噴射鉆井內(nèi)容目的

噴射鉆井內(nèi)容、目的高壓水射流的結(jié)構(gòu)和特征射流水力參數(shù)和鉆頭水力參數(shù)水功率傳遞基本關(guān)系提高鉆頭水力參數(shù)的途徑噴射鉆井工作方式噴射鉆井水力參數(shù)設(shè)計(jì)方法步驟

噴射鉆井內(nèi)容、目的目的熟練計(jì)算射流和鉆頭水力參數(shù)設(shè)計(jì)鉆井水力參數(shù)（噴射鉆井水力參數(shù)設(shè)計(jì)）參考書《噴射鉆井理論與計(jì)算》，張紹懷編著《實(shí)用鉆井工程》，Adamet著，徐云英譯噴射鉆井提高機(jī)械鉆速的原因從鉆頭噴射出的強(qiáng)大的泥漿射流，它具有很高的噴射速度，具有很大的水力功率，能給予井底巖屑很大的沖擊力，從而使巖屑及時(shí)地、迅速地離開井底，始終保持井底干凈。噴射鉆井的基本概念條件：保證井下安全、一定機(jī)泵條件、優(yōu)質(zhì)泥漿措施按井段采用不同的返速，優(yōu)選排量、噴嘴直徑、和噴嘴布置方案目的：在較高泵壓下，使泵功率充分發(fā)揮，合理分配。使噴射速度、井底水力能量的到優(yōu)選，從而提高鉆速。射流結(jié)構(gòu)屬于淹沒非自由射流淹沒：射流出口后，就處在井筒內(nèi)的泥漿中，被井筒內(nèi)的泥漿所淹沒。非自由：射流的的運(yùn)動(dòng)和發(fā)展受到井壁的限制，不能自由地運(yùn)動(dòng)和發(fā)展。射流的擴(kuò)散角和擴(kuò)散系數(shù)a。等速核長度l0初始段（l<l0），基本段（l>l0）極點(diǎn)l0等速核邊界過渡斷面擴(kuò)散系數(shù)距噴嘴l處的射流直徑射流的速度分布射流中心：由于受到淹沒鉆井流體和返回流體影響小，所以速度最高，且在射流任一截面上，軸線速度最高，中心向向兩邊速度降低很快，射流邊界降至0。等速核段，中心部分速度始終為V0基本段（l>l0），軸線上任意點(diǎn)的速度V，與該點(diǎn)距極點(diǎn)的距離成反比。距噴嘴l處的射流速度V0－噴嘴出口速度d0－噴嘴出口直徑a－擴(kuò)散系數(shù)l0－等速核長度l－計(jì)算點(diǎn)距噴嘴的距離b-速度降低系數(shù)射流動(dòng)壓力：泥漿密度kg/m3:泥漿重度N/m3P0:流速核內(nèi)的動(dòng)壓力（Pa):動(dòng)壓力降低系數(shù)Pk/P0極點(diǎn)射流的動(dòng)壓力分布規(guī)律在射流的任一截面上，中心動(dòng)壓力最大，自中心向外，Pk急劇衰減，在射流邊界上為0.在等速核內(nèi)，各處動(dòng)壓力相等。在射流中心線上，超過等速核以后，動(dòng)壓力急劇下降。射流對(duì)井底的清洗作用沖擊壓力作用漫流橫推預(yù)破巖或破巖作用射流對(duì)井底的清洗作用鉆頭的旋轉(zhuǎn)，給井底鉆屑一個(gè)極不均勻的沖擊壓力，使巖屑產(chǎn)生個(gè)翻轉(zhuǎn)力矩離開井底。漫流橫推給鉆屑一個(gè)橫向推力，使鉆屑離開井底。其結(jié)果是克服了“壓持效應(yīng)”，清除“墊層”，從而提高了鉆速。措施增大射流速度 --使QV0足夠大減小噴射距離射流水力參數(shù)噴射速度V0沖擊力Fj水功率Nj

鉆頭水力參數(shù)鉆頭壓降Pb鉆頭水功率Nb噴射速度V0V0=Q/A0V0－m/s，Q－鉆井泵體積流量（排量），m3/sA0－噴咀出口截面積之和，m2

(等效噴嘴直徑）射流沖擊力FjFj:射流沖擊力(N)：泥漿密度（kg/m3)Q:排量（m3/s)A0:噴嘴出口截面積之和（m2）射流水功率Nj:射流水功率（W)其它符號(hào)的意義及單位同前鉆頭壓降計(jì)算模型鉆頭壓降根據(jù)伯努利方程：H：噴嘴高度，可忽略不計(jì)V2遠(yuǎn)大于V1，V1可以忽略不計(jì)。h：泥漿流過噴嘴以后損失掉的水頭整理后得：Pb:鉆頭壓降（Pa)C:噴嘴流量系數(shù)其它符號(hào)同前。鉆頭水功率

Nb:鉆頭水功率(W)其它符號(hào)同前鉆頭水功率與射流水功率的關(guān)系水功率射流速度和射流沖擊力也可以用鉆頭壓降表示：噴嘴結(jié)構(gòu)及水力特征可以證明，噴嘴的流量系數(shù)為實(shí)際流量與理論流量的比值，及c=Q/Qi為提高c，需要改善噴嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)射流水力參數(shù)噴射速度V0沖擊力Fj水功率Nj

鉆頭水力參數(shù)鉆頭壓降Pb鉆頭水功率Nb噴射速度V0V0=Q/A0V0－m/s，Q－鉆井泵體積流量（排量），m3/sA0－噴咀出口截面積之和，m2

(等效噴嘴直徑）射流沖擊力FjFj:射流沖擊力(N)：泥漿密度（kg/m3)Q:排量（m3/s)A0:噴嘴出口截面積之和（m2）射流水功率Nj:射流水功率（W)其它符號(hào)的意義及單位同前整理后得：Pb:鉆頭壓降（Pa)C:噴嘴流量系數(shù)其它符號(hào)同前。鉆頭水功率

Nb:鉆頭水功率(W)其它符號(hào)同前噴射鉆井水功率傳遞原理鉆井泵地面管匯立管壓力水龍帶水龍頭方鉆桿鉆桿鉆鋌鉆頭環(huán)形空間高架槽振動(dòng)篩其它泥漿凈化裝置泥漿罐泥漿泵水功率的傳遞原理泥漿的循環(huán)路徑地面管匯，不隨井深變化鉆柱內(nèi)部，隨井深變化鉆頭環(huán)形空間水功率傳遞的基本關(guān)系式

Ps=Pi+Pb=Pg+Pst+Pan+Pb

Ns=Ni+Nb=Ng+Nst+Nan+Nb

循環(huán)壓耗計(jì)算范寧-達(dá)西公式P2VdP1L循環(huán)壓耗計(jì)算對(duì)管內(nèi)流對(duì)環(huán)空流Pl：循環(huán)壓耗（Pa）：泥漿密度（kg/cm3）L：管路長度（m）d：管內(nèi)徑（m）Dd：管外徑（m）D：井眼直徑(m)f：范寧水力摩阻系數(shù)冪律流變模型計(jì)算范寧水力摩阻系數(shù)：①分管內(nèi)和環(huán)空計(jì)算泥漿流變參數(shù)：管內(nèi)Pa.sn環(huán)空Pa.sn②計(jì)算給定排量下管內(nèi)流速和環(huán)空返速③計(jì)算雷諾數(shù)及判別流態(tài)鉆柱內(nèi)環(huán)形空間④流態(tài)判定：層流：Re<3470-1370n過度流：紊流：Re>4270-1370n⑤摩阻系數(shù)：G=16(鉆柱內(nèi))G=24(環(huán)空)C1=3470-1370nC2=4270-1370n（層流）（紊流）（過渡流）賓漢流型計(jì)算范寧摩阻系數(shù)計(jì)算管內(nèi)和環(huán)空的平均流速計(jì)算管內(nèi)和環(huán)空的雷諾數(shù)（《鉆井工藝原理》中冊(cè)P12)根據(jù)雷諾數(shù)判定流態(tài)，若為層流：管內(nèi)環(huán)空若為紊流，必須重新計(jì)算雷諾數(shù)Re:內(nèi)平鉆桿：A=0.046貫眼接頭和環(huán)形空間：A=0.059壓耗計(jì)算：

計(jì)算地面、管內(nèi)、環(huán)空壓耗系數(shù)地面管匯壓耗：Pg=KgQ1.8鉆桿內(nèi)外壓耗：Pp=KpQ1.8鉆鋌內(nèi)外壓耗：Pc=KcQ1.8循環(huán)壓耗：Pl=Pg+Pp+Pc=(Kg+Kp+Kc)Q1.8

=Kl

Q1.8

壓耗系數(shù)的變化可將壓耗系數(shù)分成兩部分：與井深有關(guān)的部分和與井深無關(guān)的部分，即：Kp=mLp=m(L-Lc)n’=Kg+KcKl=mL-mLc+n’令n=Kg+Kc-mLc則：Kl=mL+n壓耗系數(shù)實(shí)測(cè)方法Pc=KlQb兩邊取對(duì)數(shù)：log(Pc)=log(Kl)+blog(Q)(1)在井口只接方鉆桿，測(cè)得P1,算Kg(2) 在方鉆桿下只接鉆頭，測(cè)得P2,Pb=P2-P1(3)下鉆至某一井深，測(cè)Pi,Pi-P2為管柱內(nèi)外壓耗。為計(jì)算鉆鋌內(nèi)外壓耗，可在鉆鋌下完后測(cè)一次，得到Kc.下鉆完測(cè)可到m,(單位長度鉆桿內(nèi)外壓耗）壓耗計(jì)算注意事項(xiàng)管內(nèi)應(yīng)區(qū)分不同的管徑分別計(jì)算，按管的內(nèi)徑的大小分成若干段。如鉆桿、鉆鋌、加重鉆桿。環(huán)形空間按井眼尺寸、鉆具外徑的不同將整個(gè)環(huán)形空間劃分成若干段，每一段分別計(jì)算。井眼較小時(shí)，應(yīng)考慮接頭變化對(duì)壓耗的影響。Lc1、D

、Dp、dLc2、D

、Dp、dLci、D

、Dp、dLp1、D

、Dp、dBLp、D

、Dp、dLpi、D

、Dp、d提高水力參數(shù)的途徑提高泵壓、泵功率第一階段：13-15MPa第二階段：17-18MPa第三階段：20-22MPa降低循環(huán)壓耗系數(shù)Kl降低泥漿密度降低泥漿粘度適當(dāng)增大泥漿過流面積管內(nèi)）(8.48.18.02.0dLQBPl=rh增大鉆頭壓耗系數(shù)Kb增大，增大井底壓力和循環(huán)壓耗，不可取。減小C,減小了能量轉(zhuǎn)換效率，不可取。減小A0,顯著增大Pb,但A0的減小有一定的限度，A0過小會(huì)造成泵壓過高，這也是噴射鉆井需要提高泵壓的根本原因。提高水力參數(shù)的途徑優(yōu)選排量增大排量，會(huì)使循環(huán)壓耗和鉆頭壓降同時(shí)增大。事實(shí)上，可以對(duì)排量進(jìn)行優(yōu)選，使射流水力沖擊力或鉆頭水功率達(dá)到最大。噴射鉆井水力程序設(shè)計(jì)在一口井鉆井以前，就對(duì)鉆井每個(gè)井段的泥漿泵工作參數(shù)（排量、泵壓、泵功率等），鉆頭和射流水力參數(shù)（噴速、沖擊力、鉆頭水功率等）進(jìn)行設(shè)計(jì)和安排。水力程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)在于確定泥漿排量Q和選擇噴嘴直徑de鉆井液最低排量的確定Vs=Va-VhVs:巖屑在泥漿中的實(shí)際上返速度Va:環(huán)空返速Vh:巖屑的下沉速度。要求Vs>0或K=Vs/Va>0.5泥漿泵的工作狀態(tài)泵的額定功率Nr：泥漿泵的最大輸出功率泵的額定泵壓Pr：在一定缸套下泵的允許壓力泵的額定排量：泵功率為Nr、泵壓為Pr時(shí)泵的輸出排量。三者的關(guān)系：額定泵壓工作狀態(tài)假設(shè)Q<Qr,泵功率不變，且Ns=Nr因Ns=QsPs

為保持Ns不變，Ps>Pr泥漿泵的實(shí)際泵壓大于額定泵壓是不允許的。故原假設(shè)不成立。假設(shè)Q<Qr,泵壓不變，且Ps=Pr實(shí)際泵功率Ns=PsQs<Nr，假設(shè)成立。在這種工況下，實(shí)際泵功率小于額定泵功率額定泵功率狀態(tài)一般情況下，泥漿泵的排量不會(huì)超過額定排量Qr,但當(dāng)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速提高時(shí)，排量也有可能超過Qr。此時(shí)，只能是Ns=Nr在這種工況下，Ps<Pr噴射鉆井的工作方式將射流和鉆頭的水力參數(shù)可表示如下：Qa最大鉆頭水功率額定泵功率狀態(tài)：（Ns=Nr)Q減小，Nb增大，故Q應(yīng)盡可能小最大鉆頭水功率之額定泵壓：關(guān)鍵是優(yōu)選排量滿足以上壓降分配關(guān)系最大射流沖擊力額定泵功率狀態(tài)：（Ns=Nr)Q減小，Nb增大，故Q應(yīng)盡可能小最大射流沖擊力之額定泵壓：關(guān)鍵是優(yōu)選排量滿足以上壓降分配關(guān)系最大射流噴射速度噴射速度額定泵功率Ns=Nr額定泵功率Ns=Nr無論哪種泵工作狀態(tài)，Q減小，V0增大，但Q不能小于Qa噴射鉆井水力程序設(shè)計(jì)步驟（1）確定最低排量Qa、Qmax（2）在最低排量與最高排量之間選一排量Q（3）計(jì)算給定排量下管內(nèi)和環(huán)空返速（4）計(jì)算循環(huán)壓耗Pl（管內(nèi)的、環(huán)空的）（5）計(jì)算鉆頭壓降Pb=Pr-Pl（6）計(jì)算鉆頭水功率Nb=PbQ（7）改變排量Q,重復(fù)(3)-(5)步直至Nb為最大噴射鉆井水力程序設(shè)計(jì)步驟（8）達(dá)到最大Nb的排量即為最優(yōu)排量。（9）計(jì)算當(dāng)量噴嘴直徑（10）根據(jù)de選擇噴嘴組合（11）根據(jù)選定的噴嘴組合計(jì)算Pb、Ps（12）計(jì)算V0、Fj、Nb說明以上過程是最大水功率的設(shè)計(jì)過程，如果希望優(yōu)化射流沖擊力，修改優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)即可，其它過程不變。如果不對(duì)排量進(jìn)行優(yōu)化，即計(jì)算給定排量下鉆頭及射流水力參數(shù)，計(jì)算過程類似，只是此時(shí)無須對(duì)排量進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。鉆井新技術(shù)深井超深井技術(shù)（DeepwellDrilling)高溫高壓的鉆井液技術(shù)高溫高壓的固井技術(shù)深井鉆柱、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)深井提高鉆速技術(shù)深井井斜控制技術(shù)鉆井新技術(shù)水平井鉆井技術(shù)（Horizontalwell)長半徑（2-6/30m、半徑：300m-900m）中半徑（8-20/30m、半徑：86m-215m）短半徑(5-10/m、半徑：10m-20m)

水平井是提高開發(fā)效益的有效手段。其優(yōu)點(diǎn)包括提高單井產(chǎn)量，減小水錐和氣錐，已經(jīng)在全國各大油田進(jìn)行了推廣應(yīng)用。大位移井：測(cè)深/垂深>2的井應(yīng)用范圍：海上鉆井平臺(tái)海邊開采近海油藏環(huán)境保護(hù)要求特別嚴(yán)格的地區(qū)設(shè)備：頂驅(qū)大尺寸鉆桿改進(jìn)鉆機(jī)，增大鉆機(jī)負(fù)荷 可變徑穩(wěn)定器先進(jìn)的隨鉆測(cè)量系統(tǒng)

大位移井ERDDrillingTech.

(ExtendedReachDisplacement)理論：井身軌跡優(yōu)化井壁穩(wěn)定理論摩阻分析扭矩測(cè)量及分析環(huán)空流體學(xué)及環(huán)空攜巖鉆柱強(qiáng)度分析