于钻井深度、钻柱结构参数、井斜状态、井身结构、 泥浆性能和转速等。通过理论计算或实际测量而比较容易 获得。
功率配备、功率消耗问题
• 钻进过程中，总功率都消耗在哪？ • 深孔钻机的动力机功率配备大，额定
输出扭矩大，浅部钻进时，易造成钻 杆超负荷使用
更换动力机
P6 20%
P5 34%
P1
P2
14%
5%
P3
P1
2%
P2
P3
P4
P4 25%
P5 P6
钻头克服水平摩阻力所需功率P1； 钻具在循环泥浆中自转所消耗的功率P2； 钻具反转时克服循环液阻力消耗的功率P3； 钻具克服孔壁摩阻力消耗功率P4； 钻具纵向振动消耗的功率P5； 钻具横向振动消耗功率及其他消耗功率P6。
金刚石岩心钻探工艺技术
地质超深钻探技术国家专业实验室
段用 2011年
关键环节
➢ 钻探技术方案设计 ➢ 安全（设备、孔内、人员） ➢ 钻进速度、回次长度 ➢ 钻井液技术 ➢ 钻进工艺参数（钻压、转速、流量） ➢ 钻头选型及使用 ➢ 操作经验、岗位责任 ➢ 认真学习并遵守《2011钻探规程》
人为 事故 地层
空转功率
1 1000
R1r L
0.3
q g
3
D 2
A 2r 2
3mEI l13
1
2
摩擦系数
R1 钻杆轴单位长度上的压力
回转角速度
r 钻杆轴回转半径（钻杆半径或井筒半径）
钻杆和孔壁的间隙
q 每米钻杆重量，公斤/米
ｇ－重力加速度
ｍ 钻杆柱重量
D 井筒直径
L 钻杆长度（钻孔深度），米
➢ 根据N1可以判断井下其它工况如井眼偏斜程度、 泥浆润滑性能等。
钻杆、钻具
➢ 钻杆性能（最大扭矩—厂家测试数据、经 验数据）
➢ 钻杆弯曲、钻杆磨损 ➢ 丝扣油、护丝接头、拧卸操作（浮动、自
由钳、上扣扭矩、密封性） ➢ 钻具单动性、间隙调节、报信机构 ➢ 卡簧匹配
实时优化决策
NROP=（N - N1）/ROP =（N2+N3）/ROP
➢ 代表了单位进尺所必须消耗的钻进能量（比能） ➢ 在一定条件下，通过调节钻进规程参数、钻具组合或泥浆
性能，可以使NROP达到极小值 ➢ 获得最好的钻进效果（钻进效率高、钻头寿命长、钻柱和
井壁安全、井眼轨迹偏斜小）
钻头性能评价
直径单边磨损
直径均匀磨损
任意每米长度 弯曲
磨损为壁 厚
每米弯曲
硬质合金钻进
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金刚石钻进
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绳索取心钻进
<1
<1.5
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钻进过程的操作
1、“摸、闻、观”结合，及时发现设备或孔内异 常工况
➢ 手摸—反应最快，了解设备运转时的振动情况、 钻进速度变化等
设备
➢ 熟悉钻机、泥浆泵、钻塔、绳取绞车 等主要设备的性能、结构特点、工作 原理
➢ 仪器仪表配备齐全、正常 ➢ 定期检查维护（润滑油、温升、振
动），严禁带病工作
特别对深孔钻机，功率 与孔深的匹配问题？
设备
➢ 钻机—功率配备、转速、扭矩、加压力、提升力 ➢ 泥浆泵—功率、流量、泵压 ➢ 钻塔—额定载荷、最大载荷、高度等 ➢ 绳取绞车—提升速度、提升力 ➢ 仪器仪表—钻压、泵压、电压、电流等 （最好配备钻速、扭矩、流量、转速等）
以防反扣事故
起下钻过程的操作
1、机上余尺的丈量与记录 2、随时观察孔口夹持器工作状态，严禁卸钻杆时 孔内钻杆反转，造成脱扣跑钻事故 3、提钻回灌（最好养成习惯） 4、提下钻过程中的阻力变化 5、操作要平稳（提下钻速度、钻杆的摆放等） 6、丝扣油、护丝接头、拧卸操作（浮动、自由钳、 上扣扭矩） 7、检查钻杆（丝扣、裂纹、弯曲、磨损、密封）
NBIT=N3/ROP
➢ N3-钻头与岩石之间的相互作用 ➢ 在某一时段，可以假设钻头的性能和泥浆
性能变化很小 ➢ 应取决于岩石性质和地层压力 ➢ 当钻遇高压层时NBIT将明显减小 ➢ 当钻头性能变坏时，NBIT将呈增加趋势
对钻柱和井壁安全进行评价
➢ N1 +N2基本上都消耗在钻柱-井眼部分，对钻柱 和井壁构成危险
钻杆的动扭矩（惯 性转矩） 问题
深孔中高速旋转的钻杆 在遇到卡钻时，会产生 较大的动扭矩，造成钻 杆过载或折断。
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J mρ2 GD2 4g
Ω 2πn 60
T百度文库
Tj
GD2 375
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煤炭地质钻探规程 岩心钻探规程
表11 管材磨损和弯曲最大允许限度
单位为毫米
钻进方法
钻
杆
岩心管
➢ 耳闻—反应次之，了解设备运转时的振动情况 ➢ 眼观—反应最慢，钻速、钻压、泵压、电流（扭
矩、功率）、返水情况等
钻进过程的操作
2、平稳起动、平稳调节 3、顺利下钻距孔底约1.0m左右，送水并
轻压慢转扫孔 4、正常钻进时（包括倒杆），严禁中途
将钻具提离孔底 5、浅孔倒杆时，防止冲洗液将钻具浮起
而造成岩心堵塞 6、严禁在钻头提离孔底时高速旋转钻杆，
➢ N2—附加功率消耗
➢ 施加钻压后（下部钻柱发生屈曲而接触井壁，产生摩
擦阻力并引发各种振动）所造成的。主要由钻压、转速、 钻具结构、泥浆性能和井壁状况等因素决定，特别是钻进 规程参数和振动规程的强弱对其影响很大。理论计算或实 际测量都有一定难度。
➢ N3—井底钻头破碎岩石所消耗的功率
主要取决于钻头性能和所钻地层的性质。
复杂地层问题
松散软、硬脆碎、水敏地层等 怕振动、怕冲刷、怕磨损
➢ 孔壁稳定（漏失、缩径扩径、坍塌掉块等） ➢ 取心率低（堵心、磨心、脱心） ➢ 孔内事故（断钻、卡钻、埋钻）
取心操作
1、卡簧取心—卡簧尺寸（每次仔细测量、用上回 次岩心试验），卡簧自由内径应比钻头内径小0.3～ 0.5mm（岩心、煤炭规程） 2、采用立轴或动力头实现“提—卡—扭”，严禁 取心钻具的内管受力 3、绳索取心—钻具组装与调试（单动性、卡簧座 间隙、报信机构等）、投放到位、提升速度与阻力 （0.5m/s～2m/s）、钻杆内壁结垢、干孔投放等
A－考虑振动幅值和频率在不同长度上的变化的比例系数
EI－钻杆柱刚度
ｌ１－振动钻柱的长度，一般为150 350米
千瓦
钻机
机械 功率
井深 井斜
钻柱-井眼
钻头-岩石
屈曲 摩阻 振动
WOB RPM 冲洗液 地层情况
总功率消耗N= N1+N2+N3
➢ N1—钻柱空转功率消耗
取决于钻井深度、钻柱结构参数、井斜状态、井身结构、 泥浆性能和转速等。通过理论计算或实际测量而比较容易 获得。
功率配备、功率消耗问题
• 钻进过程中，总功率都消耗在哪？ • 深孔钻机的动力机功率配备大，额定
输出扭矩大，浅部钻进时，易造成钻 杆超负荷使用
更换动力机
P6 20%
P5 34%
P1
P2
14%
5%
P3
P1
2%
P2
P3
P4
P4 25%
P5 P6
钻头克服水平摩阻力所需功率P1； 钻具在循环泥浆中自转所消耗的功率P2； 钻具反转时克服循环液阻力消耗的功率P3； 钻具克服孔壁摩阻力消耗功率P4； 钻具纵向振动消耗的功率P5； 钻具横向振动消耗功率及其他消耗功率P6。
金刚石岩心钻探工艺技术
地质超深钻探技术国家专业实验室
段用 2011年
关键环节
➢ 钻探技术方案设计 ➢ 安全（设备、孔内、人员） ➢ 钻进速度、回次长度 ➢ 钻井液技术 ➢ 钻进工艺参数（钻压、转速、流量） ➢ 钻头选型及使用 ➢ 操作经验、岗位责任 ➢ 认真学习并遵守《2011钻探规程》
人为 事故 地层
空转功率
1 1000
R1r L
0.3
q g
3
D 2
A 2r 2
3mEI l13
1
2
摩擦系数
R1 钻杆轴单位长度上的压力
回转角速度
r 钻杆轴回转半径（钻杆半径或井筒半径）
钻杆和孔壁的间隙
q 每米钻杆重量，公斤/米
ｇ－重力加速度
ｍ 钻杆柱重量
D 井筒直径
L 钻杆长度（钻孔深度），米