喷射钻井内容目的

喷射钻井内容、目的高压水射流的结构和特征射流水力参数和钻头水力参数水功率传递基本关系提高钻头水力参数的途径喷射钻井工作方式喷射钻井水力参数设计方法步骤

喷射钻井内容、目的目的熟练计算射流和钻头水力参数设计钻井水力参数（喷射钻井水力参数设计）参考书《喷射钻井理论与计算》，张绍怀编著《实用钻井工程》，Adamet著，徐云英译喷射钻井提高机械钻速的原因从钻头喷射出的强大的泥浆射流，它具有很高的喷射速度，具有很大的水力功率，能给予井底岩屑很大的冲击力，从而使岩屑及时地、迅速地离开井底，始终保持井底干净。喷射钻井的基本概念条件：保证井下安全、一定机泵条件、优质泥浆措施按井段采用不同的返速，优选排量、喷嘴直径、和喷嘴布置方案目的：在较高泵压下，使泵功率充分发挥，合理分配。使喷射速度、井底水力能量的到优选，从而提高钻速。射流结构属于淹没非自由射流淹没：射流出口后，就处在井筒内的泥浆中，被井筒内的泥浆所淹没。非自由：射流的的运动和发展受到井壁的限制，不能自由地运动和发展。射流的扩散角和扩散系数a。等速核长度l0初始段（l<l0），基本段（l>l0）极点l0等速核边界过渡断面扩散系数距喷嘴l处的射流直径射流的速度分布射流中心：由于受到淹没钻井流体和返回流体影响小，所以速度最高，且在射流任一截面上，轴线速度最高，中心向向两边速度降低很快，射流边界降至0。等速核段，中心部分速度始终为V0基本段（l>l0），轴线上任意点的速度V，与该点距极点的距离成反比。距喷嘴l处的射流速度V0－喷嘴出口速度d0－喷嘴出口直径a－扩散系数l0－等速核长度l－计算点距喷嘴的距离b-速度降低系数射流动压力：泥浆密度kg/m3:泥浆重度N/m3P0:流速核内的动压力（Pa):动压力降低系数Pk/P0极点射流的动压力分布规律在射流的任一截面上，中心动压力最大，自中心向外，Pk急剧衰减，在射流边界上为0.在等速核内，各处动压力相等。在射流中心线上，超过等速核以后，动压力急剧下降。射流对井底的清洗作用冲击压力作用漫流横推预破岩或破岩作用射流对井底的清洗作用钻头的旋转，给井底钻屑一个极不均匀的冲击压力，使岩屑产生个翻转力矩离开井底。漫流横推给钻屑一个横向推力，使钻屑离开井底。其结果是克服了“压持效应”，清除“垫层”，从而提高了钻速。措施增大射流速度 --使QV0足够大减小喷射距离射流水力参数喷射速度V0冲击力Fj水功率Nj

钻头水力参数钻头压降Pb钻头水功率Nb喷射速度V0V0=Q/A0V0－m/s，Q－钻井泵体积流量（排量），m3/sA0－喷咀出口截面积之和，m2

(等效喷嘴直径）射流冲击力FjFj:射流冲击力(N)：泥浆密度（kg/m3)Q:排量（m3/s)A0:喷嘴出口截面积之和（m2）射流水功率Nj:射流水功率（W)其它符号的意义及单位同前钻头压降计算模型钻头压降根据伯努利方程：H：喷嘴高度，可忽略不计V2远大于V1，V1可以忽略不计。h：泥浆流过喷嘴以后损失掉的水头整理后得：Pb:钻头压降（Pa)C:喷嘴流量系数其它符号同前。钻头水功率

Nb:钻头水功率(W)其它符号同前钻头水功率与射流水功率的关系水功率射流速度和射流冲击力也可以用钻头压降表示：喷嘴结构及水力特征可以证明，喷嘴的流量系数为实际流量与理论流量的比值，及c=Q/Qi为提高c，需要改善喷嘴的结构设计射流水力参数喷射速度V0冲击力Fj水功率Nj

钻头水力参数钻头压降Pb钻头水功率Nb喷射速度V0V0=Q/A0V0－m/s，Q－钻井泵体积流量（排量），m3/sA0－喷咀出口截面积之和，m2

(等效喷嘴直径）射流冲击力FjFj:射流冲击力(N)：泥浆密度（kg/m3)Q:排量（m3/s)A0:喷嘴出口截面积之和（m2）射流水功率Nj:射流水功率（W)其它符号的意义及单位同前整理后得：Pb:钻头压降（Pa)C:喷嘴流量系数其它符号同前。钻头水功率

Nb:钻头水功率(W)其它符号同前喷射钻井水功率传递原理钻井泵地面管汇立管压力水龙带水龙头方钻杆钻杆钻铤钻头环形空间高架槽振动筛其它泥浆净化装置泥浆罐泥浆泵水功率的传递原理泥浆的循环路径地面管汇，不随井深变化钻柱内部，随井深变化钻头环形空间水功率传递的基本关系式

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

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

循环压耗计算范宁-达西公式P2VdP1L循环压耗计算对管内流对环空流Pl：循环压耗（Pa）：泥浆密度（kg/cm3）L：管路长度（m）d：管内径（m）Dd：管外径（m）D：井眼直径(m)f：范宁水力摩阻系数幂律流变模型计算范宁水力摩阻系数：①分管内和环空计算泥浆流变参数：管内Pa.sn环空Pa.sn②计算给定排量下管内流速和环空返速③计算雷诺数及判别流态钻柱内环形空间④流态判定：层流：Re<3470-1370n过度流：紊流：Re>4270-1370n⑤摩阻系数：G=16(钻柱内)G=24(环空)C1=3470-1370nC2=4270-1370n（层流）（紊流）（过渡流）宾汉流型计算范宁摩阻系数计算管内和环空的平均流速计算管内和环空的雷诺数（《钻井工艺原理》中册P12)根据雷诺数判定流态，若为层流：管内环空若为紊流，必须重新计算雷诺数Re:内平钻杆：A=0.046贯眼接头和环形空间：A=0.059压耗计算：

计算地面、管内、环空压耗系数地面管汇压耗：Pg=KgQ1.8钻杆内外压耗：Pp=KpQ1.8钻铤内外压耗：Pc=KcQ1.8循环压耗：Pl=Pg+Pp+Pc=(Kg+Kp+Kc)Q1.8

=Kl

Q1.8

压耗系数的变化可将压耗系数分成两部分：与井深有关的部分和与井深无关的部分，即：Kp=mLp=m(L-Lc)n’=Kg+KcKl=mL-mLc+n’令n=Kg+Kc-mLc则：Kl=mL+n压耗系数实测方法Pc=KlQb两边取对数：log(Pc)=log(Kl)+blog(Q)(1)在井口只接方钻杆，测得P1,算Kg(2) 在方钻杆下只接钻头，测得P2,Pb=P2-P1(3)下钻至某一井深，测Pi,Pi-P2为管柱内外压耗。为计算钻铤内外压耗，可在钻铤下完后测一次，得到Kc.下钻完测可到m,(单位长度钻杆内外压耗）压耗计算注意事项管内应区分不同的管径分别计算，按管的内径的大小分成若干段。如钻杆、钻铤、加重钻杆。环形空间按井眼尺寸、钻具外径的不同将整个环形空间划分成若干段，每一段分别计算。井眼较小时，应考虑接头变化对压耗的影响。Lc1、D

、Dp、dLc2、D

、Dp、dLci、D

、Dp、dLp1、D

、Dp、dBLp、D

、Dp、dLpi、D

、Dp、d提高水力参数的途径提高泵压、泵功率第一阶段：13-15MPa第二阶段：17-18MPa第三阶段：20-22MPa降低循环压耗系数Kl降低泥浆密度降低泥浆粘度适当增大泥浆过流面积管内）(8.48.18.02.0dLQBPl=rh增大钻头压耗系数Kb增大，增大井底压力和循环压耗，不可取。减小C,减小了能量转换效率，不可取。减小A0,显著增大Pb,但A0的减小有一定的限度，A0过小会造成泵压过高，这也是喷射钻井需要提高泵压的根本原因。提高水力参数的途径优选排量增大排量，会使循环压耗和钻头压降同时增大。事实上，可以对排量进行优选，使射流水力冲击力或钻头水功率达到最大。喷射钻井水力程序设计在一口井钻井以前，就对钻井每个井段的泥浆泵工作参数（排量、泵压、泵功率等），钻头和射流水力参数（喷速、冲击力、钻头水功率等）进行设计和安排。水力程序设计的主要任务在于确定泥浆排量Q和选择喷嘴直径de钻井液最低排量的确定Vs=Va-VhVs:岩屑在泥浆中的实际上返速度Va:环空返速Vh:岩屑的下沉速度。要求Vs>0或K=Vs/Va>0.5泥浆泵的工作状态泵的额定功率Nr：泥浆泵的最大输出功率泵的额定泵压Pr：在一定缸套下泵的允许压力泵的额定排量：泵功率为Nr、泵压为Pr时泵的输出排量。三者的关系：额定泵压工作状态假设Q<Qr,泵功率不变，且Ns=Nr因Ns=QsPs

为保持Ns不变，Ps>Pr泥浆泵的实际泵压大于额定泵压是不允许的。故原假设不成立。假设Q<Qr,泵压不变，且Ps=Pr实际泵功率Ns=PsQs<Nr，假设成立。在这种工况下，实际泵功率小于额定泵功率额定泵功率状态一般情况下，泥浆泵的排量不会超过额定排量Qr,但当柴油机的转速提高时，排量也有可能超过Qr。此时，只能是Ns=Nr在这种工况下，Ps<Pr喷射钻井的工作方式将射流和钻头的水力参数可表示如下：Qa最大钻头水功率额定泵功率状态：（Ns=Nr)Q减小，Nb增大，故Q应尽可能小最大钻头水功率之额定泵压：关键是优选排量满足以上压降分配关系最大射流冲击力额定泵功率状态：（Ns=Nr)Q减小，Nb增大，故Q应尽可能小最大射流冲击力之额定泵压：关键是优选排量满足以上压降分配关系最大射流喷射速度喷射速度额定泵功率Ns=Nr额定泵功率Ns=Nr无论哪种泵工作状态，Q减小，V0增大，但Q不能小于Qa喷射钻井水力程序设计步骤（1）确定最低排量Qa、Qmax（2）在最低排量与最高排量之间选一排量Q（3）计算给定排量下管内和环空返速（4）计算循环压耗Pl（管内的、环空的）（5）计算钻头压降Pb=Pr-Pl（6）计算钻头水功率Nb=PbQ（7）改变排量Q,重复(3)-(5)步直至Nb为最大喷射钻井水力程序设计步骤（8）达到最大Nb的排量即为最优排量。（9）计算当量喷嘴直径（10）根据de选择喷嘴组合（11）根据选定的喷嘴组合计算Pb、Ps（12）计算V0、Fj、Nb说明以上过程是最大水功率的设计过程，如果希望优化射流冲击力，修改优化的目标函数即可，其它过程不变。如果不对排量进行优化，即计算给定排量下钻头及射流水力参数，计算过程类似，只是此时无须对排量进行优化计算。钻井新技术深井超深井技术（DeepwellDrilling)高温高压的钻井液技术高温高压的固井技术深井钻柱、套管柱强度设计深井提高钻速技术深井井斜控制技术钻井新技术水平井钻井技术（Horizontalwell)长半径（2-6/30m、半径：300m-900m）中半径（8-20/30m、半径：86m-215m）短半径(5-10/m、半径：10m-20m)

水平井是提高开发效益的有效手段。其优点包括提高单井产量，减小水锥和气锥，已经在全国各大油田进行了推广应用。大位移井：测深/垂深>2的井应用范围：海上钻井平台海边开采近海油藏环境保护要求特别严格的地区设备：顶驱大尺寸钻杆改进钻机，增大钻机负荷 可变径稳定器先进的随钻测量系统

大位移井ERDDrillingTech.

(ExtendedReachDisplacement)理论：井身轨迹优化井壁稳定理论摩阻分析扭矩测量及分析环空流体学及环空携岩钻柱强度分析