鉆井工程鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)選課件

鉆井工程鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)選鉆井工程鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)選鉆井工程鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)選鉆進(jìn)參數(shù)可分為固定參數(shù)和可調(diào)參數(shù)兩類：固定參數(shù)－－地層參數(shù)、地層可鉆性、地層對鉆壓、轉(zhuǎn)速、水力參數(shù)和鉆井液參數(shù)的敏感指數(shù)，以及地溫梯度、地層化學(xué)組分對鉆井液的適應(yīng)性等?？烧{(diào)參數(shù)－－鉆進(jìn)中的機(jī)械參數(shù)、水力參數(shù)、鉆井液性能和流變參數(shù)三大類參數(shù)。鉆進(jìn)參數(shù)可分為固定參數(shù)和可調(diào)參數(shù)兩類：固定參數(shù)－－地層參數(shù)、地層可鉆性、地層對鉆壓、轉(zhuǎn)速、水力參數(shù)和鉆井液參數(shù)的敏感指數(shù)，以及地溫梯度、地層化學(xué)組分對鉆井液的適應(yīng)性等?？烧{(diào)參數(shù)－－鉆進(jìn)中的機(jī)械參數(shù)、水力參數(shù)、鉆井液性能和流變參數(shù)三大類參數(shù)。鉆進(jìn)參數(shù)采集機(jī)械參數(shù)--指鉆頭類型、鉆壓與轉(zhuǎn)速水力參數(shù)--指泵型選擇、泵壓、排量和水眼組合鉆井液性能和流變參數(shù)--指鉆井液體系、密度、初切力、流變學(xué)模式、流變參數(shù)●可調(diào)參數(shù)的優(yōu)選都應(yīng)以地層固定參數(shù)為依據(jù)。深入掌握這些可調(diào)參數(shù)對鉆進(jìn)效益的影響規(guī)律，建立鉆進(jìn)數(shù)學(xué)模型，是實施優(yōu)選參數(shù)鉆井的重要基礎(chǔ)。多元統(tǒng)計分析可調(diào)參數(shù)主要內(nèi)容第一節(jié)鉆井參數(shù)作用機(jī)理

（欠平衡鉆井技術(shù)）第二節(jié)水力參數(shù)優(yōu)選

第三節(jié)鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)選第四節(jié)多元鉆進(jìn)模式第一節(jié)鉆井參數(shù)作用機(jī)理§1Mechanismsofdrillingoptimizationondrillingrate一、射流對井底的凈化作用鉆井液通過噴射式鉆頭的噴嘴，能夠形成噴射鉆井所需鉆井液射流是噴射式鉆頭與普通鉆頭的主要區(qū)別.實際鉆井過程中，鉆井液由噴嘴形成的射流屬淹沒非自由射流。射流沖到井底以后能產(chǎn)生兩種凈化井底的作用：一是射流對井底巖屑的沖擊壓力作用。二是漫流對井底巖屑的橫推作用。射流是指通過管嘴或孔口過水?dāng)嗝嬷芙绮慌c固體壁接觸的液流。按射流流體與周圍流體介質(zhì)的關(guān)系劃分，可分為淹沒射流（射流流體的密度小于或等于周圍流體的密度）和非淹沒射流（射流流體密度大于周圍流體密度）；按射流的運(yùn)動和發(fā)展是否受到固壁限制，可分為自由射流（不受固壁限制）和非自由射流（受到固壁限制）；按射流壓力是否穩(wěn)定劃分，又可分為連續(xù)射流（射流內(nèi)某一點的壓力保持穩(wěn)定）和脈沖射流（射流流束內(nèi)的壓力不穩(wěn)定）等。在噴射式鉆頭的井底條件下，鉆井液從普通噴嘴噴出形成射流后，被井筒內(nèi)的鉆井液所淹沒，并且其運(yùn)動和發(fā)展受到井底和井壁的限制，因而屬淹沒非自由射流。淹沒非自由連續(xù)射流的基本特征●射流具有等速核和擴(kuò)散角●在射流橫截面上中心速度最大●在射流軸線上，超過等速核以后射流軸線上的速度迅速降低●撞擊井底后，形成井底沖擊壓力波和井底漫流射流軸線上的速度衰減規(guī)律α為射流擴(kuò)散角dn為噴嘴直徑L為射流軸線上某點距出口的距離vjo為射流出口流速vjm為距出口L處的最大流速噴射式鉆頭的井底射流特性射流在噴嘴出口斷面，各點的速度基本是相等的，為初始速度。隨著射流的運(yùn)動和向前發(fā)展，由于動量交換并帶動周圍介質(zhì)運(yùn)動，首先射流周邊的速度分布受到影響，且影響范圍不斷向射流中心推進(jìn)，使原來保持初始速度運(yùn)動的流束直徑逐漸減小，直至射流中心的速度小于初始速度。射流中心這一部分保持初始速度流動的流束，稱為射流等速核。射流等速核的長度主要受噴嘴直徑和噴嘴內(nèi)流道形狀的影響。由于周圍介質(zhì)是由外向里逐漸影響射流的，在射流的任一橫截面上，射流軸心上的速度最高，自射流中心向外速度很快降低，到射流邊界上速度為零。等速核以內(nèi)，射流軸線上的速度等于出口速度；超過等速核以后，射流軸線上的速度迅速降低。

沖擊壓力－－是當(dāng)射流碰到井底后，將其動壓力傳遞給井底而形成的，在數(shù)值大小上等于射流到達(dá)井底時的動壓力。特征：動壓力、不均勻、移動變化翻轉(zhuǎn)力矩－－沖擊壓力梯度◆增大射流出口動壓力◆縮小噴嘴直徑射流沖擊面積巖屑翻轉(zhuǎn)就整個井底而言，射流作用的面積內(nèi)壓力較高，而射流作用的面積以外壓力較低。在射流的沖擊范圍內(nèi)，沖擊壓力也極不均勻，射流作用的中心壓力最高，離開中心則壓力急劇下降。另外，由于鉆頭的旋轉(zhuǎn)，射流作用的小面積在迅速移動，本來不均勻的壓力分布又在迅速變化。由于這兩個原因，使作用在井底巖屑上的沖擊壓力極不均勻。極不均勻的沖擊壓力使巖屑產(chǎn)生一個翻轉(zhuǎn)力矩，從而離開井底。這就是射流對井底巖屑的沖擊翻轉(zhuǎn)作用。

漫流－－是射流沖向井底以后形成的沿井底的橫向流動。實驗研究表明，漫流是緊貼并平行于井底很薄的對井底遮蓋較好的一層橫向流動的液流，具有相當(dāng)高的流速。它會對井底巖屑產(chǎn)生橫向推動力或牽引力，從而使巖屑離開原破碎點。漫流分布規(guī)律：在射流沖擊的面積以內(nèi)，射流沖擊中心的漫流速度為零；離開中心，漫流速度逐漸增大；在射流沖擊面積的邊緣，漫流速度達(dá)到最大。在射流沖擊面積以外，漫流速度與距沖擊中心的距離成反比，即離沖擊中心愈遠(yuǎn)則漫流流速愈小。在縱向上，約在0.4mm的高度上，漫流速度最大，超過此高度后，漫流速度隨距井底高度的增加而迅速降低。要增大漫流流速，就要增大射流的噴速和流量。研究表明，在表面光滑的井底條件下，最大漫流速度出現(xiàn)在小于距井底0.5mm的高度范圍內(nèi)，最大漫流速度值可達(dá)到射流噴嘴出口速度的50％-80％。噴嘴出口距井底越近，井底漫流速度越高。正是這層具有很高速度的井底漫流，對井底巖屑產(chǎn)生一個橫向推力，使其離開原來的位置，而處于被鉆井液攜帶并隨鉆井液一起運(yùn)動的狀態(tài)。因而，井底漫流對井底清洗有非常重要的作用。射流對井底的破巖作用多年來的研究和噴射鉆井實踐表明，當(dāng)射流的水功率足夠大時，射流不但有清洗井底的作用，而且還有直接或輔助破碎巖石的作用。在巖石強(qiáng)度較低的地層中，射流的沖擊壓力超過地層巖石的破碎壓力時，射流將直接破碎巖石。這種破巖形式在一口井的表層鉆進(jìn)中經(jīng)常遇到。如有些地區(qū)鉆鼠洞，只開泵不用旋轉(zhuǎn)鉆頭就可完成。在巖石強(qiáng)度較高的地層中，鉆頭破碎井底巖石時，在機(jī)械力的作用下，在巖石中形成微裂紋和裂縫。高壓射流流體擠入巖石微裂紋或裂縫，形成“水楔”，使微裂紋和裂縫擴(kuò)大，使巖石強(qiáng)度大大降低，鉆頭的破碎效率大大提高。二、鉆井液性能對鉆速的影響試驗證明，鉆井液密度、粘度、失水量和固相含量及其分散性等，都對鉆速具有不同程度的影響。1.鉆井液密度對鉆速的影響鉆井液密度的基本作用在于保持一定的液柱壓力，以控制地層內(nèi)的流體進(jìn)入井內(nèi)。主要原因是：井底壓差對剛破碎的巖屑有壓持作用，阻礙井底巖屑的及時清除，影響鉆頭的破巖效率，從而使鉆速相應(yīng)下降。室內(nèi)試驗和鉆井實踐證明，提高鉆井液密度，增加井內(nèi)液柱壓力和地層壓力之間的壓力差，將使鉆速急劇下降。

現(xiàn)場試驗結(jié)果

實驗證明，低滲透性巖層內(nèi)，壓差對鉆速的影響比在高滲透性巖層內(nèi)的影響大。因此，鉆低滲透性巖層時，更應(yīng)盡量降低鉆井液密度，實施平衡壓力鉆井（欠平衡壓力鉆井）。降低鉆井液密度雖能提高鉆速，但它常受地質(zhì)條件、井壁穩(wěn)定等的限制，不能任意降低。多年來的鉆井實踐證明，為在確保安全鉆井的前提下盡量提高鉆速，用近平衡壓力鉆進(jìn).常規(guī)鉆井0.03-0.05g/cm3欠平衡壓力鉆井技術(shù)是八十年代后期在美國德克薩斯州奧斯汀白堊系地層鉆井時得以迅速發(fā)展起來的。國內(nèi)外現(xiàn)狀欠平衡壓力鉆井技術(shù),以空氣鉆井為先鋒，開始于20世紀(jì)50年代，主要采用空氣壓縮機(jī)向井內(nèi)注入空氣和水的混合物。欠平衡壓力鉆井作為能提高油氣產(chǎn)量的一項重要技術(shù)，已在世界20多個國家3500多口井上應(yīng)用。機(jī)械鉆速較常規(guī)提高100%-500%！欠平衡鉆井概念UnderBalancedDrilling(UBD)

欠平衡鉆井是指在鉆井過程中，允許地層流體進(jìn)入井內(nèi)，循環(huán)出井并在地面得到控制的一種鉆井方式。

欠平衡鉆井技術(shù)簡介1995年1996年1997年1998年美國2100250040004100加拿大3304255251500中國60年代實驗、90年代加速發(fā)展！據(jù)2003年4月統(tǒng)計，我國海陸油田已引進(jìn)相應(yīng)防噴器近40套，克拉瑪依、四川、長慶、玉門、塔里木、吐哈、中原、勝利、大港、遼河、大慶等油田共進(jìn)行了107口欠平衡鉆井。在大港千米橋發(fā)現(xiàn)一個億噸級油田?。ò迳?、板深8井）0.0%5.0%10.0%15.0%20.0%25.0%30.0%35.0%199419951996199719981999200020012002200320042005百分比02000400060008000100001200014000井?dāng)?shù)欠平衡井占所有井的百分比欠平衡作業(yè)井?dāng)?shù)完成8200口占總井?dāng)?shù)的25%美國欠平衡井應(yīng)用統(tǒng)計與預(yù)測加拿大計劃用欠平衡鉆井技術(shù)開發(fā)整個油田；美國能源部和Maurer工程公司預(yù)測，到2005年，全球運(yùn)用欠平衡技術(shù)鉆井總數(shù)可達(dá)12000口。美國和加拿大擁有先進(jìn)的欠平衡鉆井裝備配套的欠平衡鉆井技術(shù)專業(yè)技術(shù)服務(wù)公司欠平衡鉆井的優(yōu)越性

1.減少對產(chǎn)層的損害，有效保護(hù)油氣層，從而提高油氣井的產(chǎn)量。2.有利于及時發(fā)現(xiàn)和評價低壓低滲油氣層，為勘探開發(fā)整體方案設(shè)計提供準(zhǔn)確依據(jù)。3.大幅提高機(jī)械鉆速，延長鉆頭使用壽命，縮短鉆井周期，降低鉆井成本。4.有效控制漏失，減少和避免壓差卡鉆等井下復(fù)雜情況的發(fā)生。5.可以在鉆井過程中生產(chǎn)油氣。（美國、加拿大）欠平衡鉆井的缺點

1.鉆井成本高（設(shè)備多、井場大、鉆井液）2.存在不安全隱患（井噴、井塌、爆炸、腐蝕）3.地層損害（不能形成泥餅，不持續(xù)欠平衡時發(fā)生）適合實施欠平衡鉆井的儲層有裂縫的碳酸鹽巖，泥頁式頁巖有構(gòu)造缺陷或壓力衰竭的緊密砂巖多孔隙、高滲透白云巖，井漏嚴(yán)重某些趨向于多孔隙的火山巖欠平衡鉆井主流技術(shù)控流鉆井（Flowdrilling，也譯作邊噴邊鉆、流鉆等）用純液體鉆井液進(jìn)行的欠平衡鉆井叫控流鉆井，如水、鹽水、水基泥漿、油、油基泥漿等。●控流鉆井技術(shù)的研究

確定合理負(fù)壓差，設(shè)計鉆井液密度1.從開發(fā)上講，油層速敏、應(yīng)力敏感性、出砂、坍塌的臨界值決定了負(fù)壓差的最高限。2.從鉆井工程上講，泥頁巖地層的井壁穩(wěn)定性確定了負(fù)壓差的最高限。3.地面設(shè)備的分離能力也限制了最高負(fù)壓差。4.負(fù)壓差大小還要視儲層的產(chǎn)能而定，一般為0.7MPa。

為滿足我國低壓儲層欠平衡鉆井的要求，從美國Weatherford公司引進(jìn)了現(xiàn)場制氮充氣鉆井設(shè)備。包括壓縮機(jī)、膜氮設(shè)備、增壓器。欠平衡鉆井關(guān)鍵設(shè)備1、井口壓力控制裝置—旋轉(zhuǎn)控制頭或旋轉(zhuǎn)防噴器靜壓35MPa動壓17.5MPa美國Williams公司7100型旋轉(zhuǎn)控制頭目前世界上壓力等級最高的旋轉(zhuǎn)防噴器欠平衡鉆井關(guān)鍵設(shè)備1.井口壓力控制裝置—旋轉(zhuǎn)控制頭或旋轉(zhuǎn)防噴器2.地面流體處理設(shè)備開式：液氣分離器、撇油罐和自動點火裝置閉式：四相分離器國內(nèi)從九十年代中后期開始引進(jìn)旋轉(zhuǎn)防噴器等主要設(shè)備，進(jìn)行欠平衡鉆井的試驗研究，選擇合適的地層進(jìn)行探索性試驗。常規(guī)防噴器組合、六棱方鉆桿、斜臺肩鉆桿、內(nèi)防噴工具、重泥漿儲備罐以及消防安全器材，節(jié)流管匯至少要配置一個液動節(jié)流閥，井口最好使用套管頭。3.鉆井配套的設(shè)備、工具裝備配套

空氣壓縮機(jī)、增壓機(jī)、制氮裝備、套管閥等。測量配套

電磁MWD、PWD等。軟件計算與模擬

SURE(適合于欠平衡鉆井的油藏選擇)等。套管閥欠平衡鉆井與氣體鉆井配套技術(shù)欠平衡壓力鉆井地面處理系統(tǒng)

現(xiàn)場實施情況滾動生產(chǎn)井，火成巖儲層,地層壓力系數(shù)0.96，三開實施欠平衡鉆井。羅151-11井三開采用硬膠泡沫鉆井液，地面密度0.6-0.7，設(shè)計井底負(fù)壓差1.5MPa，完鉆靜止25min外溢,試油日產(chǎn)18t/d,為鄰井產(chǎn)量的兩倍。江漢油田王場地區(qū)鹽間非砂巖儲層欠平衡水平井。該井水平段前段為中孔-特低滲孔隙型儲層，后段為整體裂縫型儲層，采用飽和鹽水混油乳化鉆井液欠平衡鉆進(jìn)。王平1井王平1井水平段裂縫性井段實測地層壓力系數(shù)1.62，采用1.35-1.51的鉆井液，井底靜欠壓1.43MPa，動欠壓0.78MPa，投產(chǎn)后取得明顯的效果，日產(chǎn)65t/d。以往該地區(qū)鉆井發(fā)生嚴(yán)重漏失，造成油層的污染，為解決這個問題決定采用欠平衡鉆井技術(shù)。商741-平1井火成巖儲層欠平衡水平井商741-平1井地質(zhì)預(yù)告儲層壓力系數(shù)小于1.0,用常規(guī)鉆井液無法實現(xiàn)欠平衡，水平段采用充氮?dú)庹T噴，實施欠平衡鉆進(jìn)獲得成功。該井水平段欠平衡鉆進(jìn)，井底動欠壓3.1MPa，投產(chǎn)60t/d以上，取得明顯的效果。埕北244井

該井在2951.37米，鉆井液密度1.06井漏，1.04井涌，打不成鉆。去年2月16日裝旋轉(zhuǎn)防噴器，邊涌邊鉆，解決了潛山裂縫性儲層上涌下漏的復(fù)雜情況，歷經(jīng)三個多月，成功鉆穿奧陶系，鉆達(dá)目的層太古界。（評價井）埕北244井采用欠平衡鉆井裝備，探討邊涌邊鉆、邊漏邊鉆的工藝，既保證了鉆井的成功，又有效地保護(hù)了油氣層，確保了勘探成功率，經(jīng)試油，取得10mm油嘴日產(chǎn)油235噸、日產(chǎn)氣6940立方米的好成績。2.鉆井液粘度對鉆速的影響

鉆井液粘度是通過對循環(huán)壓力損耗和井底凈化等作用的影響而間接影響鉆速的。在一定的地面功率條件下，降低鉆井液粘度，可以減小鉆柱和環(huán)形空間的循環(huán)壓耗，使鉆頭噴嘴處的壓降增加，提高射流對井底的沖擊力，加強(qiáng)清除巖屑的作用，從而使鉆速也相應(yīng)增加。

實驗證明，在一定的鉆井液排量和噴射速度下，鉆速隨鉆井液的運(yùn)動粘度的增加而降低，如圖5－2所示。運(yùn)動粘度--指鉆頭噴嘴出口處視粘度與其密度的比值。

實際上，增加鉆井液密度將加大井底的液柱壓力，對鉆速有不利影響。因此，在實際工作中通常先按平衡地層壓力的要求，確定鉆井液密度，然后再調(diào)節(jié)鉆井液性能，盡量降低鉆頭噴嘴處的視粘度。

3.鉆井液固相含量及其分散性對鉆速的影響

鉆井液的固相含量對鉆進(jìn)速度和鉆頭消耗量都有嚴(yán)重的影響，因此必須嚴(yán)格控制鉆井液內(nèi)的固相含量，一般應(yīng)盡量采用固相含量低于4％的低固相鉆井液。對鉆井液固相含量的深入研究發(fā)現(xiàn)，不僅固相含量對鉆速有影響，固體顆粒的分散度也對鉆速有影響。實驗證明，鉆井液內(nèi)直徑小于1μm的膠粒越多，對鉆速的影響越大.

此外，鉆井液失水和含油量等都對鉆速有一定的影響。但因這些性能與鉆井液粘度、固相含量及分散性等因素有關(guān)，鉆井液失水量增大常會增大鉆井液粘度，因此難于測定它們對鉆速的獨(dú)立影響，迄今為止，通常都只調(diào)節(jié)鉆井液密度、粘度和固體含量及其分散度等主要性能來提高鉆速和確保安全。只有鉆到復(fù)雜地層和含油氣層時，才按特定要求控制失水或混入一定量的油類，甚至完全用油基鉆井液鉆井，這時鉆速即使有所下降，也應(yīng)該滿足井下的特殊需要。

鉆井實踐證明，鉆井液性能是影響鉆速的重要因素，它與水力參數(shù)密切配合對鉆進(jìn)速度的影響，比其它任何可控變量的影響都大。但因鉆井液性能受井下工作條件的影響，難以嚴(yán)格控制，因此至今還沒有一個能夠確切反映鉆井液性能影響規(guī)律的數(shù)學(xué)模式，這是優(yōu)選鉆進(jìn)參數(shù)中需要進(jìn)一步研究解決的重要課題。鉆井液（密度、粘度、固相含量及其分散性）三、鉆壓、轉(zhuǎn)速對鉆速的影響鉆壓、轉(zhuǎn)速是直接作用于井底籍以破碎巖石的基本參數(shù)。由于鉆壓、轉(zhuǎn)速是通過鉆頭破碎巖石的，它們的作用不僅對鉆進(jìn)速度有影響，同時也會影響鉆頭的磨損速度和工作壽命。因此在優(yōu)選鉆壓、轉(zhuǎn)速時，必須綜合考慮這兩方面的影響，確定最優(yōu)配合。

1.鉆壓、轉(zhuǎn)速對鉆速的影響圖5－3是鉆進(jìn)試驗的典型擬合曲線。

●鉆壓對鉆速的影響圖5－3（a）是在其它鉆進(jìn)參數(shù)保持不變的情況下，鉆速與鉆壓的關(guān)系曲線。vpe＝f(W)井底凈化充分井底凈化不充分Oa段－鉆壓小，凈化好，鉆速與鉆壓的平方成正比ab段－鉆壓逐漸增大，凈化逐漸變差，鉆速與鉆壓成線性關(guān)系bc段－鉆壓繼續(xù)增大，凈化嚴(yán)重惡化，鉆速增長緩慢，至c點不再增長，甚至下降

●轉(zhuǎn)速對鉆速的影響圖5－3（b）是在鉆壓和其它鉆進(jìn)參數(shù)保持不變的條件下，鉆速與轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線。vpe＝f(n)通常，λ＜1，原因是轉(zhuǎn)速提高后鉆頭工作刃與巖石接觸時間縮短，每次接觸時的破碎深度減少，即巖石破碎時的時間效應(yīng)問題。●牙齒磨損量對鉆速的影響隨著鉆頭不斷破碎巖石，鉆頭牙齒也隨之磨損，鉆頭工作效率明顯下降，鉆進(jìn)效率也隨之降低。當(dāng)鉆壓、轉(zhuǎn)速等各種鉆進(jìn)參數(shù)保持不變時，鉆速與牙齒磨損量的關(guān)系：C2－牙齒磨損系數(shù)h－牙齒磨損量，即磨損掉的高度與原始高度之比假設(shè)W、n、h均為互不影響的獨(dú)立變量－鉆速方程Young模式修正Young模式K——巖石可鉆系數(shù)W,WM——鉆壓，門限鉆壓C2，h——牙齒磨損系數(shù)及磨損高度Cp,Cp——壓差、水利參數(shù)影響系數(shù)，α3——與巖層性質(zhì)有關(guān)的影響系數(shù)GDs——地層壓力梯度Pa/mDv——垂直井深，mPs——實際鉆頭比水功率,KW/m2Psn——鉆頭充分凈化時要求的鉆頭比水功率,KW/m2Vpen——鉆頭充分凈化時的鉆速2.鉆壓、轉(zhuǎn)速對鉆頭磨損的影響

牙輪鉆頭的磨損包括兩個方面：一是：牙齒的磨損

一是：鉆頭軸承的磨損（1）鉆壓、轉(zhuǎn)速對牙齒磨損速度的影響

鉆頭牙齒的磨損速度，可以用齒高磨損量對時間的導(dǎo)數(shù)來表示。它與鉆壓、轉(zhuǎn)速及齒高磨損量的關(guān)系曲線（圖5－5）。（2）鉆壓、轉(zhuǎn)速對鉆頭軸承磨損速度的影響在某些研磨性較低的巖層內(nèi)，或用牙齒耐磨性很高的鑲齒牙輪鉆頭時，鉆頭牙齒往往磨損不多而軸承先期磨損。這時鉆頭的工作壽命則應(yīng)由軸承的磨損速度來確定。B——軸承磨損量

實際鉆進(jìn)過程中，鉆壓、轉(zhuǎn)速和水力參數(shù)在井底的破巖、清巖作用是同時發(fā)生的，很難確定水力參數(shù)只起清巖作用而不起破巖作用。研究表明：在切削齒使巖石產(chǎn)生裂縫的前提下，水力對破碎坑的沖蝕和水楔作用有利于擴(kuò)展裂紋而加速巖石的破碎。

機(jī)械參數(shù)與水力參數(shù)是相輔相成的，同時提高這兩種參數(shù)將有利于提高機(jī)械鉆速。第二節(jié)水力參數(shù)的優(yōu)選§2Optimizationofhydraulicparameter

噴射鉆井中從鉆頭噴嘴中噴出鉆井液射流，速度高、水力功率大，它不僅能使巖屑及時迅速地離開井底，始終保持井底干凈，而且在一定條件下可直接破碎巖石。這就是噴射鉆井能夠大幅度提高鉆速的主要原因。因此，如何選擇泵型、機(jī)泵工作方式、優(yōu)選泵壓、排量、噴嘴組合是合理利用地面泵功率、提高鉆井效率的關(guān)鍵。一、射流水力參數(shù)和鉆頭水力參數(shù)

對噴射鉆井有實際意義的是射流水力參數(shù)。但由于鉆井液流經(jīng)噴嘴時要產(chǎn)生一部分能量損耗，因此，在噴射鉆井設(shè)計中，不僅要計算射流的能量，而且要考慮噴嘴損耗的能量。能夠反映出這兩部分能量的，就是鉆頭的水力參數(shù)。1.射流水力參數(shù)射流水力參數(shù)包括：噴射速度、射流沖擊力和射流水功率。工程上，常選擇射流出口斷面作為水力參數(shù)的計算位置。vj——射流速度，m/sWj——射流沖擊力，NPj——射流水功率，WQ——鉆井液排量，m3/sAnt——噴嘴出口截面積，m2dne——噴嘴當(dāng)量直徑，m;dni——第i個噴嘴直徑,m

2.鉆頭水力參數(shù)----鉆頭壓力降和鉆頭水功率鉆頭壓力降是指鉆井液流過鉆頭噴嘴后鉆井液壓力降低的值，它受噴射速度及噴嘴流量系數(shù)的影響；鉆頭水功率是指鉆井液流過鉆頭時所消耗的水功率，鉆頭水功率的大部分變成射流水功率，少部分則用于克服噴嘴阻力而作功。Pb——鉆頭水功率，W△Pb——鉆頭壓降,Paρd——鉆井液密度，kg/m3C——噴嘴流量系數(shù)ξ——噴嘴阻力系數(shù)Q——鉆井液排量，m3/sAnt——噴嘴出口截面積，m2射流水功率與鉆頭水功率的關(guān)系：顯然，射流水功率是鉆頭水功率的一部分，是由鉆頭水功率轉(zhuǎn)換而來的，其能量轉(zhuǎn)換效率即為C2。因此，欲提高Wj、Vj、Pj，就須選擇C高的噴嘴，使Pb、ΔPb提高。Pb——鉆頭水功率，W△Pb——鉆頭壓降,Paρd——鉆井液密度，kg/m3C——噴嘴流量系數(shù)Wj——射流沖擊力Q——鉆井液排量，m3/sAnt——噴嘴出口截面積，m2二、水功率的傳遞鉆井過程中，鉆井液的循環(huán)系統(tǒng)主要由地面管匯、鉆柱內(nèi)部、鉆頭噴嘴及環(huán)形空間四部分組成。鉆井液流經(jīng)這四個部分時，都要產(chǎn)生壓力和水功率損耗，因此鉆井液在循環(huán)過程中滿足壓力及能量平衡方程式。

●循環(huán)系統(tǒng)壓力損耗的簡化計算實際鉆井條件下，管內(nèi)流動總是紊流，而環(huán)空流動則可能是紊流也可能是層流。除小井眼外，循環(huán)系統(tǒng)壓力損耗主要產(chǎn)生于管內(nèi)流動損失。因此，工程上全部采用紊流公式進(jìn)行簡化計算。整個循環(huán)系統(tǒng)的簡化壓力損耗公式為

●提高鉆頭水力參數(shù)的途徑1.提高泵壓和泵功率2.降低循環(huán)系統(tǒng)壓力損耗3.減小噴嘴直徑4.優(yōu)選鉆井液排量三、鉆井水力參數(shù)設(shè)計鉆井水力參數(shù)設(shè)計是噴射鉆井技術(shù)的關(guān)鍵所在，其實質(zhì)是在一定的條件參數(shù)（泵功率、泵壓、最低環(huán)空返速、井深）下選擇手段參數(shù)（排量、噴嘴直徑）使目標(biāo)參數(shù)（噴射速度、射流沖擊力、鉆頭水功率等鉆頭和射流水力參數(shù)等）獲得最優(yōu)的工作效果。

●最低環(huán)空返速的確定實際上是：巖屑（井眼）的凈化問題。稱為巖屑舉升效率或傳輸比，衡量井眼凈化程度即可保證井眼清潔即為最低環(huán)空返速的計算式

那么，巖屑的滑落速度如何計算呢？目前油氣鉆井工程中：普遍認(rèn)為用Moore公式來計算鉆直井時以層流上返的鉆井液中巖屑滑落速度是比較準(zhǔn)確的。Vsl——巖屑在鉆井液中的滑落速度ρs——巖屑密度,kg/m3ds——巖屑粒徑，mρd——鉆井液密度,kg/m3dh,dp——井徑和鉆柱外徑，mVas——鉆井液上返速度μnt——鉆井液有效粘度，Pa.sn——流性指數(shù)K——稠度系數(shù)

得到最低環(huán)空返速，即可確定攜巖所需的最小排量：●泵的工作狀態(tài)每一種鉆井泵都有一個最大輸出功率－－泵的額定功率每一種鉆井泵都有幾種直徑不同的缸套，每