钻进工艺LUPPT演示文稿

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1、第五章 回转钻进工艺,1、钻进效果指标及钻进规程参数 2、硬质合金钻进工艺 3、金刚石钻进工艺 4、钢粒钻进工艺 5、牙轮钻进工艺 6、全面钻头钻进工艺,11.11.2020,第一节 钻进效果指标与钻进规程参数,一、钻进效果指标 （一）钻进效果指标的含义 1、钻进效果指标的定义 是衡量钻进速度、钻进成本、钻进质量的经济技术指标。 钻进速度、钻进成本、钻进质量之间有着密切的联系。 2、钻进效果指标内容 包括：钻速、单位成本、岩矿心采取率和钻孔弯曲等。 它们受多因素的影响，有不可控因素和可控因素。不可控因 素是指客观存在的因素，如所钻地层、岩性及其埋深等；可 控因素是指通过一定的设备和技术手段可进

2、行人工调节的因 素，如钻头类型、冲洗液性能、钻压、转速和泵量等。,11.11.2020,第一节 钻进效果指标与钻进规程参数,一、钻进效果指标 （二）钻进速度 钻进速度是衡量钻进效果的基本指标，也是考核 钻进工艺和生产管理水平的最重要依据。根据不同的 技术统计需要，有以下几种钻速衡量指标： 1、机械钻速 2、回次钻速 3. 技术钻速 4、经济钻速 5、循环钻速,11.11.2020,第一节 钻进效果指标与钻进规程参数,1、机械钻速 机械钻速是单位纯钻进时间内所钻的进尺。计算式如下： （m/h） 式中：H钻进进尺，m； t纯钻进时间，h。 机械钻速表示岩石钻进的难易程度，取决于岩石性质、钻进 方法

3、、钻具、钻进工艺和技术的合理性等因素。机械钻速表示 钻进工作最基本的状况，在一定的条件下，必须优选钻进参数。,11.11.2020,第一节 钻进效果指标与钻进规程参数,2、回次钻速 表示从下入钻具，进行钻进，直到钻具提出钻孔的工序中（即所 谓一回次）单位时间的进尺。其计算公式如下： (m/h) 式中：HR回次进尺，m； t1辅助作业时间，h。 t1包括钻进准备、起下钻、冲孔、扫孔、立轴倒杆、接长钻杆、 卡取岩心、更换钻头及钻具等时间。孔深增加，提下钻时间增加，回 次钻速减小。熟练操作、优化钻进、钻具升降机械化、自动化可提高 回次钻速。,11.11.2020,第一节 钻进效果指标与钻进规程参数,

4、3. 技术钻速 技术钻速表示一台钻机一个月期间内用于完成基本工序t 、 辅助作业t1 和其他补充作业T1的总时间与同期的钻进进尺HT 与之比。其计算公式如下： (m/h) T1是指一个月期间内消耗在固孔、测量孔斜、地球物理 测井、孔内注浆、人工造斜等工作中的补充作业时间，h。 技术钻速取决于机台工作的技术水平、各项工作的组织配合 及技术措施等。,11.11.2020,第一节 钻进效果指标与钻进规程参数,4、经济钻速 经济钻速又称商业钻速，一般按月（季）计算，表示一台钻机 在一个月（季度）期间的可计入成本时间（基本工序时间t 、辅 助工序时间t1、补充作业时间T1和非生产工序所用时间T2 ） 与

5、同期钻进进尺HB 之比。其计算公式如下： (m/h) T2是指一个月（季）钻机安装、大修、处理孔内事故等非生 产性作业的时间，h。 劳动组织、动力供给、物资供应、技术状况越好，特别是无事 故，经济钻速就会越高。,11.11.2020,第一节 钻进效果指标与钻进规程参数,5、循环钻速 循环钻速指的是从开孔到终孔整个生产大循环的平均钻速 (m/h) 式中：T3用于安装和拆卸钻塔、起拔套管、封孔等开孔准 备和终孔作业的时间，h。 循环钻速表示钻探工程技术和组织管理、协调的总状态。它 取决于经济钻速、安装及运输、基地的条件等。,11.11.2020,第一节 钻进效果指标与钻进规程参数,二、钻进规程 （

6、一）钻进规程的含义 所谓钻进规程是指为提高钻进效率、降低成本、保证 质量所采取的技术措施，通常指可由操作者人为改变的参 数组合。 在回转钻进中主要的钻进参数有：钻压（钻头上的轴 向载荷）、钻具转速、冲洗介质（水、钻井液或压缩空气） 的品质、单位时间内冲洗介质的流量等工艺参数。,11.11.2020,第一节 钻进效果指标与钻进规程参数,（二）钻进规程的类型 生产中有不同的钻进规程：最优规程、合理规程、专用规程 1、最优规程 （1）最优规程的定义：当地质技术条件和钻进方法已确定时， 在保证钻孔质量指标（钻孔方向、岩矿心采取率等）的前提下， 为获取最高钻速或最低每米钻进成本而选择的钻进参数搭配叫 做

7、最优规程。 （2）实现最优钻进规程的条件是：钻机设备的功率、转速、 钻杆的强度、冲洗介质的品质等因素不限制钻进参数的选择。,11.11.2020,第一节 钻进效果指标与钻进规程参数,2、合理规程 在给定的技术装备条件下，当钻进规程参数的选择受到某 种制约时（例如设备功率不足，钻机的转速达不到要求，钻 具强度不够、冲洗液泵量不足等），在保证钻孔质量指标的 同时争取最大钻速的钻进参数组合叫做合理规程。 3、专用规程 为完成特种取心，矫正孔斜，进行定向钻进等任务所采用 的参数组合称为专用规程。与特种工艺匹配，钻速已成为从 属的目标。,11.11.2020,第一节 钻进效果指标与钻进规程参数,三、钻进

8、过程中各参数间的基本关系 1、钻压对钻速的影响 依据钻速与钻压的实验曲线，可得出： （1）在很大的变化范围内(ab段) ， 钻压与钻速近似成线性关系； （2）a点之前，钻压太低，钻速很慢； （3）b点之后，钻压过大，岩屑量过 多，甚至切削具完全压入岩层，孔底 冷却和排粉条件恶化，钻头磨损也加剧，使钻进效果变差。,11.11.2020,第一节 钻进效果指标与钻进规程参数,1、钻压对钻速的影响 可按图中的直线段来建立钻压P与钻速vm的定量关系，即 vm（P-W） 式中： Wab线在钻压轴上的截距， 相当于切削具开始压入地层时的钻压。 它在石油钻井中称为门限钻压，主要 取决于岩层性质。不同地层的门限

9、钻 压各异。,11.11.2020,第一节 钻进效果指标与钻进规程参数,三、钻进过程中各参数间的基本关系 2、转速对钻速的影响 转速是钻头旋转的速度，表示切削具运动的快慢。由图可知： （1）在软、塑性大、研磨性小的粘土岩 层钻进时（曲线），钻速vm与转速n关系 基本呈线性关系； （2）在中等硬度、研磨性较小的岩层中 钻进时（曲线），钻速vm与转速n的关系 开始呈直线关系，但随着n继续增大而逐渐 变缓，转速愈高，钻速增长愈慢；,11.11.2020,第一节 钻进效果指标与钻进规程参数,三、钻进过程中各参数间的基本关系 2、转速对钻速的影响 （3）在中硬、研磨性强的岩层钻 进时（曲线），开始时类似

10、于曲线 ，但钻速随转速增大而增大的速率 缓慢，当超过某个极限转速n0后，钻 速vm还有下降的趋势。 在钻压和其他钻进参数保持不变的情况下，钻速可表述为 vmn 式中：为转速指数，一般小于1，其数值大小与岩性有关。,11.11.2020,第一节 钻进效果指标与钻进规程参数,3、水力因素对钻速的影响 一定的钻速条件下，单位时间内钻出的岩屑总量一定， 而该数量的岩屑需要一定的水功率才能完全清除，低于这个 水功率值，孔底净化不完善，则钻速降低。对于软岩，高于 这个水功率值，水力参加破岩，使机械钻速可能升高。但此 时，水力浮力的增加，对钻速的提高会造成不利影响，尤其 是在硬岩层中。 对孕镶金刚石钻头和自

11、磨式钻头，必须在孔底保存一定的 岩粉量，过大的水功率将导致钻速下降，甚至抛光钻头。,11.11.2020,第一节 钻进效果指标与钻进规程参数,4、冲洗液性能对钻速的影响 （1）冲洗液密度对钻速的影响 冲洗液密度决定着孔内液柱压力与地 层孔隙压力之间的压差。孔底压差对刚 破碎的岩屑有压持作用，阻碍孔底岩屑 及时清除，压差增大将使钻速明显下降。 其关系为： 式中： v0零压差时的钻速，m/h； p孔内液柱压力与地层孔隙压力之间的压差，MPa； 与岩层性质有关的系数。,11.11.2020,第一节 钻进效果指标与钻进规程参数,4、冲洗液性能对钻速的影响 （2）冲洗液粘度对钻速的影响 其他条件一定时，

12、冲洗液粘度的增大,将使孔底压差增大，浮 力增大，并使孔底钻头获得的水功率降低，从而使钻速降低。 （3）冲洗液固相含量及其分散性对钻速的影响 固相含量、固相颗粒大小和分散 度对钻速对钻进速度有明显影响。由 图可见，固相含量相同时，分散性冲 洗液比不分散冲洗液的钻速低。固相 含量越少，两者的差别越大。一般应 采用固相含量低于4%的不分散冲洗液。,11.11.2020,第二节 硬质合金钻进工艺,硬质合金钻进分磨锐式硬质合金钻头钻进和自磨式硬质合金 钻头钻进，两者的钻进工艺存在异同点。 一、磨锐式硬质合金钻头的钻进规程 （一）钻压的选择 磨锐式硬质合金钻头是以切削具压入切削和剪切破碎为主， 钻压的大小

13、决定着碎岩的方式和特点，依据图5-1的关系，钻压 的选择必须大于a点的钻压。但随着切削具的磨损，其碎岩方式 和特点也会发生变化。,11.11.2020,第二节 硬质合金钻进工艺,（一）钻压的选择 1、初始钻压与钻速的关系 传统的观念认为：初始时，切削具锋利，所需钻压较小就可以 满足比压大于岩石的压入硬度，产生体积破碎。随着切削具的磨 损，切削具与岩石的接触面积增大，应逐渐加大钻压，维持比压 继续大于岩石的压入硬度，以维持稳定的体积破碎。 表9-19是初始钻压加载与钻进效果的实验数据。,11.11.2020,第二节 硬质合金钻进工艺,可以得出：随初始钻压的提高，钻头的回次进尺略有减少，但 钻进时

14、间减少较大，因而，回次钻速有较大提高。 其原因是：一开始就大钻压，有利于发挥切削具锋利的优势， 产生较大的体积破碎，初始钻速很高，而切削具的磨损，随进尺 的增加并未有显著的增加，回次进尺没有明显的减少。 可以认为：一开始就以允许的大钻压对钻进是有利的，但初试 钻压并不是越大越好，是合理钻压。,11.11.2020,第二节 硬质合金钻进工艺,（一）钻压的选择 2、钻压与所钻岩石的关系 但不同岩石对增加钻压所表现出的钻速变化规律是不同的。 （1）中硬硬（67级）岩石最敏 感，增大钻压时，钻速增长最显著； （2）对45级的岩石，如果钻压过 大，将使孔底排粉和冷却条件恶化，阻 碍了钻速的成比例上升；

15、（3）89级岩石是不宜用硬质合金 钻进，可理解为：钻压值未达到体积破 碎，钻压增加，磨损加剧，钻速下降。,11.11.2020,第二节 硬质合金钻进工艺,（一）钻压的选择 2、钻压与所钻岩石的关系 实际生产中，一般根据不同形状的硬质合金压力选用经验 （表5-1），确定钻头上的总压力，即： 式中： p每颗切削具上应有的压力； m钻头唇面上的切削具数目。 钻进中，根据钻速的变化，适时调整。岩石越硬、研磨 性越强，p值取上限；粘性软岩取小值；裂隙地层也应取小值。,11.11.2020,第二节 硬质合金钻进工艺,（二）转速的确定 合金钻头转速的确定，考虑岩性和碎岩时间因素的影响。 1、软岩层钻进时的转速 钻进塑性大、研磨性小的软岩层 (如粘土类岩层)，可以 认为切削具切下来的岩石厚度就等于切削具切入岩石的深度， 且钻进中切削具的磨损很小，其机械钻速v为： 式中：h0切削具的切入深度； m切削具的组数； n钻头的转速。 硬