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1、亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶印予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5第五节第五节 机械参数机械参数 机械参数一般是指钻头工作参数机械参数一般是指钻头工作参数钻压和转速。钻压和转速。一、牙轮钻头机械参数一、牙轮钻头机械参数 根据使用经验，牙轮钻头机械参数的确定应遵循如下根据使用经验，牙轮钻头机械参数的确定应遵循如下原则：原则： 软地层采用低钻压、高转速；软地层采用低钻压、高转速； 硬及中硬地层、深部地层采用高钻压、低转速；硬及中硬地层、深部地层采用高钻压、低转速； 钻头安全承载能力一般取钻头安全承载能力一般取0.60.8KN/mm； 密封滑动轴承不宜采用高转速。密封滑
2、动轴承不宜采用高转速。第三章第三章 钻进工艺钻进工艺抗倦务仟稍闷快太墩掀赵疑录孰场扼伏朗茧列障踌紧突侩亭惊酗盔酵鸽败第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶印予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5 美国休斯公司美国休斯公司J J系列钻头钻压与转速乘积的值系列钻头钻压与转速乘积的值: :式中式中 W W 钻压，吨；钻压，吨； N N 转速，转转速，转/ /分；分； C C 轴轴承承能能力力（bearing bearing CapabilityCapability），吨吨转转/ /分。分。第五节机械参数第五节机械参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺控盖
3、炕新醇滤娄持琶考猾末吨蹦曼集锰犁世荧茁驭陕坷验疹裤净箔癸股赢第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶印予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5第五节机械参数第五节机械参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺只是参考值只是参考值非昂疼朴箔浦扛倦收猴烷杉硕谍笛香丽契椅嘿溅叉聋霖星氧峪壳五窍轮烙第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶印予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5 对于对于J系列系列钻头应按每种钻头应按每种钻头试验曲线，钻头试验曲线，在在ab线范围内线范围内根据具体情况根据具体情况确定钻头的最确定钻头的
4、最佳工作钻压与佳工作钻压与转速。转速。第五节机械参数第五节机械参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺曲线曲线a以下：轴承不易破坏，钻头寿命长，但钻速低以下：轴承不易破坏，钻头寿命长，但钻速低密封失效而破坏。密封失效而破坏。曲线曲线b以上：钻速快，但轴承损坏更快。以上：钻速快，但轴承损坏更快。a、b曲线内：牙齿、密封、轴承等效损坏曲线内：牙齿、密封、轴承等效损坏每米成本低。每米成本低。准铸闪映眉减诽领枫裴蓖侮喘嗽肠艺藐怖科讼渝姜克弛耸室哟逞疟友事瓷第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶印予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5二、金刚石钻头机械参数（使
5、用寿命高）二、金刚石钻头机械参数（使用寿命高） 金刚石钻头机械参数的确定应遵循如下原则：金刚石钻头机械参数的确定应遵循如下原则： 在软地层钻井中，增加转速可明显提高机械钻速；在软地层钻井中，增加转速可明显提高机械钻速； 在中等硬度地层，应将转速控制在较低的范围。在中等硬度地层，应将转速控制在较低的范围。 在在硬硬的的、高高研研磨磨性性地地层层，应应采采用用中中高高钻钻压压，以及低中等转速。以及低中等转速。第五节机械参数第五节机械参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺黎榔揩狸哎芯缔哭抱肄懒屎苏系陌岩撒塑扁缸彬酿筷眶系觅盟抱朝田疾厚第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶印
6、予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺5第三章钻进工艺51 1、钻压、钻压 美美 国国 克克里里斯斯顿顿公公司司金金刚刚石石系系列列钻头钻头第五节机械参数第五节机械参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺1bf=4.44822N富说骤衫鸦纫秧姻鄂两硕卑盂朋酌吼绒全潮裕前痛严够豁嗜晰服阂搅哥教第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶印予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺5第三章钻进工艺52、转速、转速l金刚石钻头的使用转速应尽可能高些。金刚石钻头的使用转速应尽可能高些。l用于涡轮钻的金刚石钻头一般用于涡轮钻的金刚石钻头一般300转转/分，高的分，高的600900转转/
7、分。分。l 对于天然金刚石钻头，一般认为在对于天然金刚石钻头，一般认为在150转转/分左右分左右较合适。较合适。l对于对于PDC钻头，转速可以较大的转速范围内使用，钻头，转速可以较大的转速范围内使用，所以它可用于转盘钻，也可用于井底动力钻井。所以它可用于转盘钻，也可用于井底动力钻井。在转盘钻井时，推荐使用在转盘钻井时，推荐使用100转转/分左右。分左右。第五节机械参数第五节机械参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺瓣圆疯玄智萄妙脚抗潜田尺密艺阎酗谢乏钎骋纵亮惯纳根助侗筒烁陶庸灯第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶印予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺5第三章钻进
8、工艺53、排量、排量 排排量量首首先先要要满满足足环环形形空空间间的的最最低低返返回回速速度度的的要要求求，同同时时又又要要保保证证满满足足钻钻头头清清除除岩岩屑屑和和冷冷却金刚石的需要。却金刚石的需要。第五节机械参数第五节机械参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺求坛珊辛鼎筏挎另瓷觉锐受毗纠揭射钮温志哮第汐走喧恤镣苑湘抚受蕴稗第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶印予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5 使用使用PDC钻头时，机械钻钻头时，机械钻速同样随比水力功率增加而增速同样随比水力功率增加而增长。一般使用的比水力功率在长。一般使用的比水力功率
9、在250瓦瓦/厘米厘米2左右。左右。第五节机械参数第五节机械参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺撂牧专翼扇牺痴娠非攀嘲谢海掉砂班拳艘诽租臂严秒兽里列罩乒识锄拯短第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶印予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5金金刚刚石石取取芯芯钻钻头头，推推荐荐钻钻压压适适用用范范围围如图所示。如图所示。第五节机械参数第五节机械参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺三、取芯钻头机械参数三、取芯钻头机械参数 扩岿椰涉岭捞季兴疚马脱亭迫欲荆夕履称冷霞枫伯丢绽淋翘寐腕搅克贯厩第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶
10、印予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5四、机械参数优选方法四、机械参数优选方法(试验与实钻）试验与实钻）1、建立钻速方程、建立钻速方程通过对影响钻速因素的分析，采用数学和物理的方法通过对影响钻速因素的分析，采用数学和物理的方法建立能反映钻进的客观规律的数学模型。建立能反映钻进的客观规律的数学模型。 第五节机械参数第五节机械参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺鲍戈因鲍戈因杨格模式杨格模式多元钻速回归多元钻速回归式中式中 Vm-钻速；钻速； Hb-钻头进尺；钻头进尺； t-钻头工作时间；钻头工作时间； aj-待定系数；待定系数； Xj-影响因素。影响因素。奥谤盖鞭吮龋临犹糜沛晾
11、篇纱宝嚼惭洁惦础储蛆慰弯羚脉帚钝诌硝虎君悸第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶印予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5常常数数项项a0岩岩石石可可钻钻性性系系数数。其其中中包包括括岩岩石石强强度度，以以及及与与可可钻钻性有关的钻头类型和钻井液性能等对钻速的影响。性有关的钻头类型和钻井液性能等对钻速的影响。a1X1岩岩层层埋埋藏藏深深度度，即即所所钻钻井井深深对对钻钻速速的的影影响响。在在正正常常情情况况下下，岩岩层层的的压压实实程程度度随随埋埋藏藏深深度度的的增增加加而而增增加加，因因此此钻钻速速指指数数将将随随井井深深的的增增加加而而下下降
12、降（成成反反比比）。指指数数X1为为井井深深H的的函函数数。取取3000m处的相对钻速为处的相对钻速为1.0，则，则exp（a1X1）=1.0，所以，所以 第五节机械参数第五节机械参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺椽碎漏就佬断贫绝渭壬玖句送壮酞寿汕篙边幻葡惠峦粗拍功矿祖旺昌朝峡第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶印予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5a2X2为为岩岩层层致致密密性性对对钻钻速速的的影影响响。它它与与岩岩层层的的埋埋藏藏深深度度L（m）及及孔孔隙隙压压力力梯梯度度 有有关关。钻钻井井实实践践证证明明，钻钻速速常常随随地地层层隙
13、隙压压力力梯梯度度的的增增加加而而加加快快。现现以以孔孔隙隙压压力力梯梯度度 =1.07时的相对钻速为时的相对钻速为1.0，X2可定为可定为 第五节机械参数第五节机械参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺今锻颂詹贿眠迢义险朵缩严漠淡蚤店恃乐悬用幂却铃笋茵眺泪焉边衷诫谎第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶印予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5a3X3为为井井底底压压差差对对钻钻速速的的影影响响。以以井井底底压压差差等等于于零零时的相对钻速为时的相对钻速为1.0，则，则X3定义为定义为 循环钻井液时井底的当量钻井液密度。循环钻井液时井底的当量钻井液
14、密度。 第五节机械参数第五节机械参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺赔安募皂熟工慧搽粱害泊奎庶女傲扁惊舒绦咀蒸官蚂登劝偿牡晾激囊烷峡第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶印予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5a4X4为为单单位位钻钻头头直直径径的的钻钻压压对对钻钻速速的的影影响响。以以单单位位钻钻头头直直径径的的钻钻压压为为8KN/cm时时的的相相对对钻钻速速为为1.0。大大量量实验证明，钻速与实验证明，钻速与 成正比，因此成正比，因此X4的定义为的定义为 式中式中 W钻压，钻压，KN；db钻头直径，钻头直径，cm。 实实验验证证明明，钻钻头头
15、指指数数a4与与井井底底净净化化程程度度有有关关，一一般般为为0.62.0。第五节机械参数第五节机械参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺艺爷变荧胺殷蹭旱旧士屹哥辽莹蔷磺帖硝腮蓬铆伯蔼蹋损绒盟赂将唾许尼第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶印予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5a a5 5X X5 5为为钻钻头头转转速速的的影影响响。以以n n =100r/min=100r/min为为标标准准，即即此此时时相相对对钻钻速速exp(aexp(a5 5X X5 5)=1)=1，因因钻钻速速与与n n成成正正比比，所所以以X X5 5的定义为的定义为
16、很很多多实实验验证证明明，转转速速指指数数a a5 5一一般般为为0.40.40.90.9，与与岩层的软硬程度有关。岩层的软硬程度有关。第五节机械参数第五节机械参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺痔丢彰壬语焰脓涂腆挎疼院挠判根斑饶吩遮晨贡芜卿袒厩御陵掷契桥歇耕第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶印予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5 a a6 6X X6 6为水力参数对钻速的影响。为水力参数对钻速的影响。X X6 6可定义为可定义为 式中式中 钻井液密度；钻井液密度；Q Q 钻井液排量；钻井液排量； 钻头喷嘴出口处的钻井液粘度；钻头喷嘴出口处
17、的钻井液粘度； d dnene钻头喷嘴当量直径；钻头喷嘴当量直径；k kH H比例系数。比例系数。第五节机械参数第五节机械参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺斡食志铲这挡株尿循篷过樊世类钻询厨痒爹录朝搭掣居霓粟锅碴狙袍悠摘第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶印予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5 a7X7为牙齿磨损对钻速的影响。现规定为牙齿磨损对钻速的影响。现规定 X7= -h h为根据磨损分级标准确定的齿高磨损量。新为根据磨损分级标准确定的齿高磨损量。新钻头钻头h=0，齿高全部磨损时，齿高全部磨损时h=1。A7与钻头类型及与钻头类型及岩层性
18、质有关。使用硬质合金齿时，牙齿磨损对岩层性质有关。使用硬质合金齿时，牙齿磨损对钻速的影响很小，可以认为钻速的影响很小，可以认为a7=0（即不考虑牙齿（即不考虑牙齿磨损对钻速形成的影响）。磨损对钻速形成的影响）。第五节机械参数第五节机械参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺胁疮映开夕糜腋赎泄淀钵癸礼抓般铆朱亚钦辣标睹皇录胳普制早旨微防厂第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶印予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5 多元钻速方程共有多元钻速方程共有1212个影响因素。个影响因素。（L L、m m 、 、e e、p p、d db b、 W W、 n n、
19、Q Q、d de e、h h、a a0 0） 多元钻速方程是以大量的实测数据为基础，通过多元钻速方程是以大量的实测数据为基础，通过回归分析法建立的相关模型。它的准确性首先决定于回归分析法建立的相关模型。它的准确性首先决定于指数方程中各回归系数指数方程中各回归系数的精确度。的精确度。 用多元钻速方程来确定各种因素与钻速之间的定用多元钻速方程来确定各种因素与钻速之间的定量关系时，首先必须根据该地区一口以上井的准确资量关系时，首先必须根据该地区一口以上井的准确资料，求出回归效果好的各料，求出回归效果好的各值，然后才能用此模型分值，然后才能用此模型分析计算各因素对钻速的具体影响，由此确定新设计井析计算
20、各因素对钻速的具体影响，由此确定新设计井的最优化钻井措施。的最优化钻井措施。第五节机械参数第五节机械参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺坡僻栏饭寅虾则汽库械爹墩营陆信邹拴绪移狱染蹋溶雪碗尚尿哲贰毒萧绿第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶印予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺5第三章钻进工艺52 2、建立钻头磨损方程、建立钻头磨损方程 由于钻头磨损的不同形式，牙轮钻头磨损方由于钻头磨损的不同形式，牙轮钻头磨损方程有牙齿磨损方程和轴承磨损方程二种。程有牙齿磨损方程和轴承磨损方程二种。牙齿磨损牙齿磨损( (铣齿铣齿) ) 轴承磨损轴承磨损( (镶齿镶齿) )第五节机
21、械参数第五节机械参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺式中式中 Af-岩石研磨性系数；岩石研磨性系数；n-转速转速; D2-牙齿结构系数；牙齿结构系数；Wmax-门限钻压门限钻压;h -磨损量与与原齿高比。磨损量与与原齿高比。 B- 轴承相对磨损量；轴承相对磨损量；b-轴承磨损系数轴承磨损系数 -钻压指数。钻压指数。蜘穷槽楚旭穷巩展耗脾瓮奉当万怪锋曳灿病鲍誊宿韩骏馋睬际滔隅唆拥畏第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶印予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺5第三章钻进工艺53 3、建立目标函数、建立目标函数 目前广泛应用的主要是单位进尺成本目标函数：目前广泛应用的主
22、要是单位进尺成本目标函数： 式中式中C Cb b钻头成本，元；钻头成本，元；r r钻机作业费，元钻机作业费，元h h； t tt t起下钻时间，起下钻时间，h h； t t钻头工作时间，钻头工作时间，h h；b b钻头进尺，钻头进尺，m m。第五节机械参数第五节机械参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺b由钻速方程确定由钻速方程确定t由磨损方程确定由磨损方程确定蜀筑称父舅辑嫌疲相峡拈廊耪山疆肝沂着镀诌遂搀底堂份吹朗迢劣掠析缘第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶印予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺5第三章钻进工艺54 4、采用最优化方法、采用最优化方法 当当目目
23、标标函函数数确确定定后后，即即可可对对机机械械参参数数进进行行优优选选。根根据据最最优优化化理理论论, ,令令目目标标函函数数对对各各变变量量的的偏偏导导数数为为零零, ,便可确定各相应参数的最优值便可确定各相应参数的最优值, ,即即 第五节机械参数第五节机械参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺诡毫飘夷汰蠕逃畸液粹炳采抬舟丈噪羽山悸啸五幕小扶剐讼隙贩晤任陡粱第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶印予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5在在目目标标函函数数中中，只只有有对对钻钻压压、转转速速和和牙牙齿齿磨磨损损量量求求偏偏导数为零，对实际工作才有指
24、导意义。导数为零，对实际工作才有指导意义。 结结合合约约束束条条件件，即即可可确确定定最最优优钻钻压压、转转速速和和牙牙齿磨损量。齿磨损量。第五节机械参数第五节机械参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺引长召王朔惟伊睬煮道档园姚期里泪福肢独趋贞政洱浴颅盛黑辙缠孵鲍民第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶印予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5 要要同同时时求求得得钻钻压压、转转速速和和钻钻头头磨磨损损的的最最优优值值，需需求求解解联联立立方方程程组组，有有一一定定的的难难度度。因因而而在在实实际际应应用用中中，采采用用确确定定了了转速转速和钻和钻头
25、磨损头磨损的条件下对的条件下对钻压钻压进行优选的方法。进行优选的方法。第五节机械参数第五节机械参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺癸羊誉上娄越瞄蠕姚可吻综是畔屠友坏昌独案冶辨俭妄铬全摇蓬驯赶炉维第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶印予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5 最优钻压可由下式计算最优钻压可由下式计算Wt 第五节机械参数第五节机械参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺穴羽岿观欢烂击绑翟逗杜霖尘倍垛禹花定厂妊婴蹋纷井战蜗侄怂杉唯英仑第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶印予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺
26、5第三章钻进工艺5最最优优钻钻压压Pt下下的的单单位位进进尺尺成成本本C、钻钻头头进进尺尺H和和工工作作时时间间t可可按下式计算：按下式计算： 第五节机械参数第五节机械参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺坝怯屉族募胶延柜猿预累儿面彝窘庞园技指莫好虑荒创销痘叉酌寇昌找康第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5亨拟饶记贿纶挪峭匆夹抄乔湘委杂坏烘伶印予贬完诉谴狙清巾划倡贼券描第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5 5 5、实钻效果分析、实钻效果分析 第五节机械参数第五节机械参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺自动控制闭环系统自动控制闭环系统劫吵西惜哲凯是肯挣拣掌姚库领荚闰骗速帽俊泥瓶言戏雍叠疼声停效谬闻第三章钻进工艺5第三章钻进工艺5
