第四章 钻进参数优选
chapter04机械参数与钻柱.pptx(精)
钻井与完井工程 2011年 2011年9月15日 15日 授课内容 绪论 井身结构设计
岩石与钻头 钻井液 钻井工艺 压力控制 定向井钻井与防斜 固井与完井 储层保护 上次课内容复习 请问：钻头的主要类型有哪些？ 请问：钻头的主要类型有哪些？ 第四章：钻进工艺技术（ 第四章：钻进工艺技术（3） 机械参数 钻柱 4 第五节 机械参数 机械参数是指钻头的工作参数 o 钻压 o 转速 确定机械参数的方法 o 钻头厂家的推荐 o 对钻头资料进行统计分析 机械参数的优选 o 量化优选有困难，可作理 量化优选有困难， 论探讨 机械参数 牙轮钻头机械参数 软地层采用低钻压、 软地层采用低钻压、高转速 硬及中硬地层采用高钻压低转速 钻头安全承载能力:0.6~0.8kN/mm 钻头安全承载能力:0.6~0.8kN/mm :0.6~0.8 密封滑动轴承不宜采用高转速 金刚石钻头 在软地层，采用低钻压， 在软地层，采用低钻压，高转速 硬及中硬地层采用高钻压低转速 机械参数优选方法 建立钻速方程 建立机械钻速模型，该钻速模型与岩石的可钻性、井深、岩石 的致密性、井底压差、钻压、转速、水力参数、牙齿磨损 建立钻头磨损模型，该模型与钻压、 建立钻头磨损模型，该模型与钻压、钻速有关 目标函数(每米成本 目标函数(每米成本 对钻压、 对钻压、转速求导 优化的基本目标 C b + C r ( tt + t Ct = Hb C t − 每米成本，元 / m C b − 钻头成本，元 C r − 钻机运转费用，元 t − 钻头工作时间， h H b − 钻头进尺， m /h h t t
− 起下钻及接单跟时间， 影响钻速的参数主要有哪些 客观因素(固定参数 客观因素(固定参数： 地质条件 岩层性质 钻井深度 … 具体如：岩石可钻性、致密性、埋藏深度、 具体如：岩石可钻性、致密性、埋藏深度、地层对钻压转速的敏 感指数等参数。 感指数等参数。 特点： 特点：不能任意改变 9 影响钻速的参数主要有哪些
钻井参数优选新方法
维普资讯 石 油 钻 探 技 术 ２钻井参数优选目标函数的建立 ２．１进尺成本模式的建立 进尺成本模式是以钻井成本来衡量钻进效果好 坏的目标函数 ］。其基本观点是，认为钻进中各种 技术措施的组合，只要能取得最低成本，这种措施便 是最合理的，其表达式为： ｃ二＝： ±！ ± ！ ！ （４） 式中，Ｃ为进尺成本，元／ｍ；Ｃ 为钻头成本，元／只； Ｒ ．为钻机固定作业费，元／ｈ；Ｔ为钻头纯钻进时间， ｈ；Ｔ 为起下钻、接单根时间，ｈ；Ｃ 为泵功率费用系 数，元／ｋＷ；Ｎ 为泵输入功率，ｋｗ；Ｃ 为泵压费用 系数；Ｐ 立管压力，ＭＰａ；Ｆ为钻头取得的进尺，ｍ。 ２．２多元优化模型的目标函数分析 多元优化模型以式（４）为目标函数，以基于岩石 可钻性的钻速模式和Ａｍｏｃｏ钻头寿命磨损模式为 钻井数学模式，组成钻井参数优化目标模型。将成 本目标函数式（４）进行变化得： ＋Ｒ ＋ 坐 ＋ｃ ｐ ｃ一 （５） 式中，Ｃ０ Ｃ ＋Ｒ Ｔ ；Ｅ 一 垒 三 ； 为钻 井泵效率；Ｑ为钻井泵排量，Ｉ ／ｓ；Ｐ 为立管压力， ＭＰａ；Ｋ 为压力损耗系数，Ｄ 为钻头直径，ｍｍ。 式（５）目标函数的优化，在钻井＿Ｔ艺上应该满足 一定的条件。这些条件既包括自变量本身的限制条 件，也包括各变量间的相互配合应满足的条件。只 有这些约束条件完全满足，优选结果才有意义。 １）自身变量本身应满足的约束条件为： ｆＷ ≤Ｗ≤Ｗ 』”ｍｍ≤”≤”ｍａｘ （６） Ｉ Ｐ…≤Ｐ ≤ … 【Ｑ…≤Ｑ≤Ｑ… ２）钻头轴承负荷约束。钻压和转速的配合，应 保证钻头正常安全使用，因此钻压和转速的乘积应 不大于钻头的额定轴承负荷数，即： Ｂ 一Ｗｎ≥０ （７） 式中，Ｂ 为钻头轴承负荷系数，ｋＮ・ｒ／ｍｉｎ。 ３）泵功率约束。泵压和排量的配合应保证钻 井泵安全使用，避免超负荷运行。 Ｎ 叩叩１一Ｐ Ｑ≥０ （８） 式中，７７为钻井泵效率；叩 为额定功率利用率；Ｎ 为钻井泵额定功率，ｋＷ。 Ｔ（Ｗ棚）＝ ９．２ ０ ０ １ ７ ９２ １） 一（．ｎ＋１． ）
第四章钻孔质量要求及提高钻探质量的措施
第四章 钻孔质量要求及提高钻探质量的措施
一、钻孔质量要求
钻孔质量对于岩土工程的设计和实施都有重要的意义，因为钻孔不仅要满足勘探的要求，也要满足后续工程施工和使用的要求。所以，提高钻探质量就显得尤为重要。下面是提高钻探质量需要遵守的要素：
1.1 钻孔井径要求
在勘探过程中要严格要求钻孔的井径，避免出现过大或者过小的情况。一般来说，钻孔的井径应该根据勘探的需要进行相应的调整。井径过小时容易造成崩塌、卡钻现象，过大则会导致勘探不准确。
1.2 钻探孔深要求
钻探孔深度是钻探质量的重要指标之一。在进行钻探时，必须按照设计要求进行探孔深度的掌握。同时，钻孔深度的误差应该控制在正负5%以内，以保证勘探的准确性。
1.3 钻孔垂直度要求
勘探过程中，有时需要对表层或者深层的情况进行勘探。如果没有保证钻孔的垂直度，就难以保证勘探的准确性。因此，在钻探过程中，要求钻孔的垂直度误差要小于1%。 1.4 钻孔直径变化要求
比较严格的要求下，通常把钻孔缩径控制在钻孔直径的5%以内。如果管长度较短，则把缩径的要求上调至钻孔直径的3%以内。缩径的目的一是防止钻孔塌方或卡钻，二是为了采用小直径的套管做前期地基处理或者桥梁墩基础中的膨胀锚杆或者滑桩。
二、提高钻探质量的措施
1. 选择合适的钻探设施和工具
在进行钻探前，必须对地质情况进行全面地了解。严格按照设备和工具的使用要求，根据勘探所在地的地质条件和性质选择合适的设施和工具。对于坚硬岩石，一般采用钻爆法；对于软弱土层，一般采用回转钻探法。同时，对于采土和出土的质量和速度也十分重要。这就需要选取高效、环保的钻探设施和工具。
2. 做好设备和工具的保养
设备和工具的正常运转是钻探工作的基础。因此，对于设施和工具的日常维护保养就显得异常重要。例如，要按时清洗设施和工具；要定期进行检测和维护保养，确保设备和工具的良好状态。这样可以有效避免设备和工具的损坏或故障，提高钻探质量。
复合钻进条件下钻进参数优选方法研究的开题报告
复合钻进条件下钻进参数优选方法研究的开题报告
一、选题背景及意义
目前，随着钻井技术的不断发展，复合钻具已经逐渐成为钻井领域的主要工具之一。复合钻具相较于传统钻具，具有载荷大、效率高、使用寿命长等优点，能够适应井深、岩性及地质条件等变化，因此被广泛应用于复杂地质条件下的钻井作业。
在复合钻进条件下的钻进过程中，钻井参数的优选对于提高钻井效率、降低成本和保障钻井安全等诸多方面都具有重要意义。目前国内外对于复合钻进条件下的钻进参数优选研究较为薄弱，缺乏系统性、实用性的优选方法。因此，如何建立一种适用于复合钻进条件下的钻进参数优选方法，成为当前钻井领域亟待解决的问题。
二、主要研究内容及方法
本研究旨在建立适用于复合钻进条件下的钻进参数优选方法，具体研究内容包括：
1. 复合钻具的结构、特点及适用范围的探究；
2. 复合钻进条件下的钻进过程相关参数的分析；
3. 钻进参数优选方法的建立。
本研究将采用实验和数值模拟相结合的方法进行研究，具体步骤包括：
1. 对复合钻具进行结构分析、性能测试和适用范围确认；
2. 建立复合钻进过程的物理模型，利用数值模拟方法对钻井参数进行优选；
3. 设计实验方案，采用钻进测试系统进行参数测试和比较分析； 4. 结合模拟和实验结果，建立适用于复合钻进条件下的钻进参数优选方法。
三、预期成果
本研究力求取得如下预期成果：
1. 确定复合钻具的结构、特点及适用范围，为钻井实践提供参考。
2. 分析钻进过程相关参数，形成复合钻进条件下的钻井参数体系。
3. 建立适用于复合钻进条件下的钻进参数优选方法，为钻井实践提供技术支持和指导。
4. 发表相关研究论文，提高钻井领域相关研究水平。
石油工程概论复习重点--钻井部分
石油工程概论复习重点—钻井部分
题型：名词解释(20分)；判断题(20分) ；简答题(60分)
绪论
1、 石油的定义：一种以液态形式存在于地下岩石孔隙中的可燃性有机矿产，是以碳-氢化合物为主体的复杂混合物。没有确定的化学成分和物理常数。又称原油。
2、 天然气的定义：与石油有相似产状的、通常以烃类为主的气体，指油田气、气田气、凝析气和煤层气。甲烷成分CH4>80%
3、 石油工程的定义：石油工程是根据油气和储层特性建立适宜的流动通道并优选举升方法，经济有效地将深埋于地下油气从油气藏中开采到地面所实施的一系列工程和工艺技术的总称。包括油藏、钻井、采油和石油地面工程等
4、 石油工程的任务：勘探发现具有工业油气流的含油气构造；制定合理的开发方案；进行合理的钻井设计和科学的钻井施工；制定采油工程方案，确定采油工艺技术；开发的动态监测与开发调整；采取有效措施，提高原油采收率
5、 石油工程的目标：经济有效地提高油田产量和原油采收率
第一章 岩石的工程力学性质
1、 岩石的类型：根据成因分为三类：岩浆岩、沉积岩、变质岩。钻井中常遇到的是沉积岩
2、 岩石各向异性的概念：如果物体的某一性质随方向的不同而不同,则称物体具有各向异性
岩石一般具有各向异性的性质。如在垂直于或平行于层理面的方向上，岩石的力学性质（弹性、强度等）有较大的差异。岩石的各向异性性质是由岩石的构造特点所决定的。结晶矿物的定向排列、层理、片理、节理等使得岩石具有各向异性的特点。
3、 不均质性: 如果物体中不同部分的物理、化学性质不同，称该物体是不均质的。
4、 强度：岩石在外力作用下发生破坏时所承受的最大应力
5、 抗压强度—岩石单纯受压缩应力破坏时的强度
6、 岩石的硬度是岩石抵抗其它物体表面压入或侵入的能力
7、 硬度与抗压强度区别：
前者只是固体表面的局部对另一物体压入或侵入时的阻力，而后者则是固体抵抗固体整体破坏时的阻力。 ％地质储量采出的油气总量油气采收率＝100第一章章重点
优选钻进参数方法研究及应用
优选钻进参数方法研究及应用
摘要：在钻井作业中,如何利用好钻头对整个钻井作业是至关重要的，这是建立在对地层岩性有科学了解、钻头选型正确，而后科学地进行各种参数设计和应用的基础上的。而对于钻进参数的设计以及在作业中根据钻头不同使用时期进行参数优化是经济有效地使用钻头的关键。本文主要工作是在以往的优选钻进参数的方法上进行改进，使之能随钻头不同工作时期合理选择钻进参数，并且编制了相应的软件，经过现场应用，效果十分明显。
关键词：钻进参数 优化 软件 钻井设计 钻压
1.优选钻进参数的意义
钻井作业中，在根据地层特性选定了钻头后面临着如何用好钻头，达到最佳的使用效果；即综合考虑钻头的工作性能和使用井段的岩石特点等，合理选择水力参数、钻进参数和钻井液流变参数。
水力参数设计主要包括对排量、泵压、喷嘴、喷射速度、钻头水功率及冲击力等参数进行设计，以求获得最大钻头进尺和最低成本；钻井液参数设计选择主要指选择适当的钻井液类型及相关的性能参数，以求达到稳定井壁、高效携带岩屑的效果。水力参数设计和钻井液参数设计都不是本文讨论的重点，本文着重讨论钻进参数设计，即优选钻压和转速。
优选钻压和转速就是既要有效破碎地层，又要兼顾钻压和转速对钻头牙齿和轴承的影响，使钻头具有较长的工作寿命。一般说来，对于硬地层，必须施加较高的钻压才能破坏岩石的抗压强度，而对转速的敏感程度较低，宜采用低转速和高钻压相配合。对于中硬地层，适当增加钻压和降低转速度可使钻头有效吃入地层，转速对提高钻速有影响，宜采用中等转速和高钻压；对于软地层，钻压加得过大钻头吃入地层过深，钻速反而不高甚至下降，转速对钻速的影响较大，因而采用低转速和高钻压相结合。
如果使用的是密封滑动轴承的牙轮钻头，考虑到轴承的承受能力，厂家给出了W N值(钻压和转速的乘积)，供使用时参考。如果钻压选择不当，容易造成钻头牙齿的损坏(折断、碎裂、脱落)。主要原因是牙齿受到“冲击”，而冲击载荷与所加的钻压成正比，与岩石硬度、牙轮的线速度等有关。
《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dc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；dc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：
0.00981250.0098120001.276hhPH(g/cm3)
答：地层压力当量密度是1.276 g/cm3
6.某井垂深2500m，井内钻井液密度为1.18 g/cm3，若地层压力为27.5MPa，求井底压差。
解：
27.525001.180.0098127.51.44bhPPPghMPa
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/hhGPHMPam
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。
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：
工程硕士入学考试?石油工程综合测试?大纲〔油气田开发局部〕
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
钻井参数优选之钻压、顶驱转速配比分析
钻井参数优选之钻压、顶驱转速配比分析
摘要：钻井是利用钻井工具在地层中形成一个油气通道，为了更好的经济效益，需要合理的钻井参数优选来帮助优快钻井，其中钻压的大小决定了牙齿吃入岩石的深度和岩石破碎体积的大小, 因此钻压是影响钻速最直接和最显著的因素之一；机械钻速与转速的关系为指数关系，是影响钻速最另一主要原因。过去的文献中均对其单独对机械钻速的影响做出分析，本文将两者相结合，讨论钻压与钻速的关系对机械钻速的影响，对钻井参数优选的影响
关键字：钻井参数优选，机械钻速，钻压，顶驱转速，钻压和顶驱转速配比
1前言
为了优快钻井，提高钻井施工效率和效益。需要对钻井参数进行优选，科威特工区基本为一趟钻一开次、一钻头，因此钻井参数的优选的重点也就放在如何提高机械钻速上。
其中钻压的大小决定了牙齿吃入岩石的深度和岩石破碎体积的大小, 因此钻压是影响钻速最直接和最显著的因素之一。
机械钻速与转速的关系为指数关系, 且指数一般小于1 。主要原因是岩石破碎的时间效应, 即随转速提高, 钻头的切削齿接触岩石的时间缩短, 从而引起吃入深度减少。
其中钻压和转速对机械钻时的影响最为显著，本文尝试通过实钻资料找出合理且科学的钻压及顶驱转速之间的最优配比，在此种配比下机械钻时最优。
2 参照物确定及资料收集 钻井技术条件和参数影响着机械钻速，在钻进过程中通过优化钻井液性能、钻压、转速以及水功率等可控制因素提高机械钻速。为了尽可能的减少其它因素对分析结果的影响。决定选用WARA,MAUDDUD地层、油基泥浆、RSS钻进，最大可能的排出泥浆性能，钻具结构，钻井工况、地层岩性等对机械钻速的影响，以求结果更加准确。
2.1地层简介
2.1.1WARA地层简介
该地层的主要标志就是见到砂岩，由于上部有良好页岩盖层，油气含量丰富，见明显气测显示，钻时变快。砂岩为主，含部分散沙及页岩。底部为灰绿色、棕色泥岩。
2.1.2MAUDDUD地层简介
钻探工艺技术 第四章 钢粒钻进
1 第四章 钢粒钻进
从十九世纪末开始应用钢粒钻以来，在当前，钢粒钻进仍是钻进坚硬岩层的方法之一。在坚硬地层中，除研究金刚石钻进或其它新技术、新方法外，还应继续认真地探讨钢粒钻进的规律性；改善钢粒钻进的孔底过程，以便进一步提高钻探效率，加快勘探速度。
钢粒钻进适用于7~12级的岩石。因钢粒钻进对岩心磨损严重，为保证足够的岩矿心采取率，钻孔直径不少于75mm，一般为91~110mm。在特殊情况下，130~150mm亦可采用（浅孔段）。钻孔深度可达1000m或更深，钻孔倾角在600~900。
影响钢粒钻进指标的因素很多，归纳起来有以下几方面：
1. 钢粒的材质、规格大小及形状；
2. 钻进规程（钻压、转速、投砂方法及投砂量、冲洗液量）；
3. 钻头的材质、直径、壁厚及水口形状；
4. 岩石的物理机械性质。
以上因素在钻进过程中，将给钻进指标以综合影响，故必须研究各种因素在钻进时的作用，找出它们之间的关系和规律。抓住主要矛盾加以解决，是提高钻进效率，保证质量，减少消耗的基本方法。
第一节 钢粒钻进原理
一、钢粒钻进破碎岩石的原理
（一） 钢粒钻进的特点
钢粒钻进不同于金刚石、硬质合金钻进，其磨料——钢粒不固定在钻头上，它依靠孔底钻头的弹塑性变形及摩擦力带动钢粒，沿孔底滚动和移动而克取孔底岩石。由于钢粒不与钻头固结这一特点，故在钻进过程中随时可以投入钢粒以补充钢粒的损耗。从而能提高回次进尺长度，表现了在坚硬岩层中钻进的优越性。因此，我国多年来被广泛应用。
也由于磨料不固定在钻头上，钻进时一部分钢粒在钻头唇面下破碎岩石；另一部分钢粒分布在钻头内壁与岩心之间；还有一部分钢粒分布在外环状间隙。这样钢粒在破碎岩石的同时也研磨孔壁，磨损岩心和钻具，使岩心磨细及孔壁扩大，并增加了钢粒、钻具、动力的消耗。特别使在破碎、软硬互层中钻进，取心困难，采心率低。应采取有效的措施提高采取率和控制孔斜，以利提高钻孔质量。
（二） 钢粒钻进破碎岩石的原理