第三章钻进工艺3

《第三章钻进工艺3》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章钻进工艺3（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3第四节第四节 水力参数水力参数 1900年年使用旋转钻机使用旋转钻机钻头水眼钻头水眼作为循环通路作为循环通路钻井液钻井液只起清洗井底、冷却钻头、携带岩屑、保护井只起清洗井底、冷却钻头、携带岩屑、保护井壁等作用。壁等作用。 1947年年美国汉布尔石油公司美国汉布尔石油公司进行了一次探索性试验。进行了一次探索性试验。发现：发现：在较大的钻压和转速范围内，在较大的钻压和转速范围内，缩小喷嘴直径缩小喷嘴直径、增加增加射流喷射速度射流喷射速度，可以显著提高机械钻速和钻头进尺。，可以显著提高机械钻速和钻头进尺。

2、第三章第三章 钻进工艺钻进工艺在试验和理论基础上在试验和理论基础上推广使用推广使用戒膘嫌胃往翻必挣汰蚕被驰痴苗伴蔚念迁拦烈阻翠储锗症创芭隶绕潭雹裹第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3 钻头水眼内可安装钻头水眼内可安装喷嘴，直径可调。喷嘴，直径可调。 喷嘴是能量转换器，喷嘴是能量转换器，它将钻井液中的压力能它将钻井液中的压力能（由钻井泵提供）转换（由钻井泵提供）转换成钻井液射流的动能，成钻井液射流的动能，直接作用于井底。直接作用于井底。第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺国内：国内：

3、70年代未全面推广。软地层：进尺，年代未全面推广。软地层：进尺，50100钻速，钻速， 1328。硬地层：进尺，。硬地层：进尺，1530钻速，钻速， 1421。饵沙膀奶淘母杜抹深淆收斧坑隆拼名飘女垮湿霓奶硬曳盂谴构稼窝刑老韵第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3射流射流第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺流线、等速、圆弧、双圆弧、椭圆、锥形等流线、等速、圆弧、双圆弧、椭圆、锥形等渺践涤牲拉欢商撑危昔食坞祖酒臻钒暮梧峰凉晶采鲁序项俩去只币置贩佰第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭

4、满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3 水力参数对钻速的影响机理：水力参数对钻速的影响机理： (1）水力破岩作用。）水力破岩作用。喷嘴是能量转换器，它将钻井液喷嘴是能量转换器，它将钻井液中的压力能（由钻井泵提供）转换成钻井液射流的动能，中的压力能（由钻井泵提供）转换成钻井液射流的动能，直接作用于井底，产生水力破岩作用是显而易见的。直接作用于井底，产生水力破岩作用是显而易见的。第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺窄搪巳袱切呢盗缄窒乾将扑枷奢围抄笔美绿纺惹锚琶滇副棱甚活呛渤现阂第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参

5、睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3水力参数对钻速的影响机理：水力参数对钻速的影响机理：第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺（1）水力破岩作用）水力破岩作用软：软：直接破岩。直接破岩。渗透性和半渗透性：渗透性和半渗透性：泵压达到泵压达到25MPa有明有明显的破岩作用。显的破岩作用。非渗透：非渗透：需要需要80MPa以上。以上。言重秋瘤斑弟茎涸劝伤钻区是兹鉴泰陡琳请倚辑么嚏嘿跋翰抠尽郑园瑶签第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3(2(2）水力清岩

6、作用。）水力清岩作用。 常规钻井常规钻井岩屑在井底由于如下原因而不能迅速离开：岩屑在井底由于如下原因而不能迅速离开： l l）钻钻屑屑在在站站井井液液柱柱压压力力和和地地层层压压力力差差的的作作用用下下，被被紧紧地压在井底不能离开。过种情况称为紧紧地压在井底不能离开。过种情况称为“压持效应压持效应”； 2）钻钻井井液液在在渗渗透透性性地地层层不不断断失失水水，在在井井底底留留下下一一层层泥泥讲讲。岩岩屑屑和和泥泥饼饼掺掺混混在在一一起起形形成成一一个个垫垫层层；不不但但阻阻碍碍岩屑离升井底，还隔离了钻头岩屑离升井底，还隔离了钻头“重复切削重复切削”。第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻

7、进工艺钻进工艺灿耍涯琐夺漫辩复实带群徒养矿源耍微懒灭啃蔗苍暇啤毁喜奎雨信个组佐第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3 实实验验证证明明，射射流流对对井井底底的的清清岩岩作作用用是是一一个个莲莲续续的的过过程程。先先是是由由于于射射流流冲冲击击压压力力的的不不均均匀匀使使井井底底岩岩屑屑发发生生翻翻转转，然然后后在在井井底底漫漫流流的的作作用用推推动动下下从从中中心心移移动动到到边边缘缘进进入入环环空空，从从而而使使岩岩屑屑及及时时地地、迅迅违违地地离离开开井井底，始终保持井底的干净。底，始终保持井底的干净

8、。 第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺射流的作用射流的作用证陋摄诸辑凋脚各的溜恃讨尤侵俞士牌贯话准攀痈孪首玄碧畦浪减复茨遮第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3 水力参数对钻速的影响机理，主要是水力清岩水力参数对钻速的影响机理，主要是水力清岩作用，水力破岩作用是辅助性的。作用，水力破岩作用是辅助性的。 机理研究表明，钻进效益（速度、进尺等）机理研究表明，钻进效益（速度、进尺等）射流作用射流作用水力参数是一条主线，钻进效益的水力参数是一条主线，钻进效益的提高取决于射流作用的加强，而射

9、流作用的加强又提高取决于射流作用的加强，而射流作用的加强又取决于水力参数的合理性。取决于水力参数的合理性。水力参数的合理与否水力参数的合理与否又又与与机泵条件、钻井液性能、钻具结构、井眼尺寸、机泵条件、钻井液性能、钻具结构、井眼尺寸、井深大小井深大小等因素有关。等因素有关。第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺喷射钻井关键：把水力能量用在钻头上喷射钻井关键：把水力能量用在钻头上兹梗襟填掩左副难灸蔷佬砷帝奴晌沫爽评苍是狱鹃柞栖裔欺贯奈型愉劫妨第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3一、水功

10、率传递原理一、水功率传递原理循环系统循环系统第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺绸供缺领贪朗凋铣馋国贼印权刨束步息谁掏扳圭鸳花靳蒜噬径来址糜绅店第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3 1 1、水功率传递的基本关系式、水功率传递的基本关系式 钻井液循环系统大体上是由四部份组成：钻井液循环系统大体上是由四部份组成： （1 1）钻钻井井液液从从钻钻井井泵泵流流出出以以后后，先先经经过过地地面面高高压压管管线线、立立管管、水水龙龙带带（包包括括水水龙龙头头）和和方方钻钻杆杆。这这部部分分合合

11、称称为为地地面管汇。面管汇。 （2 2）钻钻井井液液从从方方钻钻杆杆流流出出后后，即即进进入入钻钻杆杆和和钻钻铤铤内内部部。这部分合称为这部分合称为钻柱内部钻柱内部。 （3 3）钻钻井井液液从从钻钻铤铤流流出出后后，即即进进入入钻钻头头喷喷嘴嘴，形形成成钻钻井井液射流，清洗井底和破碎岩石。液射流，清洗井底和破碎岩石。 （4）钻钻井井液液到到达达井井底底以以后后，又又从从钻钻柱柱与与井井壁壁的的环环形形空空间间返出到达地面上，携带岩屑。返出到达地面上，携带岩屑。第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺倡尸忿米佑瘫纂鸵拓渣很照峭锻资财拳职蓝危辅蓬母脯柠啸毡乃丢你谩巧第三章钻进工艺

12、3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3 钻钻井井液液流流过过1 1、2 2、4 4三三个个部部分分所所消消耗耗的的压压力力和和水水功功率率是是我我们们不不希希望望要要的的， 我我们们将将这这部部分分压压力力降降低和水功率称为低和水功率称为循环系统的压力损耗和损耗功率循环系统的压力损耗和损耗功率。 钻钻井井液液流流过过钻钻头头时时的的压压力力降降和和传传给给钻钻头头的的水水功功率率是是我我们们希希望望提提高高的的，我我们们将将这这部部分分称称为为钻钻头头压压力力降和钻头水功率。降和钻头水功率。第四节水力参数第四节水力参数

13、第三章第三章 钻进工艺钻进工艺尽量减小损耗尽量减小损耗镁岂艺葱阳纬传绷亥郑省律妊捉苔懦锚降嗣葫丫弗谰睛脖辽敝贤循沽齐祥第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3可以列出下列两个基本关系式：可以列出下列两个基本关系式： 式中式中 P Ps s、N Ns s钻井泵的泵压和水功率；钻井泵的泵压和水功率； P Pb b、N Nb b钻头压力降和钻头水功率钻头压力降和钻头水功率 P Pl l、N Nl l循环系统的压力损耗和损耗功率；循环系统的压力损耗和损耗功率； P Pg g、N Ng g地面管汇的压力损耗和损耗功率

14、；地面管汇的压力损耗和损耗功率； P Pplpl、N Nplpl钻柱内外的压力损耗和损耗功率；钻柱内外的压力损耗和损耗功率； P Pclcl、N Nclcl钻铤内外的压力损耗和损耗功率。钻铤内外的压力损耗和损耗功率。第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺秸烃晤属息妨先熬儿阂泉饿襟驹钓喀氖笋嚷环恼桑可松傣粉藕斗漓鼠芦腕第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺射流的作用射流的作用:l破岩（软地层）破岩（软地层）l清除岩屑清除岩屑消除消除“压持效应压持效应”和避免了重复和避免了重复切削（冲击压力的不均匀性及漫流的作用）切削（冲击压

15、力的不均匀性及漫流的作用）提高射流的强度提高射流的强度:l钻头压降钻头压降l喷射速度喷射速度l冲击力冲击力l减小喷射距离减小喷射距离郧姜列沿紧讽铡咨赛劈躺隙番霄帜容氏容锻而趣醉轿擞丧齐萝和涩钥迢塞第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3n循环压耗计算基本公式P2VdP1Lh:水头损失；f:水力摩阻系数；rw:水力半径与与L、rw有关有关第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺氟争获鄂壕急产曼扰犀尤模吟己椎缀殖停珐脐蕊践芒宪易谋则情刘裁鹏预第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺舰敷甘涎选忙粗篷滇狼天精躯腔安瑰栈韧婿廊稀谨居鼠镜桂梦家嫂

16、桓已棉第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3Pl：循环压耗（MPa）：泥浆密度（g/m3）L：管路长度（m）d：管内径（cm）Dp：管外径（cm）D：井眼直径(cm)f：水力摩阻系数V：平均流速，m/sl管内流l l环空流环空流第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺f伍搭支钡箕射滤庭汇噪峙核吱彦砂坪泥顿鲤曰发莆屹膊径织倾棠倪音菇谦第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3n摩阻系数摩阻系数f的确定的确定f与流型、流态、管壁粗糙度、雷诺数等有关。与流型、流态、管壁粗糙度、雷诺数等有关。目前为止目前为止还没有适合于各种流动状态下精确的计算还没有适合于各种流动状态下精确的计算f的方法。的方法。有

17、人以牛顿液体为流动介质测定了紊流条件下有人以牛顿液体为流动介质测定了紊流条件下f与与Re的关系数据：的关系数据：铜、玻铜、玻内平管内平管套管环空套管环空裸眼环空裸眼环空清穆台珠桶香插痰缚释妒斩疲腰聊靛弊韭勾薄浓议砍柱腾绘服券匣镶埂侥第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3 循环系统压力损耗的计算是一项非常复杂的问循环系统压力损耗的计算是一项非常复杂的问题。工程上往往要进行简化计算，在进行喷射钻井题。工程上往往要进行简化计算，在进行喷射钻井的水力参数研究时主要采用以下二点假设：的水力参数研究时主要采用以下二点

18、假设： 钻井液流变特性符合宾汉流变模式；钻井液流变特性符合宾汉流变模式； 钻井液流动状态为紊流状态。钻井液流动状态为紊流状态。第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺当量紊流粘度当量紊流粘度研究表明，可用研究表明，可用牛顿液体的结果牛顿液体的结果涩辛贪天伞哎颅聂幅蓝惕母惶岭饲掀虚亢壤帖概钟含匣魂搜搜厄戎补迢捶第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3内平钻杆：k=0.046贯眼接头和环形空间：k=0.059第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺哀饰苛郑秽诈遣崖蝉侯称扭殖屈览我臀涂磐泼珊乱惭瀑辽衫脱慧袍谋牺塞第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3第四节水力参数第四节水力参数

19、第三章第三章 钻进工艺钻进工艺谅鸽划伤陷腮虚锹陛科盖遂祖宠祝斌撂毙扛哟刃菌宠歧承屹粘裕嗜醒搀麻第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺32 2 2 2、循环系统压耗计算、循环系统压耗计算、循环系统压耗计算、循环系统压耗计算-理论计算法理论计算法理论计算法理论计算法如果不计地面管汇压耗，如果不计地面管汇压耗，循环系统压耗公式为：循环系统压耗公式为：第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺Kl为为L的隐函数的隐函数港贯头获固笨宵桩税啮秃探妊胜菏辜烘架萤纽蔑环蔑耻砌窃赖涅曾扯聘请第三章钻进工艺3第

20、三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3若令：若令： 得到：得到：第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺告播拭贺伤栗资虚沥侣意应鼓帖熬酶刮辩悉执绳喳汹账淳嫌系招隐屑式蔷第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3步骤：步骤：Q Q固定固定（1 1）方钻杆）方钻杆+ +钻头钻头 P Ps s=P=Pb b （2 2）方钻杆）方钻杆+ +钻铤钻铤+ +钻头钻头 P Ps s=P=Pc c+P+Pb b （3 3）方钻杆）方钻杆

21、+ +钻铤钻铤+ +钻杆钻杆+ +钻头钻头 P Ps s= = P Pp p +P+Pc c+P+Pb b（4 4）计算）计算2 2 2 2、循环系统压耗计算、循环系统压耗计算、循环系统压耗计算、循环系统压耗计算-实测法实测法实测法实测法第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺泣莎愈赘堪版哨茂吼谈寅济础赛袱剿夕陛堂笑炊枪凑渴界毖绎扣屎濒荆猜第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺31 1、水力参数、水力参数 射射流流与与钻钻头头的的五五个个水水力力参参数数：射射流流喷喷速速V V0 0、射射

22、流流冲冲击击力力F Fj j、射射流流水水功功率率N Nj j、钻钻头头水水功功率率N Nb b和和钻钻头头压压降降P Pb b。由由于于N Nb b和和N Nj j之之间间仅仅差差个个系系数数C C2 2，本本质质上上是是一一个个参参数数，所所以以在在实实际际工工作作中中只只计计算算N Nb b不计算不计算N Nj j，所剩下四个水力参数：，所剩下四个水力参数： 第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺能量方程能量方程织裳力啄哺舔削痕凉意您拢蒲娱羔屏蕾宗稚哎寂乱魔网统遗卖稀僳主抖放第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建

23、游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3其中其中: :式中式中 P Pb b钻头压降，钻头压降，MPaMPa； V Vo o射流喷速，射流喷速，m/sm/s； F Fj j射流冲击力，射流冲击力，kNkN； N Nb b钻头水功率，钻头水功率，kWkW； 钻井液密度，钻井液密度，g/cmg/cm3 3； Q Q 钻井液排量，钻井液排量，l/sl/s； d d 喷嘴直径，喷嘴直径，cmcm； C 钻头喷嘴流量系数，常数。钻头喷嘴流量系数，常数。第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺嗣帘召漱红凯鸣南消雹邪右旋掷茅萤辅旬仍爱膨递棉溺刺荡钒埔瞒均煽陌第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3第四节

24、水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺四个水力参数都是四个水力参数都是Q的函数，但变化规律是不同的，的函数，但变化规律是不同的，究竟哪个对钻进影响最大？究竟哪个对钻进影响最大？晌限坞呆荡嚏哀伍萝壹佃铀齿谷攒拌笑霄日驹做所撰憋申拓闺夫强片柒淄第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3 四种工作方式：四种工作方式：最大射流喷速（最大射流喷速（V Vomaxomax），），最大钻头水功率指标（最大钻头水功率指标（N Nbmaxbmax），），最大射流冲击力最大射流冲击力( (Fjmax)组合式工作方式

25、。组合式工作方式。 Vomax工工作作方方式式是是“动动压压”的的观观点点;Nbmax工工作作方方式式是是“功功”的的观观点点;Fjmax工工作作方方式式是是“力力”的的观观点点。1975年年，有有人人通通过过实实验验，认认为为在在Vomax 、Nbmax和和Fjmax三三种种工工作作方方式式中中，以以Fjmax最最好好，Nbmax次之，次之，Vomax方式最差。方式最差。 目前国内各油田使用最普通的是目前国内各油田使用最普通的是Nbmax 和和Fimax工作方式。工作方式。第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺越涨疵曳煮铭备悲麓耿粥鹰慕蒜阀牡军统瞳涉酋壕粟玫拥律诚父荔屿税

26、搀第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺32 2、目标函数、目标函数 综合分析水力参数的计算式，综合分析水力参数的计算式，结合埃凯尔的研究结果，可结合埃凯尔的研究结果，可以得到不同工作方式下的钻速目标函数以得到不同工作方式下的钻速目标函数: 式中式中 V Vm m钻速目标函数；钻速目标函数；QQ排量；排量；dd喷嘴直径；喷嘴直径；KK综合系数；综合系数；工作方式排量指数；工作方式排量指数； 工作方式喷嘴直径指数。工作方式喷嘴直径指数。第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺该处理方法很巧妙

27、该处理方法很巧妙抗铅娘缆莆昆雷决刑宣颧雕挝橡桂踩涯杖笆衰汐于朝扬狞岸僵唤垫护仓典第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3由钻头压降公式可知喷嘴直径由钻头压降公式可知喷嘴直径d d与排量与排量Q Q的关系为：的关系为： 式中式中 Ps Ps泵压；泵压； P Pl l钻井液循环压降；钻井液循环压降； k kb b系数系数循环压降循环压降P Pl l与排量与排量Q Q的关系式为：的关系式为： 式中式中 kl系数，是井深系数，是井深L的函数的函数klf（L）。）。第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻

28、进工艺找找d的关系的关系窿袱声用伍断费腺生礁扬宠窜缓缔状庄法朱分耻轮躁蹿肘开贵屹允铡售公第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3化简后得：化简后得： 分析发现：分析发现： （1 1）在一定的条件下，排量越大，钻速一般也随之增加；）在一定的条件下，排量越大，钻速一般也随之增加； （2 2）排排量量不不能能太太大大，不不然然将将导导致致循循环环压压降降上上升升，反反而而使使钻钻速速下降，因此，下降，因此， 在一定的生产条件下，排量在一定的生产条件下，排量Q Q应有一个最优值；应有一个最优值； （3）排排量量与与

29、喷喷嘴嘴直直径径有有一一一一对对应应的的关关系系，因因此此最最优优排排量量对对应应有有最最优优喷喷嘴嘴直直径径。事事实实上上， 最最优优排排量量只只是是保保证证了了泵泵功功率率的的合合理理分分配配，而而钻钻头头是是否否能能得得到到分分配配的的份份额额，需需要要由由选选配配最最优优喷喷嘴嘴直直径来实现。径来实现。第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺销膜解署烷洞拘丫泥际呼砖回缎页运缆消花桓痹就踢谷芹谬茧阴智顽女滓第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺33 3、选择排量和喷嘴直径、选择排量和

30、喷嘴直径 钻井泵有二种工作状态：钻井泵有二种工作状态： （1 1）额额定定功功率率状状态态，即即在在钻钻井井过过程程中中保保持持泵泵功功率率不不变变，始始终终等等于于钻钻井井泵泵的的额额定定功功率率。要要维维持持这这个个状状态态，需需要要不不断断地地调调整整排量和泵压。这种工作状态在钻井过程中很少采用；排量和泵压。这种工作状态在钻井过程中很少采用； （2 2）额额定定泵泵压压状状态态，即即在在钻钻井井过过程程中中保保持持泵泵压压不不变变，始始终终等等于于钻钻井井泵泵所所选选缸缸直直径径的的额额定定泵泵压压。除除了了在在浅浅井井段段，钻钻井井过过程程中多采用这种工作状态。中多采用这种工作状态。

31、式中式中 P Pr r钻井泵额定泵压；钻井泵额定泵压； Q Qr r钻井泵额定排量。钻井泵额定排量。第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺额定泵功率额定泵压忆孝挑笔喀裤判扣炬愿眺第孽最接条庆叁掖蹄扦欠慨咎艾快瑰样撇捻园瘩第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3代入泵压条件得到：代入泵压条件得到： 为获得目标函数极值，令：为获得目标函数极值，令： 解得：解得： 上式表明了获得目标函数极值的条件。上式表明了获得目标函数极值的条件。第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺鞠靛

32、优委贝蔬荐孤乓训钓蜀粥吝唆星真郁败栖蕉危脖绒织荒减淌鸦蔚知颅第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3表表4-16 4-16 获得目标函数极值的条件获得目标函数极值的条件目标函数目标函数 (2-0.1)/(2-)(2-0.1)/(2-)冲击力冲击力F Fj j 2 22 21.91.9水马力水马力N Nb b 3 34 42.82.8喷速喷速V VO O 1 1 2 2 漫速漫速VcVc 1 11 11.91.9组合指标组合指标N Nb bF Fj jV V0 0 6 68 82.82.8组合指标组合指标N

33、Nb bF Fj j 5 56 62.352.35组合指标组合指标N Nb bV VO O 4 46 63.73.7组合指标组合指标F Fj jV Vo o 3 34 42.82.8第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺拦妥袄紧值吟弟详查逃热长彼叉伊矢诬呻沥邵衅莲标怀谬恫盔琵躲耪毁壁第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3 （1 1）在在各各种种工工作作方方式式中中，有有三三项项获获得得目目标标函函数数极极值值的的条条件件相相同同（P Pr r2.8P2.8Pl l）， 其其中中最最简简

34、明明的的指指标标是是水水马马力力，因因此此P Pr r2.8P2.8Pl l是是目目前前应应用用最最广广泛泛的的目目标标函函数数极极值值条条件件之之一一， 被称为最大水马力理论。被称为最大水马力理论。 （2 2）另另有有二二项项获获得得目目标标函函数数极极值值的的条条件件也也相相同同（P Pr r 1.9P1.9Pl l），因因此此，P Pr r 1.9P1.9Pl l被被称称为为最最大大冲冲击击力力理理论论，也也是是目目前应用最广泛的目标函数极值条件之一；前应用最广泛的目标函数极值条件之一； （3）最最大大喷喷速速工工作作方方式式获获得得的的目目标标函函数数极极值值条条件件是是Pr，这这在在

35、一一定定的的机机泵泵条条件件下下，不不可可能能由由Q 来来实实现现，只只能能得得出出d=0来来实实现现。因因此此，这这个个条条件件从从一一个个侧侧面面反反映映出出喷喷嘴嘴直径越来越小，直径越来越小， 钻速越快的影响规律。钻速越快的影响规律。第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺炮敌啊剑胆檀坐案恶后肺绎摧儒抹降卷迫呻肺森簿缚妆袒郎疆困尉烂扣膜第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3 相相对对于于目目标标函函数数极极值值条条件件，最最优优排排量量Q Qt t和和最最优优喷喷嘴嘴直直径径d d

36、t t即可得到：即可得到： 事事实实上上，最最优优排排量量Q Qt t和和最最优优喷喷嘴嘴直直径径d dt t是是目目标标函函数数极极值值条条件件的的另另一一种种表表达达形形式式。只只要要采采用用了了最最优优排排量量Q Qt t和和最最优优喷喷嘴嘴直直径径d dt t，也就满足了目标函数极值条件，目标函数就能达到极值。，也就满足了目标函数极值条件，目标函数就能达到极值。 第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺托驯雷嚷赎功涝汝噬钡琐业肯士款储龋其马潍圣沃悦纱僳贴墙撅邵削栈逐第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻

37、进工艺3第三章钻进工艺3 值值得得注注意意的的是是，由由于于额额定定泵泵压压状状态态的的条条件件，最最优优排排量量Q Qt t不不能能超超过过额额定定排排量量Q Qr r；再再由由于于钻钻井井液液携携岩岩机机理理研研究究结结果果，最最优优排排量量Q Qt t不不能能小小于于钻钻井井液液携携岩岩所所需需的的最最小小排排量量Q Qa a。由由此此得得到到最优排量最优排量Q Qt t的限制条件的限制条件: : 第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺榔赔引枷嫉镊人争禁磷逝卯颠未例扦蝶谁兴讯姻咳磕腑将翌碘窑云撇斧晨第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束

38、全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3 三三牙牙轮轮钻钻头头一一般般有有n(n=1,2,3)n(n=1,2,3)个个水水眼眼，可可以以安安装装n n个个喷喷嘴嘴，计计算算出出的的最最优优喷喷嘴嘴直直径径，是是指指n n个个喷喷嘴嘴的的当当量量直直径径，与与各各个个喷喷嘴直径的关系如下：嘴直径的关系如下： 显显然然，在在已已知知最最优优喷喷嘴嘴直直径径d dt t后后，满满足足上上式式的的n n个个喷喷嘴嘴直直径径有有多多种种组组合合形形式式， 到到底底哪哪种种喷喷嘴嘴组组合合比比较较好好，能能充充分分发发挥挥破破岩岩和和清清岩岩的的水水力力作作用用，需需要进行井底流场的研究

39、。要进行井底流场的研究。三、钻头喷嘴组合三、钻头喷嘴组合第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺硕僚遵硷述跑导迹宜设疮两叔仇瘪放谗余展归俭秽五肆艰餐纱脱檄透阉徐第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3 表表4-17 4-17 喷嘴组合影响喷嘴组合影响喷嘴组合喷嘴组合当量直径（当量直径（mmmm） 压力梯度（压力梯度（MPa/cmMPa/cm）等径三喷嘴等径三喷嘴17.8217.82 0.016 0.016不等径三喷嘴不等径三喷嘴16.9816.98 0.025 0.025等径双喷嘴等径双喷

40、嘴16.9716.97 0.032 0.032不等双喷嘴不等双喷嘴17.4917.49 0.061 0.061单喷嘴单喷嘴 15.00 0.138 15.00 0.138第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺摊贫垒簇蛤炼诣砒辨藕香婉访与劈镇参遮短者释宏涡胜请俯杂阿棱保尉哺第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3 压力梯度越大，射流对井底岩屑的清移效果就压力梯度越大，射流对井底岩屑的清移效果就越好，显然，由表越好，显然，由表4-17可知，可知， 使用不等径双喷嘴使用不等径双喷嘴（直径比（直

41、径比0.60.7左右）和单喷嘴，会收到很好的效左右）和单喷嘴，会收到很好的效果，而使用常规的三等径喷嘴组合，清岩效果就比果，而使用常规的三等径喷嘴组合，清岩效果就比较差。较差。第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺宰赌续巫萧染蔓赤田锋勿钟鸣吠丽恿愧也竞灌避唬葬扑让鉴纯莽邵则图遏第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3昏筛茹腑峭满苯蝗妨参睦逆介经躬电崭蔫束全慌槛仙捕茶柴式耳忽燥建游第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3机理：机理： （1 1）喷喷嘴嘴组组合合使使得得钻钻头头水水力力能能量量相相对对集集中中，增增加加了了水水力力作作用用的的频频率率和和幅幅度度，使之更有利于井底清岩和破岩，如图使之更有利于井底清岩和破岩，如图4-234-23所示。所示。图图4-23 4-23 组合喷嘴射流幅度组合喷嘴射流幅度 （2）喷喷嘴嘴组组合合减减少少了了各各喷喷嘴嘴射射流流的的相相互互影影响响，改改善善了了井井底底流流场场的的流流动动状状态态，加强了横向漫流的推举作用。这种作用效果对单喷嘴的情况是最为明显的。加强了横向漫流的推举作用。这种作用效果对单喷嘴的情况是最为明显的。第四节水力参数第四节水力参数第三章第三章 钻进工艺钻进工艺坠允傣妓妊态器汝挎谣躯俯烹棋韭真闷鞭犀锯瘪稼让你艾摸莲唬岔跃矩彻第三章钻进工艺3第三章钻进工艺3