[发明专利]一种用于导管喷射下入水力参数优化设计的方法

摘要

本发明公开了一种用于导管喷射下入水力参数优化设计的方法，其中，水力参数包括钻具的喷嘴尺寸和钻井液排量，包括以下步骤获取钻井设计参数及作业区域的地层土体参数；绘制水力参数设计图版；依据水力参数设计图版和钻具最大允许排量获取水射流达到临界破土效果时对应的最大地层不排水抗剪强度Suo；获取对应于导管下入深度内的最大地层不排水抗剪强度Sumax；判断Suo与Sumax的大小关系以确定钻具的喷嘴尺寸；绘制钻井液排量与地层深度的关系曲线以确定不同地层深度所需的钻井液排量。本发明直观快捷地得到一定地层条件下优化设计的水力参数，可用于指导现场作业设计和施工，具有较强的适用性。

主权项

一种用于导管喷射下入水力参数优化设计的方法，所述水力参数包括钻具的喷嘴尺寸和钻井液排量，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，获取钻井设计参数及作业区域的地层土体参数；步骤二，依据所述钻井设计参数及所述地层土体参数绘制水力参数设计图版；步骤三，依据所述水力参数设计图版和钻具最大允许排量，获取水射流达到临界破土效果时对应的最大地层不排水抗剪强度Suo；步骤四，依据所述地层土体参数获取对应于导管下入深度内的最大地层不排水抗剪强度Sumax；步骤五，判断Suo与Sumax的大小关系以确定钻具的喷嘴尺寸；步骤六，依据确定的钻具喷嘴尺寸、所述钻具最大允许排量、所述地层土体参数及所述钻井设计参数绘制钻井液排量‑地层深度的关系曲线以确定不同地层深度所需的钻井液排量，其中，在步骤二中，绘制所述水力参数设计图版进一步包括：计算水射流临界切割深度，计算公式为：Ljo=dcon/2-Ljcsinα]]>其中，Ljo为临界切割深度，dcon为导管内径，Ljc为钻头水眼出口中心距离钻头中轴线的距离，α为钻头水眼出口倾角；计算临界排量，计算公式为：Q=nπdnLjo4ϵ2NcSnρ]]>其中，Q为临界排量，dn为喷嘴直径，ε为喷嘴流量系数，n为喷嘴个数，Ljo为临界切割深度，ρ为钻井液密度，Nc为土体在射流冲击下的无因次承载力系数，Su为不排水抗剪强度；选择不同的喷嘴直径以得到对应不同喷嘴直径的临界排量；针对不同的喷嘴直径绘制多组临界排量‑不排水抗剪强度的关系曲线以获得所述水力参数设计图版；在步骤五中，进一步包括以下步骤：如果Suo>Sumax，则在所述钻具最大允许排量基准线以下，以Sumax为基准绘制平行于钻具临界排量的直线，选择该直线与临界排量‑不排水抗剪强度的关系曲线的交点中对应临界排量最大的喷嘴直径；如果Suo<＝Sumax，则选择与钻具最大允许排量基准线产生交点的临界排量‑不排水抗剪强度关系曲线中对应的最小的喷嘴直径。