评价钻头特性的钻井试验系统.pdf

铫 ， 圳 ， 国外 钻 井技 术 曼 ， 薯 评 价 钻 头 特 性 的 钻 井 试 验 系 统 ⋯一 一 一 一 『} 在钻井过 程 中，与 钻头 有关 的 费用 占投 资总额 的很大 一部 分 。不 当地 使 用钻 头和 钻 进／ 水力 参数 ，会 造成大量 的非 生产性资金浪 费 原因在于 钻 速低 ，钻 头寿命 短 ，更 有甚 者还有落物打捞 。在 日本 ，有 5 0 o 0多米的探 井进尺与复 杂地 层有 关 ，因而尤 有必要 恰 当 选用钻头 ，优选 钻 进 ／ 水力 参 数 ，预 测钻 速 、 钻 头寿命 ，并防止事故发 生。 为 了钻进参 数优选 和其 它 与钻井 有关 的 研究 ， 日本 国 家 石 油 公 司 的 技 术 研 究 中心 TR C 开 发 了 一 套 先 进 的 钻 进 测 试 装 置 DTS 。实际上 ，D I S可 以用 于全 尺 寸钻井 测试 ．因为它可 以模 拟从地 面到 地下约 5 0 0 0 米深 处的 井眼压 力与温 度 状况 ，其 相 应钻 头 外径可 为 到 8 1 ／ 2 ，岩样 直径 为 1 5 1 ／ 4 时 ， 长 度 可 选 一 米 。 所有 的 操 作 都 可 通 过 DTS的 微机 系统 控 制 ，整个 过 程可 由显示 屏 上 图象 和数据监 测 。通过特 制 的数 据采集 和 控制 系 统 D AC S ， ． 岩 心 可 以 0 ． 5 H z的频 率 取 测。 表 I 列 出了 D TS的部分 规范参数。 由于 DTS可显示具 体的测试条 件 ．数据 由高精度 的传 感器测 得 ，并且 ，影 响测 量 的 因素如钻 柱柔 韧性对 钻 速测 量 的影 响，能够 大大减 小 ，从 而 非 常 有利 于 评 估 钻 头 工 况 ， 分辨出影响 钻头工 况 的特 别 因素如 钻压 、转 李根 生技 p ． ／ J ‘ ’ 速 、钻头类 型 ，岩石类型 ，流体类型等 。 从 1 9 9 4年 至今 已对 3种类 型的岩样进行 了 4 1次测试 ，1 3次 为块 状砂 岩 ，1 3次 为火 山凝灰岩 ，1 5次为硬泥 岩。对块 状砂 岩的测 试是为 了考 查 上覆 岩层 压力 对钻 速 的影 响。 所用钻 头有 一 个是 I ADC标 准 R 4 3 7型 P DC 钻头 ，一个 I ADc标 准 5 2 7型 镶 齿钻 头和一 个 标准 M7 1 4型金 刚石 钻头。 表 2列 出 了火 山 凝 灰 岩 流纹 岩膜安 岩 和硬质泥岩 的部分物性 。以表 2为基础 ， 可 以预计 到 ，硬 质砂岩 可钻 性 比火 山凝 灰岩 差 ，原 因是 前 者体积 密度 、纵 波速度 均 明显 高于后 者 ，而前 者孔 隙度 远小 于后 者。 根据 测试数据在 以后可 以作 出类似 上述 的预计。 表 3列 出了所有对 火 山凝 灰岩 和硬 质泥 岩测试的固 定的 参数条 件 。表 4列 出 了具 体 的钻压 、转速 和上覆 岩层 压 力。每 次测 5到 6个样 品 ，每个 样品长为 8 0 ～1 5 0 mm。通常 ， 上覆岩层压 力是 固定 的 ，即 1 4 0巴或 7 0巴， 且每个样品测试都 有确定的钻压 、转速组合 ， 如 2吨 N1 o 0转 ／ 分 X1 4 0巴或 X7 0巴。测试 条件 ，如钻 头类型 ，岩石类型 ，钻压 、转 速 、 上覆 岩层 压力等 ，根据石油公 司的需要确 定。 DT S测试 的 目的是通 过测试 日本 的典型 岩石确定 出适 宜的钻 速较 高 、进 尺较 长 的钻 头 。 日本 国家石 油公 司想 ，为 典 型钻井 条件 建立一个综 合性 的数据库 并开 发出一系列钻 ， 凹 0 、 r 厂 、 引 { 、7 ， 一 弋 维普资讯 国外钻井技术 第 1 4 卷1 9 9 9年第 5 朔 表 1 一DI S的部分规范 井 参 数 规 范 井 参数 规范 1 围压 ，0 0 0 k g ／ c mz 7 钻头 尺寸 6 ～8 2 上覆岩层压力 1 ，2 5 0 k g ／ c m 8 钻压 0 --3 0 t 3 ． 孑 L 隙压力 7 0 0 k g ／ c 9 转速 1 0 1 0 0 r p r a 4 井眼 压力 6 0 0 k g， c 1 0 扭矩 81 6 k g f m 5 岩样R寸 直径 1 5 ～3 9 时，长 1米 1 1 扭矩 1 6 3 k m 6 地层 温度 如 0 ℃ 、 表 2一岩样和 I A D C钻 头的特性 火 山凝灰 岩 流纹 岩／ 英安 岩 硬质 泥岩 孔 蹿度 体积 密度 纵 波速度 孔隙度 体积密 度 纵 波速度 ％ g ／ c r n - k m ％ k m／ s 2 3 2． 5 01 4． 7 8 0 5 2 7 4 2 6 0 7 I A DCM4 4 2 P D C钻 头 I A DC 5 3 7 镶 齿钻 头 ；1 ADCM8 4 2 金刚石 镶齿钻 头 表 3一火山凝灰岩 和硬质泥岩测试的 固定参数 压力 k g ／ c m 2 钻井渡 }温度 上疆岩层 围压 井眼压力 流量 L ／ ra i n 电阻牢 西门于 J 牯度 c p ℃ 3 5 0 1 7 5 7 0 ， 1 4 0 8 3 0 1 _／,5 褐 煤 土 ； 10 f 水 I 3 0 牯 土 ； I 水 I 4 0 表 4一钻压 、转速和上覆岩层 压力 钻 头类型 岩 石类 型 钻 压 t 转 r 上 覆 岩层 压力 k g ， c P Dc 硬质 泥岩 1 ，2 ．4 ，6 1 0 0，2 0 0 ．3 0 0 7 0～ 1 4 0 I A D C M4 4 2 火山凝灰岩 1 ，2 ．4 1 0 0 ．2 0 0 ．3 0 0 镶 齿钻 头 泥岩 2，4 ，8 ，t 2 。 5 O，1 0 0 ，2 0 0 70一 I 4 0 I A DC 5 3 7 火 山凝 灰岩 4 ．8 ， 1 2 5 0，1 0 0，2 0 0 盎 刚石 钻头 泥岩 2 ，4 ，6 1 0 0．2 0 0 ，3 0 0 7 0 1 4 0 f I A 1 3 C h 倍4 2 火山凝 灰岩 2 ，4 ，6 1 0 0．2 1 0 ，3 0 0 ，6 0 0 速和钻 头寿 命 模 型 ，试 用 、改 进这 些 模 型 ， 然后 掌握实 际钻 井参数 优选 ，改 进 钻速 和 钻 头寿命预测 ，诊断钻井事故。 数据 分 析结 果 发现 关 于 钻 速 和 可钻 性 ， P DC钻头 I C M舭2 似乎最 适于钻 火 山 凝灰岩和硬 质 泥岩 ；用水 作钻井 液 可 以显 著 提 钻速和 可钻性 ，原 因是改 善 了钻 头净 化 状 况 另外 ，还开 发和在 一 定程 度 上确 认 了 一 个 P D C钻 头的初步模型 。但是 ，至今仍没 法预测到 可测 量的 或可 见 的钻 头钝化 ，实 际 钻 头寿命 仍依 赖于 进 一步 的试 验 和调 查 ；同 时 ，上覆岩层压力 对钻 速 和可钻 性 的影 响需 要进一步 的调 查加 以确认 ，因为 已发现 当其 它条 件不变 时 ，钻速 和 可钻性 随上 覆岩 层压 维普资讯 31 力无规则地 发生变化。 为了弄 清钻进 机理 ，开 发准 确 可靠 的模 型 ．正进行进一步的试验 和数据分 析 。 钻速评价 钻速评价是 研究 钻 速与 岩石 类型 、钻头 类型和地层流体类型 的关系 见表 2，3 。 表 5列 出了使用 泥浆 作 钻井 液 时 的钻速 数据和有关 的影 响 因素 ，包 括 钻压 、转速 和 上覆岩 层 压力 。从 表 5可 见 ，对每 个 钻 头 ， 上覆岩层压力非常接 近 ，而 P D C钻头钻压 要 低于镶齿 钻头和 金 刚石 钻头 。可是 ，对硬 质 泥岩 和火山凝灰岩 。最高 钻速对 P DC钻头有 着显著 的影 响 钻硬质 泥岩 ，P DC钻 头钻 速 为 1 ． 5 2粘 川、 时 ，约 为 镶 齿 钻 头 0 ． 6 l米 ／ 小时 的 2 ． 5倍 ，金 刚 石 粘 头 0． 3 8米刖 、 时 的 4倍 。钻 火 山凝灰岩 ，P D C钻 头 钻速 为 1 ． 6 3米 、 时，太约 比三牙 轮钻 头 1 ． 3 7 米／ I J ,时 高 2 { 】 ％ ，大 约 是 金 刚 石 钻 头 0 、 6 9米 、 时的 2、 4倍。 从表 5也 可看 出岩石类型对钻速 的影 响 ， 即钻硬质 泥 岩比钻 火 山凝灰 岩要难 。对 于钻 速 ，P D C 钻 头 钻 硬 质 泥 岩 1 ． 5 2米川 、 时 比钻火 山凝 灰岩 1 ． 6 3米 、 时低 7 ％ ；三 牙轮钻 头钻 硬 泥 岩 0 ． 6 1米 ／ ， 、 时 只是钻 火 山凝 灰岩 1 ． 3 7米刖 、 时 的 4 5 ％ ；金 刚 石钻 头 钻硬 泥 岩 0． 3 8米 ／ J J , 时 仅 为 钻 火 山凝灰 岩 0． 6 9米川 、 时 的一 半 。这 些 结 论 证明 了表 2的预 测 ，比较 而 言 ，较 低 的孔 隙度和较高的体积密度 、较高的纵波速度对 应于较低 的钻 速和 可 钻性。 比较 起来 还 可看 出用 P DC钻头在钻速 上的优越性 ，钻硬泥 岩 要强过 钻火 山凝灰 岩 表 6列 出了用清 水作 钻井 液肘 的钻速 与 相 关影 响 因素 包 括 钻压 、转 速 和上 覆岩 层 压力 的关 系 。从表 6还 可看 出 ，每 个 钻头 所处 的上覆岩层压力一样 均 匀 1 4 0巴 ，而 P DC钻 头 钻 压 低 于 三 牙 轮 钻 头 和 金 刚石 钻 头 。可 是 ，P DC 钻 头 钻 速 最 高 钻 硬 泥 岩 时，P D C钻头钻速 为 2． 0 4米州 、 时 ，约 为 三 牙轮 钻 0． 7 2米 ／ 4 , 时 的 2． 8倍 ，约 为 金 刚石钻 头 1 ． O 5米／ ， j 、 时 的 2倍 。还 可 看 出 。三牙轮 钻头钻 硬 泥 岩 的 钻速 0 ． 7 2米 ／ 小时 仅 为 钻 火 山凝 灰 岩 2 ． 5 5米删 、 时 的三分之一 。这表 明，钻硬泥 岩 比钻 火 山凝 灰岩要难 。这一 结论 证明 了基于表 2的结论 ， 即低孔 隙度 、高 体积密 度 和高 纵波速 度 对应 于较低 的钴速 和可钻性 。 另外 ，对 表 5表 6的数 据 进 行 了 比较 ， 发现用三 牙轮 钻 头钻泥 岩 ．用 清水 钻井 液 钻 速 为 0． 7 2 米 ／ ， J 、 时 比 采 用 泥 浆 钻 井 液 高 2 { 】 ％；钻火 山凝灰 岩用清水钻井液钻速较高 ； P DC钻头钻硬泥岩时 ，用清水 钻井 液 钻速 为 2 ． 0 4米 川 、 时 ，大约 比用泥浆钻井液高 3 5 ％； 金刚石钻 头钻 泥岩 ，采 用清水 钻 井液 钻速 为 1 ． 0 5米 ／ ， J 、 时 ，比采 用 泥 浆 钻 井 液 高 出 2 ． 5 倍 。考虑 到 I A I c M8 4 0型短 齿 金 刚 石 钻 头 采 用 清 水 钻井 液 和 泥 浆 钻 井 液 时 钻 速 比 表 5 一钻速及其影响因素 泥浆钻井液 钻 速 钻压 转速 上覆岩 层压 力 钻 头类 型 岩石 类型 m／ h r 【 c r p m h a r P DC钻头 硬质 泥岩 1 ． 5 2 2 ． 2 1 5 6 1 2 4 ‘ I A DCM4 4 2 火 I l I 凝 蔽岩 l 6 3 l 6 1 5 4 1 2 2 三牙轮 钻头 泥岩 0 ． 6 l 6 2 8 9 1 1 7 1 A DC 5 3 7 火 山凝藏岩 1 ． 3 7 5 5 8 9 1 t 6 金 刚石钻 头 泥岩 0 3 8 3 ． 3 3 1 3 l 1 8 1 AD C M8 4 2 火 山凝灰 岩 0 6 9 3 ． 3 3 1 9 1 0 7 维普资讯 国讲钻井技术 第 1 4 卷l 9 9 9 年纂s 期 表 6一钻速及其影 响因素 清水 钻井液 钴建 钻 压 转 速 上 疆岩层 压力 钻 头类型 岩石类 型 r o ／ k r t r p m h a r P I X3 钻 头 硬 混岩 2 0 4 2 ． 6 1 3 3 l 4 0 M4 4 2 火 山凝灰 岩 没测 试 三牙轮 钻头 硬 泥岩 0 ． 7 2 3 9 1 3 3 1 4 0 L 4 ／ y ,_5 3 7 』 山凝 灰 岩 2 5 5 f 3 7 1 3 2 l 4 0 盎刚 石钻头 硬 混岩 1 0 5 3 ． 8 3 9 3 1 4 0 眦M8 4 2 火 山凝灰岩 { 没测 试 2 ． 5 最大。有 人 认 为低 粘 度 1厘 泊 的 水有助 于清洗 钻头 牙齿和 水眼从 而提 高 了钻 速 。 用清水钻井液 钻硬 泥岩 时 ，P DC钻 头 的 钻速 1 ． 0 5术 ／ ， 』 、 时 甚 至 比 三 牙 轮 钻 头 0 ． 7 2米川 、 时高 4 5 ％，这表明 ，当钻头 牙 齿和水 眼处于 净化 状态 时 ，短齿 金 刚石 钻头 通过刮削和研磨钻进 ，比三牙轮钻头主要靠 压碎 和刮削破 岩 更有效 。总 的看来 ，钻火 山 凝 灰岩 和硬 泥岩时 ，P D C钻头剪 切破 岩 钻进 似乎优于金刚石钻头和三牙轮钻 头。 虽然已测过 了上 覆 岩层 压力对 钻 速 和可 钻性的影响 ，但据观 察 ，在其它条件不变 时 ， 钻速 随上覆岩 层压 力变化 不规 则 。将 进行 进 一 步 的测 试和调查 来解释这种现象 。 可钻性评价 可钻性是 根据一 定 岩 石类 型 、钻 头类 型 和流体类 型条件 下 钻压 、转 速对 钻速 的影 响 进行评 价的。 计算可钻 性时发 现 转数 、上覆 岩层 压 力 一 样大 表 5 而别 的 条件恒 定 表 4 因 而钻速钻压 比可作 为可钻 性指 标。 从 表 5发 现 ，用 P D C钻 头 钻火 山 凝 灰 岩 ，钻速 钻压 比为 1 ． O 2 ，是 硬 泥 岩 0 ． 6 9 的 1 ． 5倍 ；对于 镶齿 牙 轮钻 头 ，钻火 山凝灰 岩 时钻速钻压 比为 2 ． 5 ，是 硬泥岩 1 ． 0 的 2 ． 5倍 ；而对 于金 刚石 钻 头 ，钻 火 山凝 灰 岩 时 钻 速 钻 压 比 为 0． 2 1 ， 大 约 是 硬 泥 岩 0． 1 2 的 1 ． 8倍 。钻火 山凝灰岩 时钻速 、钻 压对每种钻头都是高于钻 硬泥岩时的相应值 这表 明在某种 程 度上钻 速可代 表 可钻性 从而 证 明基于表 2的预测 ，即 比较起来高孔 隙度 、 低体积 密度 和低纵 波速度 对应 于较 高的 钻速 和较高的可钻性 有人认 为 ，用 清水钻 井液有 助于 钻头 牙 齿和本体的清洗 从而对 可钻 性产生积极影 响 可以看 出 ，用清水钻井液 表 6 ，钻硬 泥岩 P D C钻头钻速钻压 比为 0 ． 7 8，是泥 浆钻井 液 0． 6 9 的 1 ． 1 2倍 ； 表 5 同样 ，对镶齿 牙 轮钻头 ，用清 水 钻 井 液 时 表 6 钻 速 钻 压 比为 0． 1 8 ，是 泥浆 钻井 液 0 ． 1 0 的 1 _ 8倍 表 5 ；对金 刚石 钻 头 ，用清 水 钻 井 液 时 钻 速钻压 比为 0． 2 8，是泥浆 钻井 液 0 ． 1 2 的 2 ． 4倍 表 5 为进一 步认 清 规律 ，又将 数 据作 表 7处 理 。从表 7可 看 出钻速 值表 明对 钻 头类 型 而 言 ，P D C钻 头 的 钻速 最 高 ；对 于 岩 石 类 型 ． 钻火 山凝灰 岩的钻速与可钻性均高于 硬泥岩 初 步模型 的建立 为 了描述钻 速 与其相 关 因素 的关 系 ，必 须建立数据模型 。 最初作 了许 多交 汇 图来 认 识 上覆 岩层 压 力 、转 速 钻 压 和其 它 因素不 变时 钻速 与 钻压 转速 的关 系 表 4 。所有 的交 汇 图 都表 明钻速 与钻压 之 间 、钻速 与转 速 之 间为 线性 关系 ，因而有若 干 以钻 压和转 速 为变 量 维普资讯 的钻速模 型被 开发 为线性 形 式。这些 模 型 与 实际数据 非常相 符 ，模型 系数有 助 于校 正 不 同参 数 钻 压 ，转速 对钻速 的影 响。 因此 ， 以系数 值 ，置信度 试验 和 效果 试验 为基 础在 不同钻头类 型 、岩 石类 型和流 体类 型 之 间进 行 了对比 ，结 果 也满足 。 比较 起 来在 镶齿 牙 轮钻 头 I AD C 5 3 7 、金 刚 石 钻 头 I A D C M8 4 0 0 2 、 P I N2 钻 头 I A1 X；M4 4 2 中 ， P D C钻 头是 最 好 的 钻 火 山 凝 灰 岩 和 硬 泥 岩 ；用 清水 钻井 液 可 带 来 高钻 速 和高 可 钻 性 火 山凝灰岩 孔隙度 2． 3 ％高 ，低体积 密度 2． 5 0 1克 ／ 立方 厘米 对应 于较高 的可 钻性 ，与 低孔 隙 度 o ． 5 ％和 高 体 积 密度 2 ． 7 4 2 g ／ c m3 的硬泥岩成对 比。 为进一步说 明 ，以 表 8为基 础 进行 一个 模 型试验 ，可看 出，表 8中的数据来 自 P DC 钻 头 M4 4 2 实 验 ，硬 泥 岩 表 2 ，泥 浆 钻井液 表 3 和其它 因素都恒定 。 表 8数据 用多元 线性 回归分 析 ，用最 小 二乘法和表 8左 边数 据 ，将钻 速 看成 是 因变 量而将钻压 与转速看 成 自变量。结果得 钻速 米 ／ ， J 、 时 1 ． 2 8 10． 8 1 3 2 钻压 十0 ． 0 1 3 9转速 方程 1 表 7一不 同类型钻头的可钻 性 用泥浆钻 井液 J 钻速 转速 钻 压 上覆 岩层 压力 钻 头类 型 【岩石 类型 “n f f r p m c f b a r P 12 X ／钻士 硬混 岩 3 】 1 l o 4 1 4 O I A DC M4 4 2 山撮 藏 岩 4 ． 7 3 l o 0 1 4 0 镶 齿牙 轮钻头 混岩 0 4 7 1 0 0 4 I 4 0 I A DC 5 3 7 火 山凝 灰岩 I 3 2 1 f l 0 4 1 4 0 金 刚石钻 士 岩 O．3 6 l 【 M ] 4 1 4 0 I 肌M8 4 2 山凝灰 岩 N／ A N A 表 8一解释钻速模型的数据 组 P I C钻 头 ．泥浆钻井液 J 硬 泥岩 ，上覆岩 层压 力为 1 4 D b a r 井 I 转 速 t rprn 钻 压 t 2 l 1． 4 7 1 0 0 l I 8 3． 1 7 3． 7 4 5{ 2 ． 3 2 6 2． 92 8 7 4 4l 硬混 岩 ，上 覆岩 层压 力为 7 0 b a r 井{ m髓 ／h r 转 速 rpm 钻 压 t 8 1． 0 9 1 0 ． 9 3 2 ． O 1 0 2 I 1 1 0 0 I 9 由左边 数 据作 出圈 1 a如下 由右边 数据 作 出图 j b如 下 ．图 中 编号 即表 中相应 的编号 这一 模型 表 明 ，就 这组数 据 而言 钻压 和转速均 对钻 速有 着积 极 的影响 ，这 易于解 释 。图 1 a 充分表 明这 个模型与实 际钻速的 变 化非 常相符 ，实际数 据 与方程 确定 的数 据相 差甚 微。统计 分析 数据 表 明，所有 系 数标 准 误差均 很小 ，且 置信 度高 ，效果 试 验 的 F一 比数据 表 明 ，这组 数据 中，钻 压对 钻 速 的影 响 F一比 4 4 3 比转 速 对 钻速 的影 响 F 一 比 1 2 3 更大 而且 ，以估计 系数 值和相 应的标准误差 为基 础 ，系数 范 围是 以 9 5 ％的 维普资讯 国， 瞄 井技术 第 1 4 卷1 9 9 9 年第 5期 置信度计算出来的。统计而言，方程 1的系 数值 在特定条件下可在置信度 区间加以调整。 可是 ，在置信 度区间为特殊应用可调整数据 的方 向仍有赖于进一步 的研究 。 为进 一步 检验 方 程 1 ，将 方 程 1用 于预 测其他试验钻速 表 8右边数据 。结果 发现 预测 的钻速与 实际钻 速趋势非 常相符 图 l b 。实际上 ，用现场的数据对方程 1 进行 了 检验 ，而令人激 动的是 ，大量来 自 P 【 c钻头 所 钻井段 的数据 与实际钻 速趋 势非常相符 。 方程 1和其 它试验 表 明，建 立非 线 性形 式的钻 速模型 都 不必要 。非线 性模 型 建立 的 基础都是 DTS试验 和现场数据 。可是 ，与线 性模型 比较 起来 ，如方 程 1 ，投 有哪 个 非 线 性模型具 有什 么优越 性 ，不 论是 数据 确 定 即 模 型建立 依 据 ，还是 对其 它 数据组 的钻 速预 测 ，都没有优 越性 可言。 _～～ 厂～～ ] I ／㈡ I．fi ／ 。 一 j一 一 {。 ～ l_ 一一 _ I 图 l P DC钻 头 的初步 模 型 ROP m／ h r 一1 ． 2 8 1十0 ． 8 l 3 2 woB “tO l 0． 0 1 3 9 R PM 图 中括号 为表 8中 的相 应井 号 对 于模型 的形 式 ，无论 是线 性 还是非 线 性 ，都受特 定建 立环 境 的影 响 。其适 用 性决 定于建立环境与应用环境间相似性大小。 线性回归分析法 的好处在于 ，应用 简单 ， 解释直接 ，修改方法容易发现。修正方法有 增加参 数 ，减 少变 量 ，改 为 非 线性 形 式 等 ． 均可通 过考查 其余数 量即 实际值 与预测钻 速 问的偏差而发现。事实上，模型功能大小取 决于选 参方 法 、参 数 变 化 范 围和 建 模 环境 ， 而不 是模 型形式 线性或非线性 。 结 论 1 ．日本 国家石油公 司已掌握 了一套 先进 的钻进测试系统 Ⅱr S ，这一系统可用于全 尺寸钻进测试 ，其结果似乎有利于认清钻进 机理 ，为钻井选择 钻 头和 建立钻 头工 况模 型 表 5 ，6 ，7和图 i 。 2 ． 对 于 DT S试 验 中使用 的钻 头 ．对 比 l ADC 5 3 7镶齿 牙 轮钻 头和 I ADC M8 4 2金 刚 石钻 头而 言 ，I AD C M4 4 2型 H c钻 头 似 乎 是钻火山凝灰岩和硬泥岩的最合适的高钻速 、 高可钻性的钻头；比较起来，P D c钻头钻硬 泥岩时 ，转速上 的优越 性 比钻火 山凝 灰岩 更 高 表 5，6，7 。对于岩石类型 表 2 ，火 山凝灰岩 孔 隙度高 、体 积密 度小 、纵 波速 度 小 ，从 而 对 应 钻 速 高 ，可 钻 性 较 好 表 5 ， 6 ，7 。 3． 用清水钻井液 时钻速较 高 ，可钻性 较 好 ，这 说明钻头 牙齿 和钻 头本 体净 化 良好 时 钻头工况明显提高 表 5 ，6 。 4． 建立 了一 个 初 步 的 P DC钻 头 钻 速 模 型 ，并在 一定 程 度上 得到 了证 实 表 8，图 1 。可 以预 见 ，随 着 进 一 步 的 发 展 和 改 进 ， 以 D TS试验数据 为基础 的模 型将在钻 井实 践 中得 到应用 。 下转第 3 9页 维普资讯 很相似 ，因为从钻头 轴向 ，泥浆马达 横 向不平衡 和泵上 所得 的 主要激 励源 是 实际 的。由此测定推力器活塞的轴向加灌 度、 一 横 向加 速度 、流量 、推 力 、马达 的进 口压力 和 推力器壁与刚性液缸之 间对流量的反作用力。 因为组合长度是 可变 的 ，故有必要使用液缸 。 在空 气条件 下这 项试验 的不利 因素 是不能 用 简单方法 测量 钻 头激励 力 的大小 。振动 也 与 泥 浆马达的转 速有 耦合 作 用。具有 7 ／ 8瓣 的 4 ％ 泵只提供 7 X泵转速 的压力振 动 图 9钻 进测 试装置 图 1 0为检 测 的钻压 与 流量 的关 系 曲线 。 理论和实测 的钻压 wO B 都与 q 2 成 比例 ． 其 中 q是指流量 用 P DC钻 头代 替三牙 轮钻 头进行 测试 没有成功 ，因为 P D C钻头的切 削 作用太大 。 第 三个实 验 是用 钢 盘来代 替水 泥 块 图 1 1 。钻井 时此 三牙轮钻头在钢盘 上转动 ，并 且激起更强的轴 向和横向振动。钻井检测 中 运用 了同样 的装置 ，因为 它无进 尺 故更 容 易 进行 测量 在 钢盘前 面装 一 全 电桥 轴 向应 变 传感 器接 头来 测定钻压 。 此 测 量 方 法 可 测 得 ，4 4 5流 量 的 强 钻 压 振 幅和 高加 速振 幅。频谱 图也显示 出钻头轴 向宽频激 振 和马达 的不均 衡 响应 ，因为 用 了 滑杆机构使 得横 向加 速 度的值更 高了。推 力 压力和反作用力信号表示轴向激励的影响和 较好的阻尼过程。传输函数是用钻压信号作 为激励源 进行 计算 的 ，并且 速度 响 应是 通过 加速信号来计算 的。 匡墨羁 卜 _r l／1 ～ 一 [ 三 _ j __ 一 _j 二二J 二] _ _ 20 0 Ⅻ4 1 1 1 5 0 1 1 图 1 0钻压 与 流量关 系 的实 测 茁线 图 1 1 用 牙轮 钻头 钻钢 盘 的测试 装置 结 论 环路检测 的实例 可 以表 示 出滑 杆井 下 马 达推力 器钻具 组台 的动 态特 性 。实 验结 果 可 以改善 计算 模型 和提供 大 量 的模 型 参数 。应 用计 算机拟 合预测 出整 个钻具 组合 的动态 过 程比过去的更可靠，一个简单的一次模型可 以很快 的预测 出应用 推力器 的益处 。 译 自 S PE／ I ADC 5 2 82 3 【 上接第 3 4页 析 。 5， 为进 一步认识 钻头 特性 钻 速 ，钻 头 寿命 与其 有 关 因素如 上覆岩 层压力 等 之 间 的关系 ，需要 进行 更多 的试验 和进 一步 的分 译 自 S P E 4 7 8 0 9 维普资讯