精品课程石油工程5课件.ppt

一、射流对井底的净化作用  1. 射流的结构和特性 射流扩散角α ：射流刚出口一段边界母线近似直线，并张开一定的角度α 。表示射流的密集程度。 α 越小射流密集性越高，能量越集中。 在纵向上，约在0.4mm的高度上，漫流速度最大，超过此高度后，漫流速度随距井底高度的增加而迅速降低。要增大漫流流速，就要增大射流喷速和射流流量。 对钻井液固相含量的深入研究发现，不仅固相含量对钻速有影响，固体颗粒的分散度也对钻速有影响。实验证明，分散性钻井液不分散性钻井液钻速低，钻井液内小于1μm的胶体颗粒越多，对钻速的影响越大。 此外：钻井液含油、失水等对钻速也有影响。 Cp——压差影响系数； GH——水力参数影响系数； a3——与岩层性质有关的影响系数，可由统计分析钻井实际资料确定； Dv——垂直井深，m； Ps——实际的钻头比水功率，kW/cm2； Psn——井底充分净化时要求的钻头比水功率，kW/cm2； vpen——井底充分净化时的钻速，m/h。 Q1，Q2——由钻头类型决定的系数； D1，D2——钻压影响系数，其值与牙轮钻头尺寸有关； C1——牙齿磨损系数； 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。 B——轴承磨损量，由轴承磨损分级标准确定； b——承轴工作系数，与钻头类型及钻井液性能有关，由实际资料确定。 （2）用钻头水力参数表示射流水力参数  f——管路的水力摩阻系数； di，dp，dh——分别为圆管内径、钻柱外径和井眼直径，m； v——平均流速，m/s。 在紊流状态下，为了便于工程计算，通常将f与Re的实验曲线用下式来近似计算： 式中所考虑的八项因素为： 1) 常数项a0为岩石可钻性系数，其中包括岩石强度，以及与可钻性有关的钻头类型和钻井液性能等对钻速的影响。 5)a4X4为单位钻头直径的钻压对钻速的影响。以单位钻头直径的钻压为8×103N／m时的相对钻速为1.0。大量实 验证明，钻速与 成正比，因此X4的定义为 第五章 第四节 多元钻进模式 一般为0.6～2.0 6)a5Ｘ5为钻头转速的影响。以n=100 r/min为标准，即此时相对钻速exp(a5X5)=1，因钻速与na5成正比，所以X5的定义为 7)a6X6为水力参数对钻速的影响。X6可定义为 ρd—钻井液密度； Q—钻井液排量； μ—喷嘴出口处的钻井液粘度；dne—钻头喷嘴当量直径； kH—比例系数。 第五章 第四节 多元钻进模式 8)a7X7为牙齿磨损对钻速的影响，现规定 第五章 第四节 多元钻进模式 h为根据磨损分级标准确定的齿高磨损量。新钻头的h=0，齿高全部磨损时h=1。a7与钻头类型及岩层性质有关。使用硬质合金齿时，牙齿磨损对钻速的影响很小，可以认为a7=0(即不考虑牙齿磨损对钻速的影响)。 二、 多元钻进模式参数的优选 现仍选 作为钻进成本模式为目标函数，则钻头进尺和钻头工作时间可由多元钻速方程和前面所建立的牙齿磨损模式求得 ： 第五章 第四节 多元钻进模式 根据成本最低的最优钻压存在条件 可确定给定n和hf条件下最优钻压的通式： 第五章 第四节 多元钻进模式 根据最优转速存在条件 可解得给定 钻压W和磨损量hf值求转速的通式： 第五章 第四节 多元钻进模式 可见，其它参数不变时，exp(a6X6)极大，则机械钻速也将最大，因此，最优水力参数可由a6X6为极大值时确定。根据钻头压降计算公式 及喷嘴直径公式 可得 第五章 第四节 多元钻进模式 根据存在最优排量的条件 可求得最优排量为 由此可见，exp(a6X6)达极大值时的最优排量和循环系统压力损耗，即为最大冲击力时的相应值。 或： 第五章 第四节 多元钻进模式 第五章 第二节 水力参数的优选 Δpcs=(Kg+Kp+Kc)Q1.8=KcsQ1.8 其中 Kcs=Kg+Kp+Kc 第五章 第二节 水力参数的优选 令 Kp=mLp  Kg+Kc-mLc=n Δpcs=KcsQ1.8=(mDw+n)Q1.8 第五章 第二节 水力参数的优选 (6) 提高钻头