石油钻井钻进参数优选
基于机械比能在肯基亚克油田钻井参数的优选
69肯基亚克盐下油田石炭系碳酸盐岩储层是主力开发层，下二叠统属于海陆过度沉积，主要为含石英砂钙质胶结塑性泥板岩，岩性致密，研磨性强，加之高密度钻井液的压持效应，导致在常规钻井方式下的机械钻速过低，因此开展基于机械比能和地层岩石力学特性比值的钻进效率评价和参数优选方法，有利于提高机械钻速并减少井下阻卡，达到高效、经济钻井的目标。
1 区域钻井地质概况肯基亚克盐下油田目前钻井普遍存在周期长，平均机械钻速慢，是制约盐下油田高效开发的主要瓶颈，针对水平井井型，下二叠统地层岩性以硬石膏、粉砂岩和砾岩组成，硬脆性地层，可钻性级值4~8，采用常规钻井方式的机械钻速0.4~0.8m/h，因井下低效事件频发，钻具振动，钻井参数缺乏科学有效选择。
2 地层岩石强度特性2.1 地层岩石力学地层岩石力学特性建模通过利用弹性力学原理和测井资料预测岩石的可钻性、硬度、抗剪强度和塑性系数等指标，以量化岩石破碎难易程度。
岩石的物理力学性质限制了这些量的变化。
根据钻进分析、测试分析、钻进工具类型、钻进参数等变化，利用这些预测指标建立的钻井岩石力学特性模型可以优选出合适的分层钻头类型[1]。
此外，该模型还可用于钻井参数优选、钻头使用效果评价，实现科学高效的钻进，对现场作业具有实用性和指导意义。
2.2 地层岩石力学建模根据已钻井部分井段测井资料得出地层岩石力学特性参数（见表1）建模，为钻头合理选型提供依据。
表1 地层岩石力学参数地层抗压强度/MPa抗剪强度/MPa硬度/MPa 岩石可钻性级值P 1tg 80~12040~901200~20006~8P 1a 40~12020~80600~20004~8P 1s 40~8020~40600~13003~6P 1as 40~5020~50600~15004~6C120~20040~1601000~24004~9盐下下二叠统是海陆过度沉积，其中主要岩性为致密泥板岩、硬石膏和砂岩。
在二叠纪的孔谷阶P 1tg地层，岩石的研磨性很强，抗压强度在80~120MPa之间，抗剪强度小于90MPa，硬度在基于机械比能在肯基亚克油田钻井参数的优选颜斌 李贤思 马炳奇 张茂林 陈涛 中国石油西部钻探工程有限公司 工程技术研究院 新疆 克拉玛依 834000摘要：肯基亚克盐下油田位于西哈萨克斯坦滨里海盆地东缘肯基亚克构造带上，下二叠统、石炭系油藏为裂缝-孔隙型双重介质储层，裂缝发育分布不均。
基于机械比能理论的复合钻井参数优选方法
Ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍｅ ｎ ｔ Ｄｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｔ ａ ｒ ｉ ｍ ０ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ Ｃ ｏ ｍｐ ａ ｎ ｙ， Ｋｏ ｒ ｌ ａ ， Ｘ ｎ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ， ８ ４ １ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ｓ ｇ ｏ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｙ ｄ ｅ ｅ ｐ ｅ ｒ ， ａ ｎ ｅ ｗ ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｆ ｉ ｃ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ （ ＭＳ Ｅ） ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ ｗａ ｓ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ａ ｌ ｌ ｙ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｏ ｆ ｐ ｅ ｎ ｅ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｄ ｅ ｅ ｐ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ． Ｆｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ ｒ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｓ ｏ ｆ ｒ ｏ ｃ ｋ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎ ｓ ｅ ｒ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ， ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｐ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｎ ｄ ＲＯＰ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｄ ｅ ｒ ｉ ｖ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｈ ｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｏ ｐ ｔ ｉ — ｍｉ ｚ ｅ ｄ ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＭＳ Ｅ． Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｒ． Ｔｅ ａ ｌ ｅ ＭＳ Ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ， ｂ ｖ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｓ ｌ ｉ ｄ ｉ ｎ ｇ ｆ ｒ ｉ ｃ — ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｒ ｏ ｃ ｋ — ｂ ｒ ｏ ｋ ｅ ｎ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｂ ｉ ｔ ， ｔ ｈ ｅ ｔ ｏ ｒ ｑ ｕ ｅ ｗａ ｓ ｅ ｘ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｄ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｗｅ ｉ ｇ ｈ ｔ ｔ ｏ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｙ ｏ ｆ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｒ ｑ ｕ ｅ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｌ ｙ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ， ｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｄ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｂ ｕ ｉ ｌ ｔ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｆ ｉ ｃ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ ｆ ｏ ｒ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｍｏ ｄ ｅ ｓ ， ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｅ ａ ｌ — ｔ ｉ ｍｅ ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ — ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗａ ｓ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ． Ｔｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｃ ａ ｎ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ａ ｌ ｌ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｄ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ — ｔ ｉ ｏ ｎ， ａ ｎ ｄ ｆ ｅ ｅ ｄ ｂ ａ ｃ ｋ ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｎ ｄ ｄ ｏ ｗｎ ｈ ｏ ｌ ｅ ｓ ｉ ｔ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｒ ｅ ａ ｌ ｔ ｉ ｍｅ ． Ａ ｐ ｉ ｌ ｏ ｔ ｔ ｅ ｓ ｔ
基于MSE的钻井参数优化方法在艾湖2井区的应用
67新疆玛湖油田作为世界上面积最大的砾岩油区，油层分布受岩性、物性、构造等多重因素影响，油层展布预测难度大，钻井条件复杂[1]。
经过近几年的持续探索与实践，玛湖油田钻井指标较以往有了很大的提升。
在中石油低成本开发的战略背景下，需要进一步挖掘提速潜力，寻求一种不增加新的钻井工艺投入的前提下实现提速目的的方法。
机械比能理论（MSE，Mechical Specific Energy）是一种可用于随钻评价钻井效率和识别井底工况的有效方法，为此，在玛湖油田艾湖2井区引入此评价方法，通过监测MSE实时曲线，优化钻井参数，在不改变现有钻井工艺，不增加成本的前提下，实现提高机械钻速，缩短钻井周期的目的。
1 MSE理论介绍及优化流程MSE理论由R.Teale于1964年提出，他认为，当所有的输入机械比能都用于破碎岩石时，此时钻井效率最大，可认为最小机械比能等于岩石侧限抗压强度。
但由于实际钻井过程中，机械能在传递过程中必然经过大量的损耗，实际机械比能大于岩石侧限抗压强度。
Teale机械比能模型为[2]：W 120nT MSE=b b A A v +π （1）式中：MSE—机械比能值，kpsi；W —钻压，kN；n —顶驱转速，r/min；T —扭矩，kN·m；A b —钻头面积，in 2；v —机械钻速，m/h。
在实际应用中，比能值越低说明钻头破岩效率越高，钻进参数越合理，钻井效率越高。
通过调整钻压及转速参数，找出设备允许情况下MSE值最低的钻井参数，此时机械钻速较优化前快，钻头在井底破岩效率亦较优化前高。
优化流程如图1所示。
先进行转速分步测试排除钻具组合共振频率转速，再进行钻压分步测试，找出综合MSE值最低的钻井参数，即为优化后需执行的工程参数。
图1 分步测试优化流程基于MSE的钻井参数优化方法在艾湖2井区的应用郭志奇 韩丹 辛勇中国石油集团西部钻探工程有限公司工程技术研究院 新疆 克拉玛依 834000摘要：玛湖油田作为世界上面积最大的砾岩油区，油层分布受岩性、物性、构造等多重因素影响，油层展布预测难度大，钻井条件复杂。
钻井考试题
一、填空题（每空0.5分，共20分）1.石油钻井遇的主要是沉积岩，可分为碎屑沉积岩（硅质强度最大）和结晶(化学)沉积岩两大类。
2.表征宾汉型钻井液流变特性的参数是塑性粘度（ηp）和动切力（τ0）。
3.水平地应力主要是由上覆岩层压力和地质构造力引起的。
4.牙轮钻头为了产生滑动剪切作用而在结构上采取了超顶（切向）、移轴（轴向）、复锥（为了使牙轮在滚动时产生滑动）三种形式。
5.金刚石钻头按切削齿材料分为天然金刚石钻头和人造金刚石钻头两大类。
6.除了岩石特性和钻头类型对钻速有重要影响外，钻压、转速、水力因素、钻井液性能和牙齿磨损等也是影响钻速的主要因素。
7.高压喷射钻井的三种工作方式是最大水功率、最大冲击力和最大喷射速度工作方式。
8.牙轮钻头的寿命主要取决于牙轮轴承寿命和牙轮牙齿寿命。
9.当钻遇压力过渡带或异常高压地层时，一般会出现机械钻速_（突然）增大__，Dc 指数减小__。
10.造斜工具的装置角为60°时，所钻井眼的井斜角将增大，井斜方位角将增大。
11.硬关井的优点是关井时间短，缺点是井口回压大，水击现象严重，可能会压漏地层。
12.常规压井方法主要有工程师法、司钻法和循环加重法三种。
前两个遵循原则井底压力不变13.地层压力和地层破裂压力两个压力梯度是设计井身结构的依据之一（主要依据）。
14.井眼轨迹的三个基本参数，可直接测量的是井斜角、井斜方位角和井深。
15.在套管柱强度设计中，上部和下部套管柱分别以抗拉和抗挤作为主要设计依据。
16.安全注水泥作业要求水泥浆的稠化时间大于注水泥作业时间。
17.测斜得某井深处的磁方位角为150°，已知磁偏角为20°E，则真方位角为（130°）。
18.提高顶替效率要求水泥浆环空中的流态应为紊流或赛流。
19.最常用的完井方法是射孔完井法。
20.井眼轨迹垂直剖面图的纵坐标是垂深，横坐标是水平投影长度（平长）。
21.常用的固相控制设备包括：振动筛，旋流分离器、离心机22.第一临界井深前，最优喷嘴直径虽井深增大而增大，一、二之间，随井深增大而减小。
《钻井工程理论与技术》课后题答案
第一章 钻井的工程地质条件2.简述地层沉积欠压实产生异常高压的机理。
答：异常高压的形成是多种因素综合作用的结果，对于沉积岩地层的异常高压，目前世界上公认的成因是由于沉积物快速沉降，压实不均匀造成的。
在稳定沉积过程中，若保持平衡的任意条件受到影响，正常的沉积平衡就破坏。
如沉积速度很快，岩石颗粒没有足够的时间去排列，孔隙内流体的排出受到限制，基岩无法增加它的颗粒与颗粒之间的压力，即无法增加它对上覆岩层的支撑能力。
由于上覆岩层继续沉积，负荷增加，而下面基岩的支撑能力没增加，孔隙中的流体必然开始部分地支撑本来应的岩石颗粒所支撑的那部分上覆岩层压力，从而导致了异常高压。
3.简述在正常压实的地层中岩石的密度、强度、孔隙度、声波时差和d c 指数随井深变化的规律。
答：在正常压实的地层中岩石的密度随井深的增加而增加；强度随井深的增加而增加；孔隙度随井深的增加而减小；声波时差随井深的增加而减小；d c 指数随井深的增加而增大。
5.某井井深2000m ，地层压力25MPa ，求地层压力当量密度。
解： ()()0.00981250.009812000 1.276h h P H ρ==⨯=(g/cm 3)答：地层压力当量密度是1.276 g/cm 36.某井垂深2500m ，井内钻井液密度为1.18 g/cm 3，若地层压力为27.5MPa ，求井底压差。
解：()27.52500 1.180.0098127.5 1.44b h P P P gh MPa ρ∆=-=-=⨯⨯-=答：井底压差是1.44MPa 。
7.某井井深3200m ，产层压力为23.1MPa ，求产层的地层压力梯度。
解： ()23.132000.0072/h h G P H MPa m ===答：产层的地层压力梯度0.0072MPa/m 。
9.岩石硬度与抗压强度有何区别？答：岩石硬度是岩石表面的局部抵抗外力压入的能力，抗压强度则是岩石整体抗压的能力。
10.岩石的塑性系数是怎么样定义的吗？简述脆性、塑脆性和塑性岩石在压入破碎时的特性。
石油工程 第5章优选参数钻井
Lv 2
di (3.2) (3.2)
2 A
0.2 pv
(3.2 d i v)
0. 2
Lv 2
di
0. 2
0. 8
Lv1.8 d 1.2 i LQ 1. 2 1 2 1.8 d i ( d i ) 4
1.8
0.2 pv
0. 2
0. 8
B
第五章
0. 2 pv
第五章 第一节 钻井参数作用机理
2. 钻压、转速对钻头磨损的影响
（1） 钻压、转速对牙齿磨损速度的影响
第五章
第一节
钻井参数作用机理
Q1，Q2——由钻头类型决定的系数； D1，D2——钻压影响系数，其值与牙轮 钻头尺寸有关； C1——牙齿磨损系数； Af——地层研磨性系数，其含义是当钻 压、转速和牙齿的磨损状况一定时，牙 轮钻头牙齿的磨损速度与地层的研磨性 成正比。
2. 循环系统压力损耗的计算 (1) 管内层流 (2) 环空内层流 (3) 流动状 态的判别(4) 紊流流态下压力损耗的计算
Lv 2 管内紊流： Pi 2 f di
Lv 2 环空内紊流： Pa 2 f dh d p
第五章
第二节
水力参数的优选
f——管路的水力摩阻系数； di，dp，dh——分别为圆管内径、钻柱 外径和井眼直径，m； v——平均流速，m/s。
3. 喷射钻井工作方式及最 优条件
第五章
第二节
水力参数的优选
(1) 最大钻头水功率工作方式Pbmax
当泵处在额定泵功率工作状态时，Ps=Pr,ps=Pr/Q， 则有
可见，随着排量Q的增大，钻头水功率Pb将不断降低； Q减小，Pb总是增大。但由于在Ps=Pr工作状态下，排量 最小只能等于Qr。所以，在Ps=Pr工作状态下，实际获得 Pbmax的条件为：Q=Qr。 当泵处于额定泵压工作状态时，ps=pr,则钻头水功 率可表示为
陈庭根、管志川主编,钻井工程理论与技术,石油大学出版社,2000
工程硕士入学考试?石油工程综合测试?大纲〔油气井局部〕主要内容：第一章钻井的工程地质条件地下各种压力的概念、地层压力与地层破裂压力、岩石的工程力学性质第二章钻进工具常用钻头钻头类型、构造、工作原理、使用方法钻柱的组成、功用、钻柱的受力分析、设计方法第三章钻井液钻井液的作用、组成与分类；钻井液的主要性能、主要固控制方法与设备第四章钻进参数优选钻井过程中各参数间的关系、钻速方程、机械破岩钻进参数优选方法、水力参数优化设计方法第五章井眼轨道设计与轨迹控制井眼轨迹的根本概念、轨迹测量及计算、直井防斜技术、定向井眼轨道设计、定向井造斜工具及轨迹控制第六章油气井压力控制与井控井眼与地层压力系统、平衡与欠平衡钻井、地层流体侵入控制第七章固井与完井井身构造的概念与设计方法、套管柱载荷分析与设计方法、注水泥技术、常用完井方法第八章井下复杂情况与事故处理常见的井下复杂情况类型、相应事故处理方法参考书：主要考察学生对油气田开发过程中的各研究对象及工艺流程、设备等内容的理解和掌握程度，主要内容包括油气藏及流体的物理性质、采油〔气〕工程和油气田开发过程中各工艺环节的根本概念、根本技术原理、设备及其功用、主要工艺流程等，进步油气开采技术的根本方法和原理等。
主要考试内容绪论油气田开发的根本概念、任务、目的、根本方法和系统组成。
第1章油层物理根底油藏流体的物理性质；储层岩石的物理性质；含多相流体的储层岩石的渗流机理。
第2章油藏工程根底油气田开发概论；油气田开发动态分析；油气田开发调整。
第3章完井与试油油气井完井方式；试油；油气层保护。
第4章油气井的流入动态、井筒多相流及气体井筒流动油气井的流入动态及其应用；井筒多相流的流动构造；滑脱损失；气体井筒流动。
第5章自喷与气举采油自喷井的流动过程；自喷的条件和产量；自喷井的管理；气举原理、分类。
第6章有杆泵与无杆泵采油有杆泵的根本装置和原理；泵的分类及根本原理、泵效的计算、影响因素及进步泵效的措施；无杆泵采油的分类、根本装置和原理。
基于机械比能理论的复合钻井参数优选方法
基于机械比能理论的复合钻井参数优选方法崔猛;李佳军;纪国栋;陈永恒【摘要】With the drilling targets going increasingly deeper ,a new drilling parameters optimization method based on mechanical specific energy (MSE)theory was investigated to continually improve the rate of penetration in deep formations .From the perspectives of rock mechanics and conservation of energy ,the relationship between drilling parameters and ROP has been derived from comprehensive analysis of opti-mized drilling mechanism based on MSE .Based on the R .Teale MSE model ,by introducing the sliding fric-tion coefficient and rock-broken efficiency of the bit ,the torque was expressed as the function of drilling weight to solve the difficulty of measuring torque directly in conventional drilling ,the optimized models were built on the basis of specific energy theory for different drilling modes ,and a real-time drilling optimi-zation system was developed .The system can monitor all dynamic drilling parameters during drilling opera-tion ,and feed back the performance of drilling parameters and dow nhole situation in real time .A pilot test shows the average ROP increased by 20% to 30% compared with offset wells ,and prolonged the service life of bit .T he research results indicate that specific energy optimized drilling technique can optimize drill-ing parameters in real time ,w hich can be used to drilling design ,parameter optimization and analysis ,so as to raise the ROP in deep formations and reduce drilling cost .%为了进一步提高深部地层钻井速度，利用机械比能理论对复合钻井参数进行优化。
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3
第四章
钻进参数优选 概 述
钻井工程的总目标：以最低的成本钻出高质量的井眼 钻进成本公式：
C pm
Cb Cr (t tr ) Cb Cr (t tr ) H V pct
影响钻速和钻头寿命的因素： （1）不可控因素——是指客观存在的因素，如所钻的地层、岩性、储层埋藏深
度以及地层压力等。 （2）可控因素——可进行人为调节的因素，如地面机泵设备、钻头类型、钻井 液性能、钻压、转速、泵压和排量等。
应知应会
10.五点钻速法求解门限钻压、转速指数（书P164第3题）。
11.计算射流水力参数、钻头水力参数（书P164第4题） 。
12.循环压耗的计算，尤其是 13. （书P164第5题）
14. （书P164第8题）
pl mD aQ1.8
2
第四章
钻进参数优选
§4-1 钻进过程中各参数间 的基本关系 §4-2 钻进参数优选 §4-3 水力参数优化设计
P （4-4） Ps
井底完全净化后，CH=1；否则，CH＜1。 （2）水力辅助破岩 井底比水功率越大，辅助破岩能力越强，钻速越快。 水力辅助破岩效果具体体现在门限钻压M值减小。
8
压持效应：由于井内洗井液柱所形成 第四章 钻进参数优选 的静液压力大于地层压力，使得岩屑 §4-1 钻进过程中各参数间的基本关系 被压持在井底不易脱离的现象。
v pc 1 1 C2 h
（4-3）
式中： C2 —称为牙齿磨损系数,与钻头齿形结构和
岩层性质有关,由现场数据统计得到。 h —为牙齿磨损量,以牙齿的相对磨损高度 表示,新钻头时h =0；牙齿全部磨损时 h =1。
7
第四章 钻进参数优选 §4-1 钻进过程中各参数间的基本关系
4.水力因素对钻速的影响
应知应会
1．门限钻压、牙齿磨损量、压持效应的概念 2．什么是水力净化系数？什么是压差影响系数？各自的取
值范围？ 3.射流对井底有哪些作用？ 4．射流对井底的清洗作用有几种作用形式？ 5．射流水力参数包括那几个？ 6.提高钻头水功率有哪些途径？ 7．最小携岩排量、岩屑运载比（岩屑举升效率）的概念。 8．在额定泵功率和额定泵压条件下获得最大钻头水功率的 条件各是什么？ 9．在额定泵功率和额定泵压条件下获得最大射流冲击力的 条件各是什么？ 1
4
第四章
钻进参数优选
§4-1 钻进过程中各参数间的基本关系
一、影响钻速的主要因素及钻速方程 二、影响钻头寿命的主要因素及磨损 方程 三、钻进方程中有关系数的确定
5
第四章 钻进参数优选 §4-1 钻进过程中各参数间的基本关系
一、影响钻速的主要因素及钻速方程
1.钻压对钻速的影响
oa段：钻压小，钻速Vpc很小。
钻进参数：
表征钻进过程中的可控因素所包含的设备、工具、钻井液以及操作条件的重要性 质的量。如钻头类型、钻井液性能参数、钻压、转速、泵压、排量、钻头喷嘴直径、 钻头水功率等。
钻进参数优选：
指在一定的客观条件下，根据不同参数配合时各因素对钻进速度和钻头寿命的影 响规律，采用最优化方法，选择合理的钻进参数配合，使钻进过程达到最优的技术和 经济指标。
通常用井底单位面积上的平均水功率(称为比水功率)来研究水力因素对钻 速的影响规律。 水力因素主要从以下两个方面影响钻速： （1）水力净化井底 井底比水功率越大，净化程度越好，钻速越快。 水力净化能力通常用水力净化系数CH表示,其含 义为实际钻速与净化完善时的钻速之比，即：
CH
v pc v pcs
第四章 钻进参数优选 §4-1 钻进过程中各参数间的基本关系
2.转速对钻速的影响
钻速随转速的增大而增大，并呈指数关系变化。
v pc n
（4-2）
其中：λ 称为转速指数,一般小于1，数值大小主要 与岩层性质有关。一般极软地层λ ≈1，随着岩石硬度 增大，λ 值减小。
3.牙齿磨损对钻速的影响
随着钻头牙齿的磨损，钻速下降。Fra bibliotekab段：钻压增大，钻速Vpc 随 钻压增加成线性关系增大。 bc段：当钻压增大到一定值Wb 时，钻压增大,钻速改进效果并不 明显。 实际应用中,以直线段为依据建 立钻压(W)与钻速(Vpc)的定量关系, 即: Vpc (W M ) （4-1）
钻速与钻压的关系曲线
式中：M 称为门限钻压,它是ab线在钻压轴上的截距,认为是牙齿开始压入 地层时的钻压,其值的大小主要取决于岩层性质,并具有较强的地区性。 6
10
第四章 钻进参数优选 §4-1 钻进过程中各参数间的基本关系
二、影响钻头寿命的主要因素及磨损方程
1. 钻压对牙齿磨损速度的影响
牙齿磨损速度随钻压的增大而增大。 当钻压增大到某一极限值时，牙齿磨损
Cp
v pc v pc 0
e p
（4-6）
（2）钻井液粘度对钻速的影响 钻井液增大，将会增大环空压降，使井底压差增大，钻速降低； 钻井液粘度增大，钻柱内压耗增大，在泵压一定时钻头压降减小，钻头水功 9 率减小，清岩和破岩能力降低，钻速下降。
第四章 钻进参数优选 §4-1 钻进过程中各参数间的基本关系 （3）钻井液固相含量对钻速的影响 钻井液固相含量增大，机械钻速降低。 （4）钻井液分散性对钻速的影响 分散性钻井液比不分散性钻井液的钻速低；钻井液中小于1μ m的固体颗粒越 多，对钻速的影响越大。
6.钻速方程（修正杨格模式）
1 v pc K R (W M )n C p CH 1 C2 h
（4-7）
其中,vpc—钻速,m/h； W—钻压,kN；M—门限钻压,kN；n—转速,r/min λ —转速指数；C2—牙齿磨损系数；CH—水力净化系数；Cp—压差影响 系数；h—牙齿磨损相对高度；KR—地层可钻系数，与地层岩石的机械 性质、钻头类型以及钻井液性能等因素有关。
5.钻井液性能对钻速的影响
（1）钻井液密度对钻速的影响 钻井液密度越大，井内液柱压力越大。在井内液柱压力大于地层孔隙压力的 情况下，产生一个正压差。在正压差作用下，井底岩屑难以离开井底，造成重 复破碎现象，钻速降低。此称为压持效应。 正压差越大，钻速越慢。 井底压差与钻速的关系： p v pc v pco e （4-5） 压差影响系数：