• 1.2.5 钻头优化使用要求 跑合： 造型： 磨损过程中的钻压调节：
• 1.3 钻机和钻井方法的限制 所设计的机械破岩参数 都是在确定类型的钻机和采 用一定的钻井方法的基础上 来实施的，故设计机械破岩 参数必须考虑钻机功率、类型 和钻井方法的限制。
• 1.3.1 钻机分配给钻头的破岩
功率对机械参数设计的限制
• 1.1.2 射流形成的井底流场 • 1.1.3 射流对井底的清洗作用 • 1)射流对井底岩屑的冲击翻转 作用。图4-15和图4-16。 • 2)漫流的横推作用。 • 1.1.4 射流对井底的破岩作用
• 1.2 射流水力参数 包括射流的喷射速度、射流 冲击力和射流水功率。从衡量 射流对井底的清洗效果来看， 应该计算的是射流到达井底时 的水力参数。但由于计算困难， 工程上有时选择射流出口断面 作为水力参数的计算位置。
• 1.2.2 钻头类型和结构特点 牙轮钻头钻压一般在30～ 300kN范围，金刚石钻头在30～ 80kN范围。滚动轴承牙轮钻头的 转速范围一般可达200r/min，滑 动轴承钻头的在30～80r/min， 金刚石钻头的转速范围一般在 150～400r/min。
• 1.2.3 钻头的钻速、寿命和进尺
表5 江汉钻头长推荐的钻压和转速
钻头 IAD 正常钻压 转速 钻头 IAD 正常钻压 转速 r/min 型号 C代 r/min 型号 C代 kN/㎜ kN/㎜ 码 码 ATJ- 116 0.35-0.90 180-80 MAX 115 0.20-0.70 220-40 1 -G1
ATJ05C ATJ225 427 0.35-0.90 140-60 MAX 435 -11H 517 0.35-1.00 120-60 ATX- 435 11 0.20-0.70 350-80 0.20-0.70 200-80 0.50-0.70 150-160 0.60-0.90 80-40
•
2)螺杆钻具的特点是扭矩增加 而转速不变，从空载到满载， 速度降低一般不超过10%。螺 杆钻具的转速与泵的排量成 正比，一般200rpm左右。
• 1.4 破岩、清岩与携岩的协调 • 1.4.1现代旋转钻井的破岩方式 总体是机械和水力联合破岩。对 极软地层，以水力破岩为主，机 械破岩为辅；岩石由软变硬，破 岩方式逐渐变为机械破岩为主， 水力破岩为辅；对硬到极硬的地 层，只有机械破岩作用。
钻头
尺寸 数 序 钻压 （mm） 量 号 kN 444.5 1 1 30-60 244.5 1 2 60-80
钻进参数
转速 排量 泵压 rpm L/s MPa 67 67 50 32 30 16.4 16.6
3 EI -1200 H126 -Eq1
215.9 1 3 60-100 67
4 Eq1 -2850 HA43 215.9 1 5 10067 -Eq3 7 1 160 PDC 5 Eq3 -2991 HJ51 215.9 1 6 30-50 200 -Eq4 7
• 1.2 钻头特性和使用要求 设计机械破岩参数必须考 虑钻头的承载力、机械钻速 和寿命、类型和结构特点以 及优化使用要求。 • 1.2.1 钻头承载力
牙轮钻头的承载力相对金刚 石材料钻头要高一些，这和 它们的结构特点和耐冲击的 能力有关系。钻头的承载力 还和其直径有关，直径越大， 承载力就越大。施加给钻头 的钻压不能超过其承载力， 否则会使钻头短命。
•
3)柴油机－液力变矩器钻机： 一种软驱动特性钻机，每档转 速有一定范围，且在其范围内 自动调节，基本恒功率输出。 4)直流电动机驱动钻机：同上。 5)交流变频电驱动钻机：同上。
井下动力钻： 1)涡轮钻具额定转速较高。其工 作转速由外转矩决定，随外转矩 的增大工作转速减小。经验证明， 直径在127～254㎜之间，普通涡 轮钻具的最大功率和最优效率所 对应的转速处在400～800r/min 内。
如果w和n过大，钻头的钻速快， 但寿命短，进尺小，起下钻频繁； 反之，虽寿命长，但钻速慢，钻 进的效率低，进尺也不会大；我 们的目标是钻头能获得较大的进 尺和整体钻井作业的较好的技术 经济效果。
• 1.2.4 厂家推荐 根据钻头的承载力、类型和结 构特点，考虑钻头的机械钻速 和寿命以及现场使用的统计数 据，钻头生产厂家会给出其钻 头的钻压、转速的推荐值范围 (表5)。
ATM- 117 0.35-0.90 300-80 J11C 447 G1 ATM- 547 0.5-1.05 33C 220-40 J33C 547
厂家推荐的钻压和转速范 围是一个参考，所设计的钻 压和转速一般不超过厂家推 荐范围的上限，且一般不能 同时取上线,具体还应考虑钻 压和转速的乘积值。但可以 小于其下限。
• 喷射钻井技术： • 钻井水力参数定义及指标： • 水力参数优化设计的目的： • 水力参数优化设计的条件：充 分了解旋转钻井特点、钻机动 力驱动特性、钻井泵性能、钻 头水力特性、循环系统特性和 能量损耗规律。
1 喷射式钻头的水力特性
• 1.1 射流及其对井底的作用 • 1.1.1 射流特性 • 射流定义和种类： • 钻头喷嘴射流及特性：淹没非自由 射流。射流具有等速核和扩散角； 射流横截面上中心速度最大；超过 等速核以后射流轴线上的速度迅速 降低；撞击井底后，形成井底冲击 压力波和井底漫流(图4-13)。
第四章 钻进参数优选
• 钻井的定义和基本工作： • 钻井的目标和影响因素分类： • 钻进参数及其优选：优选是指在一定的客 观条件下，根据不同参数配合时对钻井目 标的影响规律，选择合理的钻进参数配合， 使钻井达到最优的技术经济效果。 • 本章内容：机械破岩参数和水力破岩参数 的设计
第一节 机械破岩参数设计
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• 1.3.2 钻机类型和钻井方法对 转速的限制 • 钻机类型：按照动力和传动系 统特性不同,钻机可分为硬驱动 特性钻机和软驱动特性钻机两 种类型。前者的几档转速是恒 定的，后者的几档转速都在一 定范围内随旋转载荷而变化。
转盘钻和顶驱钻： 1)柴油机－机械传动钻机：一 种硬驱动特性钻机，每档转 速恒定。如大庆130－Ⅱ型钻 机，一档转速是67rpm，二档 117rpm，三档217rpm。 2)交流恒频电驱动钻机：同上。
• 4)因破岩功率∝钻压×转速，故 井深摩阻大时，要注意钻机破岩 功率的限制； • 5)转速的设计应在钻机和钻井方 法的限制内进行； • 6)如有井眼轨迹控制要求，则必 须满足；
• 7)在钻进过程中，还应根据钻头 优化使用要求和变化的地层情况 进行调整。 • 3 实例分析 井号：王西11斜－2井 井型/设计井深：定向井/3500米 设计地层剖面和钻进参数设计表
现在我们在许多页/砂层序 的沉积盆地打井时，在浅井 段都采用低钻压和低转速， 而且水力参数设计都采用经 济水功率方式，其原因就是 为了保证破岩与清岩、携岩 的协调。
水力参数设计：主要应注意 的是深井段等难钻地层。此 时携岩的速度易大于破岩和 清岩的速度，应注意适当控 制钻井液的排量。
• 1.5 井眼轨迹控制要求 井眼轨迹是井的质量控指 的最重要目标，机械参数设 计与这一目标有关系。 • 1.5.1 钻压与井斜的关系 • 1.5.2 转速与井斜的关系
• 在一些井段，当井眼轨迹超 越有效钻进，成为最重要目 标时，机械参数设计必须服 从这一目标的需要，对钻压 和转速应严格控制(举例)。
2 机械破岩参数设计的经验法 • 1)一般钻压是主角,转速是配角； • 2)根据所钻地层的岩性，参考厂 家的推荐，再结合现场经验来确 定钻压和转速的可用范围； • 3)浅井段软地层时，要注意破岩 与清岩、携岩的速度协调以及机 械破岩和水力破岩的协调配合；
6 Eq4 -3560 HA51 215.9 1 7 10067 7 160
30
17.8
30 30
16.6 17.4
第二节 水力参数优化设计
• 清岩和携岩的重要性及其定义： • 对清岩和携岩的认识过程：轻 清岩、重携岩的观念→ “大排 量、大水眼洗井技术”；清岩 与携岩协调，重清岩的新观念 →“喷射钻井技术”。
• 钻机功率的分配： • 顶驱钻和转盘钻破岩功率的来 源：旋转系统，旋转系统功率 =空旋转钻柱的功率+旋转钻头 的功率。
• 井下动力钻破岩功率的来源： 循环系统，其功率=循环钻井 液的功率+动力钻具消耗的功 率+钻头消耗的功率。 • 复合钻破岩功率的来源：旋 转和循环系统，且以后者为 主。
主要是在井相对较深、井 斜较大、旧钻机或钻机功率 相对有限等的情况下有功率 对机械参数设计的限制问题， 应加以考虑。
上第三系广华组 500
1100 600 1550 450 2150 600 3050 900 3080 30
下 新 第 潜 生 三 江 界 系 组 潜 四 上
41
41下
40 40中
3130 50
3160 30 3310 150
盐岩、油浸泥岩、泥岩夹粉砂岩
灰色泥岩夹粉砂岩 岩盐、油浸泥岩、泥岩夹粉砂岩
40下
42 42下 43 4下
3355 45
3380 25 3410 30 3460 50 3500 40
岩盐、油浸泥岩、灰色泥岩夹粉砂岩
灰色泥岩夹粉砂岩 岩盐、油浸泥岩、泥岩夹粉砂岩 灰色泥岩夹粉砂岩 岩盐、油浸泥岩、泥岩夹粉砂岩
序 层位 井段 号 （米） 型号
1 Q-N 0-151 P2 2 N-EI -900 P2
• 1.4.4 机械参数设计如何保证 破岩与清岩、携岩的协调和 机械破岩与水力破岩的协调 问题的性质和判断方法：1)实测 返出钻井液的岩屑浓度;2)观察 钻进时旋转扭矩和泵压是否正 常;3)起下钻有无阻卡;4)起出钻 柱和钻头有无泥包。
机械破岩参数设计：主要应 注意的是浅井段等易钻的地 层。因为地层容易钻，机械 和水力联合破岩的速度更容 易大于清岩和携岩的速度。 此时应严格控制钻压和转速。 必要时，还得控制给钻头的 破岩水功率。