钻井工艺技术实验报告

1、 东 北 石 油 大 学Northeast Petroleum University本科学生综合性、设计性实验报告姓名 学号 专业 班级 实验课程名称 石油工程实验 指导教师 开课学期 至 学年 学期上课时间 年 月 日 一、实验设计方案实验名称： 钻井工艺技术实验实验时间：18：00-21：00小组合作： 是 否小组成员： 1、实验目的(1)岩石可钻性测定实验该实验目的是了解钻进岩石的难易程度，熟练仪器操作，掌握可钻性测定方法。(2)钻井技术参数配合实验该实验目的是钻压、转速、排量对与机械钻速的影响。(3)高压水力喷射破 验证和说明模拟射流冲蚀地层岩石的冲蚀能力及范围。分析冲蚀规律。分析影响

2、射流冲蚀能力的因素及影像形式，主要分析喷嘴压力、喷射距离、岩石强度以及冲蚀效率。通过实验进一步探讨冲蚀机理。2、实验设备及材料 （1）实验设备：岩石可钻性测定仪，钻井工艺学技术虚拟实验室 （2）实验材料：岩石3、理论依据          (1)岩石可钻性测定实验微钻头钻速为：式中 钻头钻速，m/h； 钻进时间，s； 换算常数表 1.1 岩石可钻性分级指示 类 I 软II中III硬级指标一级二级三级四级五级六级七级八级九级十级钻速（m/h)>2 2 | 1 1 |0.5 0.5 | 0.3 0.3

3、| 0.1 0.1 | 0.06 0.06 | 0.03 0.03 | 0.01 0.01 | 0.008 0.008 | 0.004(2)岩石可钻性测定实验修正杨格模式式中 钻速，m/h；钻压，N； 门限钻压压差影响系数； 水力参数影响系数；牙齿磨损系数； 与岩石性质有关的影响系数，可由统计分析钻井实际资料确定； 牙齿磨损量； 转速，r/min； 转速指数； 垂直井深，m； 实际的钻头比水功率，KW/cm2； 井底充分净化时要求的钻头比水功率，KW/cm2；井底充分净化时的钻速，m/h。(3)钻井参数配合实验 钻压对机械钻速的影响式中 钻速，m/h； 钻压，N； 门限钻压，N。 转速对机械钻

4、压的影响式中 转速，r/min； 钻速指数，其数值与岩层性质有关，一般都小于1。 排量对钻速的影响 排量对钻速的影响比较复杂，由于实验条件限制，只有固定岩石类型、钻头、洗井液等条件下的实验资料，加上钻井参数配合本身的复杂性，必须在诸多客观条件下才能得出排量对机械钻速的影响，并且是单元影响。(4)高压水力喷射破岩实验高压水射流冲蚀破碎岩石蚀一个很复杂的过程。对其从理论上的研究应包括射流冲击岩石引起的应力场，裂纹的出现和传播、用何种理论作为破坏判断依据、确定破碎范围及影响破碎的主要因素等。 喷嘴压力对冲蚀深度的影响喷嘴压力与冲蚀深度的关系为：式中 冲蚀深度 mm；喷嘴压力 MPa；实验常数；临界射

5、流压力。冲蚀时间对冲蚀深度的影响冲蚀时间与冲蚀深度的关系为：式中 冲蚀深度 mm；最大冲蚀深度 mm；冲蚀时间 sec；实验常数 sec。喷射距离对冲蚀深度的影响对于2-2#岩芯而言，喷射距离与冲蚀深度的关系为：式中 冲蚀深度  mm；喷射距离 mm 对于2-3#岩芯而言，喷射距离与冲蚀深度的关系为： 式中 冲蚀深度  mm；喷射距离 mm 井底液压对冲蚀深度的影响井底液压与冲蚀深度的关系为： 式中 冲蚀深度  mm；井底液压 MPa破碎坑直径实验 破碎坑直径D对诸参数没有明显的依赖关系，冲蚀达到一定深度后，D趋于一定值。破碎坑直径可以近似表示为： 对于天然岩芯，

6、的取值在10-16之间； 对于人造岩芯，的取值在5-8之间；冲蚀体积实验刚产生冲蚀时的浅坑一般呈圆锥形，当破碎坑达到一定深度（h>=5mm）后，破碎坑口的形状近似呈圆柱形。因此，冲蚀体积V可以近似的表示为：式中 -喷嘴直径，mm； -冲蚀深度，mm； -系数，如下所示： 表1.2 岩芯岩芯编号d0（mm）K41-1#1.25102-1#1.257.52-2#1.2564、实验方法步骤及注意事项岩石可钻性测定实验：(1)卸下工作台，放好岩屑杯；(2)安装微钻头，放入主轴孔内，将工作台安装牢靠；(3)将岩样哦平面；(4)上好砝码杆，松开尾杆，移动平衡块，调平杠杆；(5)加砝码九个，调整升降杆

7、，使杠杆水平；(6)转动测深盘，使指针指针零左边0.2mm处，固定测深盘；(7)使秒表对0，启动马达，测深盘指针指零时按秒表开始计时；(8)测深盘指针指示2.4mm时，按停秒表，关马达，记录秒表数字；(9)支起尾杆，移动岩样，钻另一孔，每块岩样按上述步骤钻三个孔。高压水力喷射破岩实验：(1)安装岩样：岩样有天然岩芯、人造岩芯； (2)选择喷嘴：喷嘴直径1.25mm、1.45mm； (3)检查各管线是否安装好、有无泄漏； (4)配钻井液； (5)按控制箱启动按钮，启动电机循环钻井液； (6)调整排量和压力到所需值； (7)开启挡板，开始计时，观察高压水射流冲蚀岩样的情况； (8)关闭挡板，停止计

8、时； (9)按控制箱停止按钮，电机停，一次实验结束 。5、实验数据处理方法根据以上所叙述的理论依据以及所涉及的公式计算相应参数。6、参考文献石油工程 陈涛平 石油工业出版社石油工程实验 赵明国 石油大学出版社适用岩石可钻性 尹宏锦 哈尔滨的工业大学出版社，1994.4优选参数钻井理论与实践 阎铁 石油大学出版社，1989.11钻井工艺原理 刘希圣 石油工业出版社，1994.1射流辅助机械破岩钻井 严世才等译 哈尔滨的工业大学出版社，1989.指导老师对实验设计方案的意见指导老师签名： 年 月 日 10二、实验报告1、实验目的、设备与材料、理论依据、实验方法步骤见实验设方案2、实验现象、数据及结

9、果一、 岩石可钻性实验实验条件：微钻头直径31.75mm，钻压882N，转速55r/min,钻深2.4mm，v=8.64/T 实验现象：（1）开动仪器，钻头在砖头上钻出一凹凸不平的坑，并伴有响声。 （2）坑呈圆形但凹凸不平，反应了岩石的非均质性； （3）在外面可以看到小微钻做公转与自转的交替运动，共同切削岩石； （4）实验数据T (s)36.03 22.12 17.50 V(m/h)0.24 0.39 0.49表 1.1 岩石可钻性分级指示 类 I 软II中III硬级指标一级二级三级四级五级六级七级八级九级十级钻速（m/h)>2 2 | 1 1 |0.5 0.5 | 0.3 0.3 |

10、0.1 0.1 | 0.06 0.06 | 0.03 0.03 | 0.01 0.01 | 0.008 0.008 | 0.004微钻头钻速；v=0.37,根据岩石可钻性分级指标，属于软类，第四级。二、钻井技术参数配合实验实验一 钻压对机械钻速的影响表2.1 钻速与钻压数据表钻压（P） 吨11.752.53.2544.755.5钻速（Vm）米/时0.130.311.4662.4763.384.234.64 实验条件：转速 (n)=170转/分,排量(Q)=4 升/秒图2.1钻速与钻压的关系曲线 实验二 转速对机械钻速的影响 表2.2 转速与机械钻速数据表转速（n）转/分509013017021

11、0250290钻速（Vm）米/时 0.7321.5121.7521.8242.0522.12.748实验条件：钻压（P）=3.25T，排量(Q)=4 升/秒 图 2.2 转速与机械钻速的关系曲线 3、排量对机械钻速的影响表2.3 排量与机械钻速的数据排量（Q）升/秒1234567钻速（Vm）米/时2.282.472.472.632.212.342.41实验条件：转速 (n)=170转/分, 排量(Q)=4 升/秒图2.3 钻速与排量的关系曲线 三高压水力喷射破岩实验1、冲蚀深度实验2-1# 喷嘴压力对冲蚀深度的影表3.1 喷嘴压力与冲蚀深度数据喷嘴压力（P）,MPa5101520冲蚀深度（h）

12、，mm2.84089.540816.240822.9408实验条件：喷嘴直径d0=1.25mm，=5度，喷射距离S=22mm，等速核长，=27mm，冲蚀时间t=20sec 图3-1 喷嘴压力与冲蚀深度的关系曲线2、冲蚀时间实验2-2# 冲蚀时间对冲蚀深度的影响 表3.2 冲蚀时间与冲蚀深度的数据表冲蚀时间（t)10306090 冲蚀深度（h）mm2.38445.82678.823810.366实验条件：喷嘴直径d0=1.45 mm，喷嘴压力P=7 MPa，喷射距离S=22 mm，流量Q=192cm3/s 图3-2 冲蚀时间与冲蚀深度的关系曲线3、喷射距离实验2-3# 喷射距离对冲蚀深度的影响表

13、3.3 喷射距离与冲蚀深度的关系喷射距离（S）1015202530冲蚀深度（h）13.210.98.66.34实验条件：喷嘴直径d0=1.25 mm，喷嘴压力P=15 MPa，冲蚀时间t=20s，流量Q=167cm3/s。 图3-3 喷射距离与冲蚀深度的关系曲线4、 井底液压实验5、 2-2# 井底液压对冲蚀深度的影响 表4.1 井底液压与冲蚀深度的关系井底液压（ Pa ）0.20.50.81.0冲蚀深度（h）1512.159.37.4实验条件：喷嘴直径d0=1.25 mm，喷嘴压力P=15 MPa，冲蚀时间t=20 s，喷射距离S=22mm 图4-1 井底液压与冲蚀深度的关系曲线5、破碎坑直

14、径实验 表5.1.1 实验参数与破碎坑直径的关系岩心实验参数（ K3）5810121416喷嘴型号d0(mm)1.251.251.251.251.251.25破碎坑直径（D）6.251012.51517.520 表5.1.2 实验参数与破碎坑直径的关系岩心实验参数（ K3）5810121416喷嘴型号d0(mm)1.451.451.451.451.451.45破碎坑直径（D）7.2511.614.517.420.323.2图5.1 岩心实验参数与破碎坑直径的关系曲线6、冲蚀体积实验1-1# 冲蚀体积实验 表6.6.1 冲蚀深度与冲蚀体积的关系岩芯编号喷嘴型号d0 （mm）实验参数K4破碎坑深度

15、h(mm)冲蚀体积V2-2#1.256144.156255220.7812510441.562515662.3437520883.125301324.6875401766.25502207.8125图6-6.1 破碎坑深度与冲蚀体积的关系曲线3. 对实验现象、数据及观察结果的分析与讨论实验分析。一、 岩石可钻性实验观察实验现象，分析得出结论：1. 因为实验时间的不同，可证明出岩石具有非均质性2. 钻头跳动的现象是由于岩石给钻头的反作用二、技术参数配合实验从图2.1可看出，在钻压11.75吨时钻速与钻压呈抛物线关系，这是因为开始时钻压小，岩屑少，井底净化充分；继续增加钻压，岩屑量相应增多，但因水

16、力参数不变，井底净化条件逐渐变差钻速增长率逐渐下降。而当钻压为1.754.75吨时几乎与钻压成线性关系；此后再增加钻压，井底净化条件将严重恶化，钻速增长更慢。从图2.2可看出，当转速为5090转/分时，随着转速增大，钻速变化大；转速为90250转/分时，随着转速增大，钻速变化小；转速为250290转/分时，随着转速增大，钻速变化大。从图2.3可看出，当排量在14 L/s段钻速随排量快速增加，排量在45 L/s段时钻速急剧，排量在从57 L/s段时钻速又逐渐上升，总体来看，排量对钻速影响较大。 三高压水力喷射破岩实验从图3.1可看出，冲蚀深度与喷嘴压力呈线性关系，且冲蚀深度随着喷嘴压力的增加而增

17、加，这是因为P增大时，射流冲击增大，能将较多的颗粒从岩石上剥落下来，从而h增大。从图3.2可看出，总体上，随冲蚀时间的增加，冲蚀深度呈增加趋势。当冲蚀时间在10-30s和30-60s之间时，冲蚀深度随时间的增长速度最快，在60-90s之间时，增长速度减慢。这是由于在冲蚀初期，蚀孔内的岩屑量较少，随冲蚀时间的增加，岩屑逐渐增多，使水射流无法直接冲蚀岩石，而是冲蚀深度增长变缓。从图3.3可看出，随着喷射距离的增加，充实深度呈线性降低，这是由于随着充实深度的增加，喷射力会逐渐减小。从图4.1可看出，冲蚀深度与井底液压呈线性关系，而且冲蚀深度随着井底液压的增加而减少。井内液柱压力和地层压力之间的压差会

18、增大，使得岩石难以破碎。从图5.1可看出，岩心实验参数与破碎坑直径呈线性关系，随着岩心实验参数的不同，破碎坑直径大小不同，岩心实验参数取值越大，破碎坑直径越大。从图6.1可看出，冲蚀体积V与冲蚀深度呈线性关系，当h增大时，V增大。4、结论1) 岩石具有均质性和非均质性，通过岩石可钻性测定岩石的级别，所测得岩石的级别为I软四级；2) 通过钻井参数配合实验可知，一定程度上增加钻压和转速可以增大机械钻速，但排量对钻速影响较复杂，无明显规律，因此应根据实际问题优选排量参数；3) 通过高压水力喷射实验冲蚀深度与喷嘴压力呈线性关系，冲蚀深度与喷射距离成反比关系，t、p增大时，冲蚀深度h增大，S、增大，则会导致h减小。 因此要得到较大的h，应增大P、t,减小S、。当喷嘴直径固定时，破碎坑直径与K3成正比关系，当K3固定不变时，破碎坑直径与喷嘴直径成正比。冲蚀体积与冲蚀深度呈正相关关系。随着冲蚀深度的增加，冲蚀体积也增大。 5、实验总结1）、本次实验成败之处及其原因分析（1）在本次实验过程中，我们小组针对个人的特长进行了详细的分工，确保在调查过程中能够高效、相互协作； （2）在实验进行之前，我们结合钻井的相关资料，进行了细致的分工，整个实验过程进行得比较顺利； 2）、本实验的关键环节及改进措施（1）在岩石可钻性测定试验中要精确记录时间，尽量减少时间误差，岩样要