深井常规钻井水力参数优化设计.ppt

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1、深井常规钻井水力参数优化设计主要内容双约束条件下定流量水力参数设计优选泥浆泵的缸套尺寸计算循环压耗喷射钻井的工作方式优化设计钻头水力参数设计水眼组合优化设计一、双约束条件下定流量水力参数设计该方法就是在给定的井身结构、钻具组合和钻井液性能的条件下，确定保证安全钻进的最大、最小的流量范围，再根据现场泥浆泵的条件优选泵的缸套尺寸，得出优选实际流量。由优选流量计算循环压耗，进而根据喷射钻井的工作方式计算钻头压降。由钻头压降计算钻头水眼当量直径，从而确定钻头水眼组合。最后根据相关公式计算其他水力参数。从而设计出一套满足深井钻井需要的水力参数。提高钻头的使用效果。一、双约束条件

2、下定流量水力参数设计井身结构钻具组合钻井液性能最大、最小流量范围现场泥浆泵泵的缸套尺寸实际流量循环压耗钻头压降水眼当量直径钻头水眼组合相关水力参数二、优选泥浆泵的缸套尺寸携带岩屑能力满足即还空中当量尺寸的岩屑的下沉速度小于或等于泥浆上返速度的一半。在这样的情况下钻井，能保证钻出的岩屑能随时带出井筒，岩屑浓度不会继续增加，避免岩屑的重复破碎，保证井眼清洁。环空岩屑浓度如果环空岩屑浓度过高，岩屑会长时间停留在井底重复破碎，或悬浮在环空内，一旦停止循环，岩屑就会马上沉淀下来，严重是会形成沉砂卡钻，也有可能使钻具泥包而无进尺。井眼稳定Z值确定井眼稳定Z值小于等于井眼稳定临界Z

3、值，它与井壁岩石应力状态、岩石强度、水化能力等因素有关如果环空返速过高，会冲蚀井壁，使井眼扩大严重。而对于一定条件，裸眼稳定临界Z值可以通过统计分析已钻井的资料可以得到。二、优选泥浆泵的缸套尺寸最大允许流量的确定由井壁稳定性条件确定最大允许流量。——对于宾汉流体的临界环空返速为：——对于幂律流体的临界环空返速为：二、优选泥浆泵的缸套尺寸最小允许流量的确定由井眼净化条件确定最小流量。——井眼净化能力为：由于岩屑几何形状不规则，则只能按理想条件下岩屑沉降速度来计算。——环空剪切速率为：二、优选泥浆泵的缸套尺寸——环空最小返速为：对于宾汉流体，对于幂律流体，二、优选泥浆泵的

4、缸套尺寸——最大排量为：——最小排量为：在保证井壁稳定和井眼净化的条件约束下，流量的选择范围为,由和的值和现场泥浆泵的性能选择缸套尺寸。而泥浆泵的输出功率一般在额定功率的80%∼90%之间，泥浆泵的泵压在额定泵压的75%以下能长期正常工作。三、计算循环压耗在优选出泵的排量以后，就可以计算出环空返速：临界环空返速为：计算环空循环压耗：——若，则环空井段的层流压降为：——若，则环空井段的紊流压降为：三、计算循环压耗计算钻具内紊流压耗P：计算地面管汇压耗：则，总循环压耗为：四、喷射钻井的工作方式优化设计喷射钻井方式有两种：一种是最大射流冲击力工作方式，主要应用与软到中软地层

5、，另一种是最大钻头水功率工作方式，主要用于硬地层。两种工作方式下的临界井深为：——最大射流冲击力工作方式下的临界井深：——最大钻头水功率工作方式下的临界井深：四、喷射钻井的工作方式优化设计其中：地面管汇压耗系数为：钻铤内外压耗系数为:钻杆内外压耗系数为:总压耗系数为：四、喷射钻井的工作方式优化设计两种工作方式下的优选条件：——最大射流冲击力优选条件：四、喷射钻井的工作方式优化设计——最大射流冲击力优选条件：五、钻头水力参数设计钻头压耗计算：——为优选循环压耗，将带入下式即可求的优选的喷嘴组合当量直径。五、钻头水力参数设计钻头水功率、比水功率和输出水功率计算：——钻头水

6、功率：——钻头比水功率=——泵输出水功率：射流冲击力计算：射流速度计算：六、水眼组合优化设计理论与实践证明，在相同的钻头水功率条件下，不同尺寸的水眼组合，能改善井底流场和压力分布状况，提高清岩能力，减少钻头对井底岩屑的重复破碎，从而提高钻头的破岩效率和机械钻速。水眼的选择原则：（1）Ф215.9mm钻头在软地层中钻进时，课采用二大一小，直径比为0.5的组合；在中硬地层中钻进时，可采用一大一小双喷嘴，直径比为0.5的组合。（2）大直径钻头，如Ф311mm，可采用一个中心喷嘴加两个不等经喷嘴。（3）应尽可能的选加长喷嘴、斜喷嘴和脉冲喷嘴等。（4）计算时先求出水眼总面积，再

7、确定最小直径水眼，然后再配最大直径水眼，使直径差尽可能拉大，而总面积不变。但是，为了防止堵水眼，最小水眼直径不能小于7mm，满眼除外。六、水眼组合优化设计以直径级差δ=1~2mm优选水眼组合——双喷嘴组合——三喷嘴组合六、水眼组合优化设计以直径比值q=(0.5~0.62)优选水眼组合——双喷嘴组合——三喷嘴组合以加权平均法优选水眼组合