53] 其中，Q為臨界排量，屯為噴嘴直徑，e為噴嘴的流量系數(shù)，n為噴嘴個(gè)數(shù)，P為鉆 井液密度，N。為±體在射流沖擊下的無(wú)因次承載力系數(shù)，S。為不排水抗剪強(qiáng)度。
[0054] 然后對(duì)應(yīng)確定的一個(gè)噴嘴直徑，得到一條臨界排量-不排水抗剪強(qiáng)度的關(guān)系曲 線。選擇不同的噴嘴直徑W得到多條臨界排量-不排水抗剪強(qiáng)度的關(guān)系曲線。多條臨界 排量-不排水抗剪強(qiáng)度的關(guān)系曲線構(gòu)成水力參數(shù)設(shè)計(jì)圖版。如圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例的水力參數(shù)設(shè)計(jì)圖版。在該圖版中，對(duì)應(yīng)不同的噴嘴直徑分別獲得一條臨界排 量-不排水抗剪強(qiáng)度的關(guān)系曲線，其中，噴嘴直徑由噴嘴1至噴嘴6按順序依次增大。
[0055] 在步驟S003中，W鉆具最大允許排量Qm。、為基準(zhǔn)，繪制平行于不排水抗剪強(qiáng)度所 在軸的直線，該直線稱為最大允許排量基準(zhǔn)線，如圖2所示。最大允許排量基準(zhǔn)線與臨界排 量-不排水抗剪強(qiáng)度的關(guān)系曲線相交產(chǎn)生多個(gè)交點(diǎn)，送些交點(diǎn)對(duì)應(yīng)不排水抗剪強(qiáng)度的最大 值，即為在鉆具性能允許條件下水射流達(dá)到臨界破±效果時(shí)對(duì)應(yīng)的最大地層不排水抗剪強(qiáng) 度S。。。鉆具最大允許排量與所選的鉆具相關(guān)，鉆具確定則鉆具的最大允許排量確定。
[0056] 在步驟S004中，依據(jù)地層±體參數(shù)得到不排水抗剪強(qiáng)度剖面，從而得到導(dǎo)管下入 深度范圍內(nèi)的最大地層不排水抗剪強(qiáng)度Sum。、。如圖3所示，在不排水抗剪強(qiáng)度剖面中顯示 了不排水抗剪強(qiáng)度-地層深度的關(guān)系，其中為該地層導(dǎo)管下入深度內(nèi)的最大地層不排 水抗剪強(qiáng)度。
[0057] 在步驟S005中，判斷是否Sumax<S。。。
[005引當(dāng)8^。詩(shī)。。時(shí)對(duì)應(yīng)地層強(qiáng)度較小的情況，則進(jìn)入到步驟S006。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施 例中，如圖2所示，Sum。、由Sumgyi表示。此時(shí)，WSumgyi為基準(zhǔn)，在最大允許排量基準(zhǔn)線下，做平 行于臨界排量所在軸的直線。在最大允許排量基準(zhǔn)線W下，Sumgyi與噴嘴1、噴嘴2及噴嘴3 對(duì)應(yīng)的臨界排量-不排水抗剪強(qiáng)度關(guān)系曲線分別相交。如果出現(xiàn)送種情況則說明在最大允 許排量范圍內(nèi)，使用送H種尺寸的噴嘴均可達(dá)到最佳破巖效果，對(duì)應(yīng)的臨界排量分別為也1、 Qa2、Qa3,且Qai〈Qa2〈Qa3。
[0059] 在送種情況下選擇噴嘴尺寸時(shí)，主要考慮鉆井液的攜巖能力。鉆井液的攜巖能力 與鉆具的排量有關(guān)，鉆具的排量越大則鉆井液的攜巖能力越強(qiáng)。考慮到鉆井液攜巖能力的 需要，應(yīng)使用盡可能大的鉆具排量，因此選擇噴嘴3。
[0060]當(dāng)S^。,〉=S。。時(shí)對(duì)應(yīng)地層強(qiáng)度較大的情況，則進(jìn)入到步驟S007。在本發(fā)明的一個(gè) 實(shí)施例中，如圖2所示，由8。。。、2所示。此時(shí)，在最大允許排量基準(zhǔn)線下，W 為基準(zhǔn) 繪制平行于臨界排量所在軸的直線。該直線與臨界排量-不排水抗剪強(qiáng)度關(guān)系曲線沒有交 點(diǎn)，說明在該地層強(qiáng)度條件下，在最大允許排量范圍內(nèi)，使用上述噴嘴都無(wú)法對(duì)導(dǎo)管W內(nèi)地 層進(jìn)行完全破碎。此時(shí)選擇噴嘴尺寸時(shí)主要考慮水射流破巖效果，應(yīng)當(dāng)選擇最小尺寸的噴 嘴，因此選擇噴嘴1。
[0061] 在步驟S008中，獲取鉆井液排量隨地層深度變化的關(guān)系曲線W確定不同地層深 度所需的鉆井液排量，并將該關(guān)系曲線作為噴射下導(dǎo)管作業(yè)的鉆井液排量指導(dǎo)曲線。
[0062] 在該步驟中，如圖3所示，依據(jù)不排水抗剪強(qiáng)度剖面得到不排水抗剪強(qiáng)度-地層深 度的關(guān)系式。
[0063] 基于臨界排量計(jì)算公式（1-2)與不排水抗剪強(qiáng)度-不同地層深度的關(guān)系式獲得在 確定噴嘴直徑條件下的臨界排量-地層深度關(guān)系曲線。
[0064] 在確定噴嘴直徑的條件下，如果臨界排量小于或等于鉆具最大允許排量時(shí)，則取 臨界排量為設(shè)計(jì)排量；如果臨界排量大于鉆具最大允許排量，則取鉆具最大允許排量為設(shè) 計(jì)排量。
[0065]如圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例得到的鉆井液排量指導(dǎo)曲線。在臨界排量 小于或等于鉆具最大允許排量時(shí)，選取臨界排量為設(shè)計(jì)排量，如4圖中設(shè)計(jì)排量與臨界排 量重合部分。在臨界排量大于鉆具最大允許排量時(shí)選取鉆具最大允許排量為設(shè)計(jì)排量，女口 圖4所示設(shè)計(jì)排量與臨界排量分離部分。設(shè)計(jì)排量與臨界排量的分離點(diǎn)為鉆具最大允許排 量。
[0066]雖然本發(fā)明所公開的實(shí)施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采 用的實(shí)施方式，并非用W限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本 發(fā)明所公開的精神和范圍的前提下，可W在實(shí)施的形式上及細(xì)節(jié)上作任何的修改與變化， 但本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，仍須W所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于導(dǎo)管噴射下入水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，所述水力參數(shù)包括鉆具的噴嘴尺 寸和鉆井液排量，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一，獲取鉆井設(shè)計(jì)參數(shù)及作業(yè)區(qū)域的地層土體參數(shù)； 步驟二，依據(jù)所述鉆井設(shè)計(jì)參數(shù)及所述地層土體參數(shù)繪制水力參數(shù)設(shè)計(jì)圖版； 步驟三，依據(jù)所述水力參數(shù)設(shè)計(jì)圖版和鉆具最大允許排量，獲取水射流達(dá)到臨界破土 效果時(shí)對(duì)應(yīng)的最大地層不排水抗剪強(qiáng)度SUC]; 步驟四，依據(jù)所述地層土體參數(shù)獲取對(duì)應(yīng)于導(dǎo)管下入深度內(nèi)的最大地層不排水抗剪強(qiáng) 度s_x; 步驟五，判斷SUC]與s_x的大小關(guān)系以確定鉆具的噴嘴尺寸； 步驟六，依據(jù)確定的鉆具噴嘴尺寸、所述鉆具最大允許排量、所述地層土體參數(shù)及所述 鉆井設(shè)計(jì)參數(shù)繪制鉆井液排量-地層深度的關(guān)系曲線以確定不同地層深度所需的鉆井液 排量。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鉆井設(shè)計(jì)參數(shù)包括導(dǎo)管尺寸參數(shù)、鉆頭 水眼出口中心距離鉆頭中軸線的距離、鉆頭水眼出口傾角、噴嘴尺寸、噴嘴數(shù)量、噴嘴流量 系數(shù)和鉆井液密度。3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述地層土體參數(shù)包括不排水抗剪強(qiáng)度和 土體在射流沖擊下的無(wú)因次承載力系數(shù)。4. 如權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟二中，繪制所述水力參 數(shù)設(shè)計(jì)圖版進(jìn)一步包括： 計(jì)算水射流臨界切割深度，計(jì)算公式為：其中，L]0為臨界切害IJ深度，dcon為導(dǎo)管內(nèi)徑，L]c為鉆頭水眼出口中心距離鉆頭中軸線的 距離，α為鉆頭水眼出口傾角； 計(jì)算臨界排量，計(jì)算公式為：其中，Q為臨界排量，dn為噴嘴直徑，ε為噴嘴流量系數(shù)，η為噴嘴個(gè)數(shù)，L]C]為臨界切 割深度，P為鉆井液密度，N。為土體在射流沖擊下的無(wú)因次承載力系數(shù)，Su為不排水抗剪強(qiáng) 度； 選擇不同的噴嘴直徑以得到對(duì)應(yīng)不同噴嘴直徑的臨界排量； 針對(duì)不同的噴嘴直徑繪制多組臨界排量-不排水抗剪強(qiáng)度的關(guān)系曲線以獲得所述水 力參數(shù)設(shè)計(jì)圖版。5. 如權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟三中，進(jìn)一步包括： 在所述水力參數(shù)設(shè)計(jì)圖版中，以所述鉆具最大允許排量為基準(zhǔn)做平行于不排水抗剪強(qiáng) 度所在軸的直線，并將此直線作為鉆具最大允許排量基準(zhǔn)線，該直線與臨界排量-不排水 抗剪強(qiáng)度的關(guān)系曲線產(chǎn)生多個(gè)交點(diǎn)，這些交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的不排水抗剪強(qiáng)度的最大值，即為水射 流達(dá)到臨界破土效果時(shí)對(duì)應(yīng)的最大地層不排水抗剪強(qiáng)度SUC]。6. 如權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟五中，進(jìn)一步包括以下 步驟： 如果SUC1>S_X，則在所述鉆具最大允許排量基準(zhǔn)線以下，以S_x為基準(zhǔn)繪制平行于鉆具 臨界排量的直線，選擇該直線與臨界排量-不排水抗剪強(qiáng)度的關(guān)系曲線的交點(diǎn)中對(duì)應(yīng)臨界 排量最大的噴嘴直徑； 如果SUC]〈 =S_x，則選擇與鉆具最大允許排量基準(zhǔn)線產(chǎn)生交點(diǎn)的臨界排量-不排水抗 剪強(qiáng)度關(guān)系曲線中對(duì)應(yīng)的最小的噴嘴直徑。7. 如權(quán)利要求1~6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟六中，進(jìn)一步包括以下 步驟： 依據(jù)地層土體參數(shù)繪制不排水抗剪強(qiáng)度-地層深度的關(guān)系曲線； 基于鉆具最大允許排量、臨界排量計(jì)算公式與不排水抗剪強(qiáng)度-地層深度的關(guān)系曲線 獲得確定噴嘴直徑條件下的鉆井液排量-地層深度關(guān)系曲線以確定不同地層深度所需的 鉆井液排量。8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，基于所述鉆井液排量-地層深度關(guān)系曲線以 確定不同地層深度所需的鉆井液排量，包括： 在確定噴嘴直徑的條件下，如果臨界排量小于或等于鉆具最大允許排量，則取臨界排 量為設(shè)計(jì)排量，如果臨界排量大于鉆具最大允許排量，則取鉆具最大允許排量為設(shè)計(jì)排量。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于導(dǎo)管噴射下入水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，其中，水力參數(shù)包括鉆具的噴嘴尺寸和鉆井液排量，包括以下步驟：獲取鉆井設(shè)計(jì)參數(shù)及作業(yè)區(qū)域的地層土體參數(shù)；繪制水力參數(shù)設(shè)計(jì)圖版；依據(jù)水力參數(shù)設(shè)計(jì)圖版和鉆具最大允許排量獲取水射流達(dá)到臨界破土效果時(shí)對(duì)應(yīng)的最大地層不排水抗剪強(qiáng)度Suo；獲取對(duì)應(yīng)于導(dǎo)管下入深度內(nèi)的最大地層不排水抗剪強(qiáng)度Sumax；判斷Suo與Sumax的大小關(guān)系以確定鉆具的噴嘴尺寸；繪制鉆井液排量與地層深度的關(guān)系曲線以確定不同地層深度所需的鉆井液排量。本發(fā)明直觀快捷地得到一定地層條件下優(yōu)化設(shè)計(jì)的水力參數(shù)，可用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)設(shè)計(jì)和施工，具有較強(qiáng)的適用性。
【IPC分類】E21B7/18, E21B7/20, E21B10/60
【公開號(hào)】CN105386724
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410447020
【發(fā)明人】張輝, 路保平, 陳天成, 柯珂, 王磊, 白彬珍, 張進(jìn)雙, 孫連環(huán), 王果
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院
【公開日】2016年3月9日
【申請(qǐng)日】2014年9月3日