噴射鉆井內(nèi)容目的

1、噴射鉆井內(nèi)容、目的l高壓水射流的結(jié)構(gòu)和特征l射流水力參數(shù)和鉆頭水力參數(shù)l水功率傳遞基本關(guān)系l提高鉆頭水力參數(shù)的途徑l噴射鉆井工作方式l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l目的n熟練計(jì)算射流和鉆頭水力參數(shù)n設(shè)計(jì)鉆井水力參數(shù)（噴射鉆井水力參數(shù)設(shè)計(jì)）l參考書n噴射鉆井理論與計(jì)算，張紹懷編著n實(shí)用鉆井工程，Adam et著，徐云英譯噴射鉆井提高機(jī)械鉆速的原因l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l條件：n保證井下安全、一定機(jī)泵條件、優(yōu)質(zhì)泥漿l措施n按井段采用

2、不同的返速，優(yōu)選排量、噴嘴直徑、和噴嘴布置方案l目的：n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)l屬于淹沒非自由射流n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。n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。l射流的擴(kuò)散角和擴(kuò)散系數(shù)a。l等速核長度l0l初始段（ll0）極點(diǎn)l0等速核邊界過渡斷面擴(kuò)散系數(shù)l距噴嘴l處的射流直徑adJtgatgdJ00002222令aldltgdd0022射流的速度分布l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

3、向向兩邊速度降低很快，射流邊界降至0。l等速核段，中心部分速度始終為V0l基本段（ll0），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lV0噴嘴出口速度ld0噴嘴出口直徑la擴(kuò)散系數(shù)ll0等速核長度ll計(jì)算點(diǎn)距噴嘴的距離lb-速度降低系數(shù)速度降低系數(shù)令因aldaldbbVValdaldVVadJlJlJVV00000000000000/射流動(dòng)壓力l：泥漿密度kg/m3l:泥漿重度N/m3lP0:流速核內(nèi)的動(dòng)壓力（Pa)l:動(dòng)壓力降低系數(shù)0202002020022)(2)(222PaldgaldVPVPVgVPKKPk/P0極點(diǎn)射流的動(dòng)壓力分布規(guī)律l在射流的任一截面上，

4、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.l在等速核內(nèi)，各處動(dòng)壓力相等。l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l沖擊壓力作用l漫流橫推l預(yù)破巖或破巖作用0QVVcr射流對(duì)井底的清洗作用l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。l措施n增大射流速度-使QV0足夠大n減小噴射距離射流水力參數(shù)l噴射速度V0l沖擊力Fjl水功率Nj鉆頭水力參數(shù)l鉆頭壓降Pbl鉆頭水功率Nb噴射速度V0lV0= Q/A0lV0m/s，

5、lQ鉆井泵體積流量（排量），m3/slA0噴咀出口截面積之和，m222221204needddddA(等效噴嘴直徑）射流沖擊力FjlFj:射流沖擊力(N)l：泥漿密度（kg/m3)lQ:排量（m3/s)lA0:噴嘴出口截面積之和（m2）02AQQVtVVtmVFj射流水功率lNj:射流水功率（W)l其它符號(hào)的意義及單位同前2032020202212121AQQVVtmtmVNj鉆頭壓降計(jì)算模型鉆 頭 壓 降l根據(jù)伯努利方程：hgVPgVPH22222211H：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gVh220整理后得：lPb:鉆頭壓降（Pa)lC

6、:噴嘴流量系數(shù)l其它符號(hào)同前。gVPCQgCVPb鉆頭水功率lNb:鉆頭水功率(W)l其它符號(hào)同前20232ACQQPNbbPQPAVtPAStFStWNb鉆頭水功率與射流水功率的關(guān)系l水功率bjNCN2射流速度和射流沖擊力也可以用鉆頭壓降表示：PbACQVFjPbCV0202022噴嘴結(jié)構(gòu)及水力特征l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l(fā)c=Q/Qil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)l噴射速度V0l沖擊力Fjl水功率Nj鉆頭水力參數(shù)l鉆頭壓降Pbl鉆頭水功率Nb噴射速度V0lV0= Q/A0lV0m/s，lQ鉆井泵體積流量

7、（排量），m3/slA0噴咀出口截面積之和，m222221204needddddA(等效噴嘴直徑）射流沖擊力FjlFj:射流沖擊力(N)l：泥漿密度（kg/m3)lQ:排量（m3/s)lA0:噴嘴出口截面積之和（m2）02AQQVtVVtmVFj射流水功率lNj:射流水功率（W)l其它符號(hào)的意義及單位同前2032020202212121AQQVVtmtmVNj整理后得：lPb:鉆頭壓降（Pa)lC:噴嘴流量系數(shù)l其它符號(hào)同前。gVPCQgCVPb鉆頭水功率lNb:鉆頭水功率(W)l其它符號(hào)同前20232ACQQPNbbPQPAVtPAStFStWNb噴射

8、鉆井水功率傳遞原理l鉆井泵l地面管匯l立管壓力l水龍帶l水龍頭l方鉆桿l鉆桿l鉆鋌l鉆頭l環(huán)形空間l高架槽l振動(dòng)篩l其它泥漿凈化裝置l泥漿罐泥漿泵水功率的傳遞原理l泥漿的循環(huán)路徑n地面管匯，不隨井深變化n鉆柱內(nèi)部，隨井深變化n鉆頭n環(huán)形空間l水功率傳遞的基本關(guān)系式Ps=Pi+Pb=Pg+Pst+Pan+PbNs=Ni+Nb=Ng+Nst+Nan+Nb循環(huán)壓耗計(jì)算l范寧-達(dá)西公式P2VdP1L22221222VgVPgVPPhl2222VrLfgVrLfPrLfwwlw循環(huán)壓耗計(jì)算2222VrLfgVrLfPrLfwwlw濕周過流截面積水力半徑 環(huán)空流）管內(nèi)流）(4(4DpDrdrwwl對(duì)管內(nèi)流

9、dVLfPl/22)/(22DpDVLfPll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)：分管內(nèi)和環(huán)空計(jì)算泥漿流變參數(shù)：npkpnp1022/511. 0log322. 3600300600管管 內(nèi)內(nèi)Pa.snnakana511/511. 0log322. 33003300環(huán)環(huán) 空空Pa.sn計(jì)算給定排量下管內(nèi)流速和環(huán)空返速)(/4)/(4222pDDQVadQVp計(jì)算雷諾數(shù)及判別流態(tài)ppppnpppnnpnnnKVdp)413(8Re12鉆柱內(nèi)環(huán)形空間aaa

10、anaaannanpnnKVDDa)312(12)(Re12流態(tài)判定：層流：Re4270-1370n1370n-4270Re1370n-3470摩阻系數(shù)：ReGf bafRe8001Re)12(1CCGCaCGfbG=16(鉆柱內(nèi))G=24(環(huán)空)C1=3470-1370nC2=4270-1370n7log75. 15093. 3lognbna（層流）（紊流）（過渡流）賓漢流型計(jì)算范寧摩阻系數(shù)l計(jì)算管內(nèi)和環(huán)空的平均流速l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)l根據(jù)雷諾數(shù)判定流態(tài)，若為層流：Re16fRe24f管內(nèi)環(huán)空l若為紊流，必須重新計(jì)算雷諾數(shù)Re:2 . 0Re)2 . 3Re2

11、 . 3ReAfVDpDdV摩阻系數(shù)：（對(duì)于環(huán)空流：對(duì)于管內(nèi)流：內(nèi)平鉆桿：A=0.046貫眼接頭和環(huán)形空間：A=0.059l壓耗計(jì)算：環(huán)空）（管內(nèi)）()()7053. 5(8 . 138 . 18 . 02 . 08 . 48 . 18 . 02 . 0DpDDpDLQPldLQBPl 計(jì)算地面、管內(nèi)、環(huán)空壓耗系數(shù)l地面管匯壓耗：Pg=KgQ1.8l鉆桿內(nèi)外壓耗：Pp=KpQ1.8l鉆鋌內(nèi)外壓耗：Pc=KcQ1.8l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l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：lKp=mLp=m

12、(L-Lc)ln=Kg+KclKl=mL-mLc+nl令n=Kg+Kc-mLcl則：Kl=mL+n壓耗系數(shù)實(shí)測方法lPc=KlQbl兩邊取對(duì)數(shù)：log(Pc)=log(Kl)+blog(Q)l(1)在井口只接方鉆桿，測得P1,算Kgl(2) 在方鉆桿下只接鉆頭，測得P2,Pb=P2-P1l(3)下鉆至某一井深，測Pi,Pi-P2為管柱內(nèi)外壓耗。為計(jì)算鉆鋌內(nèi)外壓耗，可在鉆鋌下完后測一次，得到Kc.l下鉆完測可到m,(單位長度鉆桿內(nèi)外壓耗）壓耗計(jì)算注意事項(xiàng)l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。l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

13、段，每一段分別計(jì)算。l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l提高泵壓、泵功率n第一階段：13-15MPan第二階段：17-18MPan第三階段：20-22MPa2202222022QKACQgCVPbb8 . 12QKKbQPlPbPsll降低循環(huán)壓耗系數(shù)Kln降低泥漿密度n降低泥漿粘度n適當(dāng)增大泥漿過流面積管內(nèi)）(8 . 48 . 18 . 02 . 0dLQBPll增大鉆頭壓耗系數(shù)Kbn增大，增大井底壓力和循環(huán)壓耗，不可取。n減

14、小C, 減小了能量轉(zhuǎn)換效率，不可取。n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。2202222022QKACQgCVPbb提高水力參數(shù)的途徑l優(yōu)選排量n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)l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。l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lVs=Va-VhnVs:

15、巖屑在泥漿中的實(shí)際上返速度nVa:環(huán)空返速nVh:巖屑的下沉速度。l要求nVs0 或nK=Vs/Va0.5泥漿泵的工作狀態(tài)l泵的額定功率泵的額定功率Nr：泥漿泵的最大輸出功率l泵的額定泵壓泵的額定泵壓Pr：在一定缸套下泵的允許壓力l泵的額定排量：泵的額定排量：泵功率為Nr、泵壓為Pr時(shí)泵的輸出排量。l三者的關(guān)系三者的關(guān)系：rrrQPN 額定泵壓工作狀態(tài)l假設(shè)QPrn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。l假設(shè)QQr, 泵壓不變，且Ps=Prn實(shí)際泵功率Ns=PsQsNr，假設(shè)成立。n在這種工況下，實(shí)際泵功率小于額定泵功率sssQPN 額定泵功率狀態(tài)l一般情況下，泥漿泵的排量不

16、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=Nrl在這種工況下，Ps2的井l應(yīng)用范圍：n海上鉆井平臺(tái)n海邊開采近海油藏n環(huán)境保護(hù)要求特別嚴(yán)格的地區(qū)l設(shè)備：n頂驅(qū)n大尺寸鉆桿n改進(jìn)鉆機(jī)，增大鉆機(jī)負(fù)荷n可變徑穩(wěn)定器n先進(jìn)的隨鉆測量系統(tǒng)大位移井 ERD Drilling Tech.(Extended Reach Displacement)l理論：n井身軌跡優(yōu)化n井壁穩(wěn)定理論n摩阻分析n扭矩測量及分析n環(huán)空流體學(xué)及環(huán)空攜巖n鉆柱強(qiáng)度分析鉆井新技術(shù)l負(fù)壓鉆井技術(shù)(Underbalanced Drilling)指鉆井過程井內(nèi)壓力小于地層壓力一定值的鉆井過程l設(shè)備：旋轉(zhuǎn)防噴器、井內(nèi)流體的地面多級(jí)分離器、惰性氣體發(fā)生器l基本理論：多相流理論l優(yōu)點(diǎn)：n及時(shí)發(fā)現(xiàn)和保護(hù)油氣層n提高機(jī)械鉆速，降低鉆井成本鉆井新技術(shù)l連續(xù)油管的應(yīng)用(Coiled tubing Tech.)n應(yīng)用：s鉆井s完井s修井n理論：s流體力學(xué)分析s疲勞壽命估計(jì)l鉆頭尺寸： 215.9mm，井深3005ml泥漿密度1.35g/cm3(1350kg/m3)，l排量Q=34