石油工程概论 ：第七章 钻进工艺技术

1．钻速模式
使用最广泛
Vm
(W
W0
)
1
n C2h
杨格(Young F．S)
Vm
K
Cp
Ch (W
W0
)
1
n C2
h
修正公式
K───岩石可钻性系数，与岩石硬度、钻头类型及洗井液性 能有关，可由实验确定； Cp───压差影响系数，当压力平衡时，Cp＝1； Ch───水力参数影响系数，井底达到充分净化时，Ch＝1． 13
素
优选、设计
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一、钻压 是直接作用于钻头上的压力，是使钻头破
碎岩石的最基本参数，也是最活跃的因素。
钻进速度 钻头的磨损速度和工作寿命
确定钻压的大小
钻压(W)与钻速(Vm)(直线ab段)的关系：
Vm (W W0 )
W。称为门限钻压。它是ab线在钻 压铀上的截距，相当于牙齿开始压 入岩石时的钻压，其数值主要与岩 石性质有关。
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钻头水功率大，就会使井底的清洁程度高，从而减小重 复破碎所消耗的机械能，并能在一定程度上增加水力破 碎和使破碎带裂缝扩大的效果，使机械钻速提高。
图7－3 钻速与水力参数的关系曲线
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四、洗井液性能
洗井液密度、粘度、固相含量及其分散性等性能指标对钻速 都有明显的影响。
(1)洗井液密度对钻速的影响
洗井液密度↗，压持效应↗，钻头的破碎效率↘，钻速↘。
第七章 钻进工艺技术
钻进是通过选择和使用合适的工具，根据所钻地层的特 点，选择合理的工艺技术，使钻头在地层中沿预定的轨 道前进的过程，是一口井建井过程的最主要的环节。
钻进的任务是破碎岩石，钻进的速度快慢、质量和成本 的高低，受到地层的物理机械性能的制约，同时也受到 钻进设备、工具的性能及钻进工艺技术措施的影响。
图7－1 钻压与钻速的关系曲线
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钻压对钻头牙齿磨损速度的影响关系式为：
dh 1 dt D2 D1W
h为牙齿的磨损量； Dl和D2为钻压影响系数，与钻头的尺寸有关；
钻压与轴承磨损速度的关系式为：
dB W y dt
B为轴承的磨损量； y是钻压指数，对于普通的水基洗井液y=1.5；
钻头牙齿的磨损量对钻速的影响关系式：
最后由上返的洗井液将其从环空举升到地面。
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压持效应：由于井内洗井液柱所形成的静液压力大于地 层压力，使得岩屑被压持在井底不易脱离的现象。
克服压持效应依靠射流的冲击压力和漫流的横向推力。
射流喷速和流量 (洗井液的水力能量)
常用钻头水功率表示：
Nb
Pb Q 1.02
Nb——钻头水功率，kW； Pb——钻头喷嘴压降，MPa； Q——排量，L／S。
Vm
1 1 C2h
C2为牙齿磨损系数，与牙齿结构及地层岩性有关。
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二、转速
如果每旋转一周都有相同的破碎深 度，那么钻速将会随转速的增加而 直线地增大。但实际上并非如此。
转速与钻速的关系：
Vm n
n为转速； λ为转速指数，一般小于1，其值与岩性有关。
在钻压一定时，如果增加转速，牙齿和 轴承的磨损速度也将加快，它反过来又 会影响到机械钻速和钻头寿命等。
1
2
第一节 影响钻进的主要因素
影响钻进的因素按其本身可否改变可分为两大类：
不 指已经客观存在、无法改变的因素，如所要钻进地层
可 变
的岩石物理机械性质、地质构造、地下压力分布及地
因 层中的流体性质等。
素
利用其有利方面，
并调节可变因素适应之
可 指可以人为的选择和改变的因素，如钻头和钻具、钻
变 因
压、转速、水力参数、洗井液性能及洗井技术等。
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第二节 钻进参数选择
钻进是钻压、钻速、水力参数、洗井液性能等共同作用的过程。 要达到高效率、低成本钻井的目的，必须合理确定出 钻进施工中的各参数值及其相互的配合关系，采用先 进技术，提高钻进效益。
一、平衡压力钻井技术
基本内容：在井内洗井液压力与地层压力相平衡的条件下进行 钻进，以便有效地保护油、气层不受洗井液的侵污，保证油气 井的生产能力，同时保证较高的钻进速度，缩短建井周期，降 低钻井成本。 科学依据：根据地层的压力来确定所用洗井液的密度。
图7－2 转速与钻速的关系曲线
1－软地层，井底清洁； 2－软地层，井底不净； 3－硬地层，净化不充分。
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三、水力因素
在钻进过程中，从钻头上的喷嘴中喷射出的洗井液(射流)， 对钻进过程发挥着三种作用：
●清洁、净化井底，避免重复切削；
●保持和扩大预破碎带裂缝； ●直接水力破岩。
最主要的作用
保持井底清洁要经过三个过程： 对钻速的 首先是使破碎的岩屑离开岩石母体； 影响最大 然后是岩屑在井底被移动；
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3．钻头轴承磨损速度模式
VB
dB dt
1 b
nW
y
b为轴承工作系数，它取决于轴承结构、钻头类型、尺寸以及 洗井液性能等因素，由实际钻井资料中求出。
B为钻头的轴承磨损量，单位时间内的磨损量即为磨损速度， 新钻头B＝0，轴承损坏则B＝1。
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4．钻进成本模式
Ct
Cb
Cr (Tt Ts H
Td )
Ct─── 每米钻进成本，元／米； Cb─── 钻头成本，元／只； Cr─── 钻机作业费，元／时； Tt、Ts、Td─── 分别为起下钻时间，接单根时间和纯钻进时间，时； H─── 钻头总进尺，米。
(2)洗井液粘度对钻速的影响 洗井液粘度↘，循环系统的压耗↘，钻头喷嘴的压降↘， 射流对井底的冲击作用↗，改Biblioteka Baidu清岩效果，钻进速度↗。
(3)洗井液固相含量及其分散性对钻速的影响 固相含量增加会降低钻进速度和钻头、泥浆泵寿命； 小于lμm的胶体颗粒越多，对钻速的影响越大。
为了提高钻速，应尽可能采用低固相不分散体系洗井液。
2．钻头牙齿磨损速度模式
VH
Af (Q1 n Q2 n3) (D2 D1W )(1 C1h)
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， 具体数值可由实验确定； Q1和Q2───由钻头类型决定的转速影响系数； D1和D2───由其直径决定的钻压影响系数； C1───牙齿磨损减慢系数，均可从相应表中查得。
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二、高压喷射钻井技术
基本原理：使用新型喷射式钻头，改善井底流场， 提高水力清岩效率，并使水力作用与机械破碎相结 合，提高钻进速度与进尺。
三种不同的喷射钻井工作方式： 用得最多
(1)最大水功率理论及其工作方式
(2)最大冲击力理论及其工作方式
(3)最大喷射速度理论
有时使用
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三、优选参数钻井技术