钻井工艺技术实验报告.

1、东北石油大学NortheastPetroleum 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0一、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。分析影响射流冲蚀能力的因素及影像形式，主要分析喷嘴压力、

2、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：V8.64 / T式中V 钻头钻速， m/h；T 钻进时间， s； 8.64 换算常数表 1.1岩石可钻性分级指示类I 软II 中III 硬一二三四五六七八九十级级级级级级级级级级级指标钻速210.50.30.10.060.030.010.008|>2（ m/h)10.50.30.10.060.030.010.0080.004(2)岩石可钻性测定实验修正杨格模式vpe =KCpCH

3、 (W -WM ) n1(1+C2h）C p exp a3 D v GDsdPsC HPsn10.31Psn0.8527 pen式中ve 钻速， m/h；W 钻压， N；WM 门限钻压Cp 压差影响系数；CH 水力参数影响系数；C2 牙齿磨损系数；a3 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；h 牙齿磨损量； n 转速， r/min ；转速指数；Dv 垂直井深， m；P 实际的钻头比水功率，KW/cm 2；Psn 井底充分净化时要求的钻头比水功率，KW/cm 2；pen 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peWWM式中pe 钻速， m/h

4、；W 钻压， N；WM 门限钻压， N。 转速对机械钻压的影响pen式中n 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2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

5、系为：hK 2 (PPth )式中h 冲蚀深度mm；P 喷嘴压力 MPa；K2 实验常数；P 临界射流压力。th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h 冲蚀深度mm；hmax 最大冲蚀深度mm；t 冲蚀时间sec；t1 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：h50.71.34S,0S30mm式中h 冲蚀深度mm；S 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：h17.80.46S,0S30mm式中h 冲蚀深度mm；S 喷射距离 mm3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：h16.9

6、9.5PA式中h 冲蚀深度mm；PA 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：DK 3d0对于天然岩芯， K 3 的取值在 10-16 之间；对于人造岩芯， K 3 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d0 - 喷嘴直径， mm；h - 冲蚀深度， mm；K 4 - 系数，如下所示：表 1.2岩芯岩芯编号d0（ mm）K 41-1#1.25102-1

7、#1.257.52-2#1.25644、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，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)

8、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。56、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，1

9、994.1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67二、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)36.0322.1217.50V(m/h

10、)0.240.390.49表 1.1岩石可钻性分级指示类I 软II 中III 硬一二三四五六七八九十级级级级级级级级级级级指标钻速210.50.30.10.060.030.010.008|>2（ m/h)10.50.30.10.060.030.010.0080.004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）1.752.53.2544.755.51吨钻速（ Vm）0.311.4662.4763.384.234.640.13米 / 时实验条件：转速(n)=170 转 /

11、分, 排量 (Q)=4升 / 秒图 2.1 钻速与钻压的关系曲线55m 4mV4速钻32钻械2械机 1机 10002460246钻压p钻压p图1钻压对机械钻速的影响图1钻压对机械钻速的影响0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）5090130170210250290转/ 分钻速（ Vm）0.7321.5121.7521.8242.0522.12.748米/ 时实验条件： 钻压（ P） =3.25T ，排量 (Q)=4升 / 秒3h/m2,mV速钻 10050100150200250300350转速n , r/min图 2.2转速与机械钻速的关系曲线3、 排量对机械

12、钻速的影响表 2.3排量与机械钻速的数据排量（ Q）2345671升 / 秒钻速（ Vm）2.472.472.632.212.342.412.28米 / 时实验条件：转速(n)=170 转/ 分 ,排量 (Q)=4升 / 秒2.7时/2.6米2.5）m2.4V（2.3速钻2.22.1012345678钻压（ P） 吨图 2.3钻速与排量的关系曲线1三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）， mm2.84089.540816.240822.9408实验条件：喷嘴直径d0=1.25

13、mm， =5 度，喷射距离 S=22mm，等速核长，=27mm，冲蚀时间t=20sec，）h（ m度 m深蚀冲25201510505101520喷嘴压力（ P），Mp a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）mm2.38445.82678.823810.3663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=192cm/s，12图 3-2冲蚀时间与冲蚀深度的关系曲线）10h（ m度 m深蚀冲86420103

14、06090冲蚀时间（t）23、喷射距离实验2-3#喷射距离对冲蚀深度的影响表 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3。d0=1.25 mm，喷嘴压力 P=15 MPa，冲蚀时间 t=20s ，流量 Q=167cm/s时/米）mV（速钻151050051015202530钻压（ P） 吨图 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

15、：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=22mm16） 12h（度8深蚀冲 4000.20.40.60.811.2井底液压（ Pa ）图 4-1 井底液压与冲蚀深度的关系曲线35、破碎坑直径实验表 5.1.1实验参数与破碎坑直径的关系岩心实验参8101214165数（ K3）喷嘴型号1.251.251.251.251.251.25d0(mm)破碎坑直径1012.51517.5206.25（ D）表 5.1.2实验参数与破碎坑直径的关系岩心实验参8101214165数（ K3）喷嘴型号1.451.451.451.451.451.45d

16、(mm)0破碎坑直径11.614.517.420.323.27.25（ D）25）D 20（径 15直坑 10碎破50024681012141618岩心实验参数（K3）25） 20D（径15直坑 10碎破 50024681012141618岩心实验参数（K3）图 5.1岩心实验参数与破碎坑直径的关系曲线46、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实验参数 K4破碎坑深度冲蚀体积 V（mm）h(mm)144.156255220.7812510441.56252-2#1.25615662.3437520883.125301324.6875401

17、766.25502207.8125图 6-6.1破碎坑深度与冲蚀体积的关系曲线53.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

18、。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

19、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。64、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