钻进工艺技术

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。 任务：破碎岩石 速度快慢、质量和成本的高低的影响因素： (1)地层的物理机械性能 (2)钻进设备、工具的性能 (3)钻进工艺技术

第一节 影响钻进的主要因素不 可 已经客观存在、无法改变的因素，如所要钻进 变 地层的岩石物理机械性质、地质构造、地下压 因 力分布及地层中的流体性质等。 素 利用其有利方面， 并调节可变因素适应之 可 可以人为选择和改变的因素，如钻井方法、钻 变 头、钻具和钻压、转速、水力参数、洗井液性 因 素 能及洗井技术等。 优选、设计

一、钻钻压的大小机械钻速

压

钻头的磨损速度和工作寿命

钻压(W)与钻速(Vm) :V m (W W 0 )

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。

图7-1 钻压与钻速的关系曲线

钻压对钻头牙齿磨损速度的影响关系式为：dh dt 1 D 2 D 1W

h为牙齿的磨损量； Dl和D2为钻压影响系数,与钻头尺寸有关；

钻压与轴承磨损速度的关系式为：dB dt Wy

B为轴承的磨损量； y是钻压指数,对于普通水基洗井液y=1.5;

钻头牙齿的磨损量对钻速的影响关系式：Vm 1 1 C 2h

C2为牙齿磨损系数,与牙齿结构及地层岩性 有关。

二、转钻速与转速的关系：

速

Vm n与岩性有关。

λ为转速指数，一般小于1,其值

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。

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。

三、水 力 因 素洗井液(射流)的作用：●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

三、水 力 因 素保持井底清洁要经过三个过程：首先是使破碎的岩屑离开岩石母体； 然后是岩屑在井底被移动； 对钻速的 影响最大

最后由上返的洗井液将其从环空举升到地面。

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。

三、水 力 因 素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)

钻头水功率Nb Pb Q 1 . 02钻速与水力参数的关系曲线

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↘。

四、洗井液性能(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↗, 改善清岩效果，钻进速度↗。

四、洗井液性能(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。

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

基本原理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。

一、平衡压力钻井技术

科学依据根据地层的压力来确定所用洗井液的密度。

m

100 p p H

0 . 1G p

式中，pp、Gp——分别为地层压力和压力梯度，MPa和kPa/m;H——地层埋藏的深度，m; ρm——洗井液密度，g/m3;

二、高压喷射钻井技术

喷射钻井的理论依据强大的水力能量不仅可以使井底 保持清洁，而且还可以与钻头牙齿的 机械破岩作用相结合，促进岩石的破 碎，也可以直接进行水力破岩，提高 钻进速度。

二、高压喷射钻井技术

喷射钻井的实质在一定的机泵条件和井身结构、 钻具结构等条件下，按照不同的钻井 理论和工作方式，按井段优选排量和 喷嘴直径，使钻井的水力作用在井底 产生最好的效果。

二、高压喷射钻井技术

喷射钻井的实现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 作用与机械破岩相结合，以提高钻进 速度与进尺。

二、高压喷射钻井技术

喷射钻井的基本标准泵压 >10MPa

射流速度钻头水功率

>80m/s>泵功率的1/2

环空洗井液返升速度

<1m/s

二、高压喷射钻井技术

循环系统压降和水力功率的损耗：p 泵 p 管汇 p 钻杆 p 钻铤 p 钻头 p 环空N 泵 N 管汇 N 钻杆 N 钻铤 N 钻头 N 环空

水流动压耗与排量的二次方成正比，损耗 喷射钻井强调使用小排量、小喷嘴和优质 洗井液，以提高钻头的压力降和水功率，从而 水功率与排量的三次方成正比，并均与洗井 提高作用在井底的水功率。 液性能有关。

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