鉆井工藝技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 東 北 石 油 大 學(xué)Northeast Petroleum University本科學(xué)生綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名 學(xué)號 專業(yè) 班級 實(shí)驗(yàn)課程名稱 石油工程實(shí)驗(yàn) 指導(dǎo)教師 開課學(xué)期 至 學(xué)年 學(xué)期上課時(shí)間 年 月 日 一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案實(shí)驗(yàn)名稱： 鉆井工藝技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)時(shí)間：18：00-21：00小組合作： 是 否小組成員： 1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)巖石可鉆性測定實(shí)驗(yàn)該實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖橇私忏@進(jìn)巖石的難易程度，熟練儀器操作，掌握可鉆性測定方法。(2)鉆井技術(shù)參數(shù)配合實(shí)驗(yàn)該實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖倾@壓、轉(zhuǎn)速、排量對與機(jī)械鉆速的影響。(3)高壓水力噴射破 驗(yàn)證和說明模擬射流沖蝕地層巖石的沖蝕能力及范圍。分析沖蝕規(guī)律。分析影響

2、射流沖蝕能力的因素及影像形式，主要分析噴嘴壓力、噴射距離、巖石強(qiáng)度以及沖蝕效率。通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步探討沖蝕機(jī)理。2、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料 （1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備：巖石可鉆性測定儀，鉆井工藝學(xué)技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)室 （2）實(shí)驗(yàn)材料：巖石3、理論依據(jù)          (1)巖石可鉆性測定實(shí)驗(yàn)微鉆頭鉆速為：式中 鉆頭鉆速，m/h； 鉆進(jìn)時(shí)間，s； 換算常數(shù)表 1.1 巖石可鉆性分級指示 類 I 軟II中III硬級指標(biāo)一級二級三級四級五級六級七級八級九級十級鉆速（m/h)>2 2 | 1 1 |0.5 0.5 | 0.3 0.3

3、| 0.1 0.1 | 0.06 0.06 | 0.03 0.03 | 0.01 0.01 | 0.008 0.008 | 0.004(2)巖石可鉆性測定實(shí)驗(yàn)修正楊格模式式中 鉆速，m/h；鉆壓，N； 門限鉆壓壓差影響系數(shù)； 水力參數(shù)影響系數(shù)；牙齒磨損系數(shù)； 與巖石性質(zhì)有關(guān)的影響系數(shù)，可由統(tǒng)計(jì)分析鉆井實(shí)際資料確定； 牙齒磨損量； 轉(zhuǎn)速，r/min； 轉(zhuǎn)速指數(shù)； 垂直井深，m； 實(shí)際的鉆頭比水功率，KW/cm2； 井底充分凈化時(shí)要求的鉆頭比水功率，KW/cm2；井底充分凈化時(shí)的鉆速，m/h。(3)鉆井參數(shù)配合實(shí)驗(yàn) 鉆壓對機(jī)械鉆速的影響式中 鉆速，m/h； 鉆壓，N； 門限鉆壓，N。 轉(zhuǎn)速對機(jī)械鉆

4、壓的影響式中 轉(zhuǎn)速，r/min； 鉆速指數(shù)，其數(shù)值與巖層性質(zhì)有關(guān)，一般都小于1。 排量對鉆速的影響 排量對鉆速的影響比較復(fù)雜，由于實(shí)驗(yàn)條件限制，只有固定巖石類型、鉆頭、洗井液等條件下的實(shí)驗(yàn)資料，加上鉆井參數(shù)配合本身的復(fù)雜性，必須在諸多客觀條件下才能得出排量對機(jī)械鉆速的影響，并且是單元影響。(4)高壓水力噴射破巖實(shí)驗(yàn)高壓水射流沖蝕破碎巖石蝕一個(gè)很復(fù)雜的過程。對其從理論上的研究應(yīng)包括射流沖擊巖石引起的應(yīng)力場，裂紋的出現(xiàn)和傳播、用何種理論作為破壞判斷依據(jù)、確定破碎范圍及影響破碎的主要因素等。 噴嘴壓力對沖蝕深度的影響噴嘴壓力與沖蝕深度的關(guān)系為：式中 沖蝕深度 mm；噴嘴壓力 MPa；實(shí)驗(yàn)常數(shù)；臨界射

5、流壓力。沖蝕時(shí)間對沖蝕深度的影響沖蝕時(shí)間與沖蝕深度的關(guān)系為：式中 沖蝕深度 mm；最大沖蝕深度 mm；沖蝕時(shí)間 sec；實(shí)驗(yàn)常數(shù) sec。噴射距離對沖蝕深度的影響對于2-2#巖芯而言，噴射距離與沖蝕深度的關(guān)系為：式中 沖蝕深度  mm；噴射距離 mm 對于2-3#巖芯而言，噴射距離與沖蝕深度的關(guān)系為： 式中 沖蝕深度  mm；噴射距離 mm 井底液壓對沖蝕深度的影響井底液壓與沖蝕深度的關(guān)系為： 式中 沖蝕深度  mm；井底液壓 MPa破碎坑直徑實(shí)驗(yàn) 破碎坑直徑D對諸參數(shù)沒有明顯的依賴關(guān)系，沖蝕達(dá)到一定深度后，D趨于一定值。破碎坑直徑可以近似表示為： 對于天然巖芯，

6、的取值在10-16之間； 對于人造巖芯，的取值在5-8之間；沖蝕體積實(shí)驗(yàn)剛產(chǎn)生沖蝕時(shí)的淺坑一般呈圓錐形，當(dāng)破碎坑達(dá)到一定深度（h>=5mm）后，破碎坑口的形狀近似呈圓柱形。因此，沖蝕體積V可以近似的表示為：式中 -噴嘴直徑，mm； -沖蝕深度，mm； -系數(shù)，如下所示： 表1.2 巖芯巖芯編號d0（mm）K41-1#1.25102-1#1.257.52-2#1.2564、實(shí)驗(yàn)方法步驟及注意事項(xiàng)巖石可鉆性測定實(shí)驗(yàn)：(1)卸下工作臺，放好巖屑杯；(2)安裝微鉆頭，放入主軸孔內(nèi)，將工作臺安裝牢靠；(3)將巖樣哦平面；(4)上好砝碼桿，松開尾桿，移動(dòng)平衡塊，調(diào)平杠桿；(5)加砝碼九個(gè)，調(diào)整升降桿

7、，使杠桿水平；(6)轉(zhuǎn)動(dòng)測深盤，使指針指針零左邊0.2mm處，固定測深盤；(7)使秒表對0，啟動(dòng)馬達(dá)，測深盤指針指零時(shí)按秒表開始計(jì)時(shí)；(8)測深盤指針指示2.4mm時(shí)，按停秒表，關(guān)馬達(dá)，記錄秒表數(shù)字；(9)支起尾桿，移動(dòng)巖樣，鉆另一孔，每塊巖樣按上述步驟鉆三個(gè)孔。高壓水力噴射破巖實(shí)驗(yàn)：(1)安裝巖樣：巖樣有天然巖芯、人造巖芯； (2)選擇噴嘴：噴嘴直徑1.25mm、1.45mm； (3)檢查各管線是否安裝好、有無泄漏； (4)配鉆井液； (5)按控制箱啟動(dòng)按鈕，啟動(dòng)電機(jī)循環(huán)鉆井液； (6)調(diào)整排量和壓力到所需值； (7)開啟擋板，開始計(jì)時(shí)，觀察高壓水射流沖蝕巖樣的情況； (8)關(guān)閉擋板，停止計(jì)

8、時(shí)； (9)按控制箱停止按鈕，電機(jī)停，一次實(shí)驗(yàn)結(jié)束 。5、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法根據(jù)以上所敘述的理論依據(jù)以及所涉及的公式計(jì)算相應(yīng)參數(shù)。6、參考文獻(xiàn)石油工程 陳濤平 石油工業(yè)出版社石油工程實(shí)驗(yàn) 趙明國 石油大學(xué)出版社適用巖石可鉆性 尹宏錦 哈爾濱的工業(yè)大學(xué)出版社，1994.4優(yōu)選參數(shù)鉆井理論與實(shí)踐 閻鐵 石油大學(xué)出版社，1989.11鉆井工藝原理 劉希圣 石油工業(yè)出版社，1994.1射流輔助機(jī)械破巖鉆井 嚴(yán)世才等譯 哈爾濱的工業(yè)大學(xué)出版社，1989.指導(dǎo)老師對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的意見指導(dǎo)老師簽名： 年 月 日 10二、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、設(shè)備與材料、理論依據(jù)、實(shí)驗(yàn)方法步驟見實(shí)驗(yàn)設(shè)方案2、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)及結(jié)

9、果一、 巖石可鉆性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)條件：微鉆頭直徑31.75mm，鉆壓882N，轉(zhuǎn)速55r/min,鉆深2.4mm，v=8.64/T 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：（1）開動(dòng)儀器，鉆頭在磚頭上鉆出一凹凸不平的坑，并伴有響聲。 （2）坑呈圓形但凹凸不平，反應(yīng)了巖石的非均質(zhì)性； （3）在外面可以看到小微鉆做公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)的交替運(yùn)動(dòng)，共同切削巖石； （4）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)T (s)36.03 22.12 17.50 V(m/h)0.24 0.39 0.49表 1.1 巖石可鉆性分級指示 類 I 軟II中III硬級指標(biāo)一級二級三級四級五級六級七級八級九級十級鉆速（m/h)>2 2 | 1 1 |0.5 0.5 | 0.3 0.3 |

10、0.1 0.1 | 0.06 0.06 | 0.03 0.03 | 0.01 0.01 | 0.008 0.008 | 0.004微鉆頭鉆速；v=0.37,根據(jù)巖石可鉆性分級指標(biāo)，屬于軟類，第四級。二、鉆井技術(shù)參數(shù)配合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 鉆壓對機(jī)械鉆速的影響表2.1 鉆速與鉆壓數(shù)據(jù)表鉆壓（P） 噸11.752.53.2544.755.5鉆速（Vm）米/時(shí)0.130.311.4662.4763.384.234.64 實(shí)驗(yàn)條件：轉(zhuǎn)速 (n)=170轉(zhuǎn)/分,排量(Q)=4 升/秒圖2.1鉆速與鉆壓的關(guān)系曲線 實(shí)驗(yàn)二 轉(zhuǎn)速對機(jī)械鉆速的影響 表2.2 轉(zhuǎn)速與機(jī)械鉆速數(shù)據(jù)表轉(zhuǎn)速（n）轉(zhuǎn)/分509013017021

11、0250290鉆速（Vm）米/時(shí) 0.7321.5121.7521.8242.0522.12.748實(shí)驗(yàn)條件：鉆壓（P）=3.25T，排量(Q)=4 升/秒 圖 2.2 轉(zhuǎn)速與機(jī)械鉆速的關(guān)系曲線 3、排量對機(jī)械鉆速的影響表2.3 排量與機(jī)械鉆速的數(shù)據(jù)排量（Q）升/秒1234567鉆速（Vm）米/時(shí)2.282.472.472.632.212.342.41實(shí)驗(yàn)條件：轉(zhuǎn)速 (n)=170轉(zhuǎn)/分, 排量(Q)=4 升/秒圖2.3 鉆速與排量的關(guān)系曲線 三高壓水力噴射破巖實(shí)驗(yàn)1、沖蝕深度實(shí)驗(yàn)2-1# 噴嘴壓力對沖蝕深度的影表3.1 噴嘴壓力與沖蝕深度數(shù)據(jù)噴嘴壓力（P）,MPa5101520沖蝕深度（h）

12、，mm2.84089.540816.240822.9408實(shí)驗(yàn)條件：噴嘴直徑d0=1.25mm，=5度，噴射距離S=22mm，等速核長，=27mm，沖蝕時(shí)間t=20sec 圖3-1 噴嘴壓力與沖蝕深度的關(guān)系曲線2、沖蝕時(shí)間實(shí)驗(yàn)2-2# 沖蝕時(shí)間對沖蝕深度的影響 表3.2 沖蝕時(shí)間與沖蝕深度的數(shù)據(jù)表沖蝕時(shí)間（t)10306090 沖蝕深度（h）mm2.38445.82678.823810.366實(shí)驗(yàn)條件：噴嘴直徑d0=1.45 mm，噴嘴壓力P=7 MPa，噴射距離S=22 mm，流量Q=192cm3/s 圖3-2 沖蝕時(shí)間與沖蝕深度的關(guān)系曲線3、噴射距離實(shí)驗(yàn)2-3# 噴射距離對沖蝕深度的影響表

13、3.3 噴射距離與沖蝕深度的關(guān)系噴射距離（S）1015202530沖蝕深度（h）13.210.98.66.34實(shí)驗(yàn)條件：噴嘴直徑d0=1.25 mm，噴嘴壓力P=15 MPa，沖蝕時(shí)間t=20s，流量Q=167cm3/s。 圖3-3 噴射距離與沖蝕深度的關(guān)系曲線4、 井底液壓實(shí)驗(yàn)5、 2-2# 井底液壓對沖蝕深度的影響 表4.1 井底液壓與沖蝕深度的關(guān)系井底液壓（ Pa ）0.20.50.81.0沖蝕深度（h）1512.159.37.4實(shí)驗(yàn)條件：噴嘴直徑d0=1.25 mm，噴嘴壓力P=15 MPa，沖蝕時(shí)間t=20 s，噴射距離S=22mm 圖4-1 井底液壓與沖蝕深度的關(guān)系曲線5、破碎坑直

14、徑實(shí)驗(yàn) 表5.1.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)與破碎坑直徑的關(guān)系巖心實(shí)驗(yàn)參數(shù)（ K3）5810121416噴嘴型號d0(mm)1.251.251.251.251.251.25破碎坑直徑（D）6.251012.51517.520 表5.1.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)與破碎坑直徑的關(guān)系巖心實(shí)驗(yàn)參數(shù)（ K3）5810121416噴嘴型號d0(mm)1.451.451.451.451.451.45破碎坑直徑（D）7.2511.614.517.420.323.2圖5.1 巖心實(shí)驗(yàn)參數(shù)與破碎坑直徑的關(guān)系曲線6、沖蝕體積實(shí)驗(yàn)1-1# 沖蝕體積實(shí)驗(yàn) 表6.6.1 沖蝕深度與沖蝕體積的關(guān)系巖芯編號噴嘴型號d0 （mm）實(shí)驗(yàn)參數(shù)K4破碎坑深度

15、h(mm)沖蝕體積V2-2#1.256144.156255220.7812510441.562515662.3437520883.125301324.6875401766.25502207.8125圖6-6.1 破碎坑深度與沖蝕體積的關(guān)系曲線3. 對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)及觀察結(jié)果的分析與討論實(shí)驗(yàn)分析。一、 巖石可鉆性實(shí)驗(yàn)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析得出結(jié)論：1. 因?yàn)閷?shí)驗(yàn)時(shí)間的不同，可證明出巖石具有非均質(zhì)性2. 鉆頭跳動(dòng)的現(xiàn)象是由于巖石給鉆頭的反作用二、技術(shù)參數(shù)配合實(shí)驗(yàn)從圖2.1可看出，在鉆壓11.75噸時(shí)鉆速與鉆壓呈拋物線關(guān)系，這是因?yàn)殚_始時(shí)鉆壓小，巖屑少，井底凈化充分；繼續(xù)增加鉆壓，巖屑量相應(yīng)增多，但因水

16、力參數(shù)不變，井底凈化條件逐漸變差鉆速增長率逐漸下降。而當(dāng)鉆壓為1.754.75噸時(shí)幾乎與鉆壓成線性關(guān)系；此后再增加鉆壓，井底凈化條件將嚴(yán)重惡化，鉆速增長更慢。從圖2.2可看出，當(dāng)轉(zhuǎn)速為5090轉(zhuǎn)/分時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速增大，鉆速變化大；轉(zhuǎn)速為90250轉(zhuǎn)/分時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速增大，鉆速變化小；轉(zhuǎn)速為250290轉(zhuǎn)/分時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速增大，鉆速變化大。從圖2.3可看出，當(dāng)排量在14 L/s段鉆速隨排量快速增加，排量在45 L/s段時(shí)鉆速急劇，排量在從57 L/s段時(shí)鉆速又逐漸上升，總體來看，排量對鉆速影響較大。 三高壓水力噴射破巖實(shí)驗(yàn)從圖3.1可看出，沖蝕深度與噴嘴壓力呈線性關(guān)系，且沖蝕深度隨著噴嘴壓力的增加而增

17、加，這是因?yàn)镻增大時(shí)，射流沖擊增大，能將較多的顆粒從巖石上剝落下來，從而h增大。從圖3.2可看出，總體上，隨沖蝕時(shí)間的增加，沖蝕深度呈增加趨勢。當(dāng)沖蝕時(shí)間在10-30s和30-60s之間時(shí)，沖蝕深度隨時(shí)間的增長速度最快，在60-90s之間時(shí)，增長速度減慢。這是由于在沖蝕初期，蝕孔內(nèi)的巖屑量較少，隨沖蝕時(shí)間的增加，巖屑逐漸增多，使水射流無法直接沖蝕巖石，而是沖蝕深度增長變緩。從圖3.3可看出，隨著噴射距離的增加，充實(shí)深度呈線性降低，這是由于隨著充實(shí)深度的增加，噴射力會(huì)逐漸減小。從圖4.1可看出，沖蝕深度與井底液壓呈線性關(guān)系，而且沖蝕深度隨著井底液壓的增加而減少。井內(nèi)液柱壓力和地層壓力之間的壓差會(huì)

18、增大，使得巖石難以破碎。從圖5.1可看出，巖心實(shí)驗(yàn)參數(shù)與破碎坑直徑呈線性關(guān)系，隨著巖心實(shí)驗(yàn)參數(shù)的不同，破碎坑直徑大小不同，巖心實(shí)驗(yàn)參數(shù)取值越大，破碎坑直徑越大。從圖6.1可看出，沖蝕體積V與沖蝕深度呈線性關(guān)系，當(dāng)h增大時(shí)，V增大。4、結(jié)論1) 巖石具有均質(zhì)性和非均質(zhì)性，通過巖石可鉆性測定巖石的級別，所測得巖石的級別為I軟四級；2) 通過鉆井參數(shù)配合實(shí)驗(yàn)可知，一定程度上增加鉆壓和轉(zhuǎn)速可以增大機(jī)械鉆速，但排量對鉆速影響較復(fù)雜，無明顯規(guī)律，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際問題優(yōu)選排量參數(shù)；3) 通過高壓水力噴射實(shí)驗(yàn)沖蝕深度與噴嘴壓力呈線性關(guān)系，沖蝕深度與噴射距離成反比關(guān)系，t、p增大時(shí)，沖蝕深度h增大，S、增大，則會(huì)導(dǎo)致h減小。 因此要得到較大的h，應(yīng)增大P、t,減小S、。當(dāng)噴嘴直徑固定時(shí)，破碎坑直徑與K3成正比關(guān)系，當(dāng)K3固定不變時(shí)，破碎坑直徑與噴嘴直徑成正比。沖蝕體積與沖蝕深度呈正相關(guān)關(guān)系。隨著沖蝕深度的增加，沖蝕體積也增大。 5、實(shí)驗(yàn)總結(jié)1）、本次實(shí)驗(yàn)成敗之處及其原因分析（1）在本次實(shí)驗(yàn)過程中，我們小組針對個(gè)人的特長進(jìn)行了詳細(xì)的分工，確保在調(diào)查過程中能夠高效、相互協(xié)作； （2）在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行之前，我們結(jié)合鉆井的相關(guān)資料，進(jìn)行了細(xì)致的分工，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行得比較順利； 2）、本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)及改進(jìn)措施（1）在巖石可鉆性測定試驗(yàn)中要精確記錄時(shí)間，盡量減少時(shí)間誤差，巖樣要