序言：
大家好，本篇是实习技术员的完结篇。整个实习技术员这一季，都是一些浅显的知识点。一些平时经常碰到，用到的知识。其实这一季并不代表着实习员期间应该学习到的所有，而是很小的一部分。我只是抛砖引玉了一下。
技术员第一季所涉及的知识点，并不是我一下队就学会了。很多都是在犯了错之后，进行反思，多问自己的师傅和身边的人得来的。我所经历过的和我的朋友，同学都是一样的。写这一季的目的，不是为了显示自己的聪明，而是献给那些很优秀的，最后又离开这个事业的省劳务派遣工。他们才是最棒的。还有值得一提的，定向的岳师傅，他就好像中国的动画片《天书奇谈》里的那个给我看天书的老神仙，教了我很多。却从不承认教过我什么。他是一位经验丰富的老技术员，他时常教导我，学东西别学形式，要多想原理。这是最重要的。感谢这位”老神仙”。
最后罗嗦一句。如果将来没有机会在技术员这个岗位上发展，就将此季所涉及的小知识全部还给教过自己的师傅们。哈哈。。。。。
正文：
开始吧！以下所有内容建立在本油田40的架的设备为例。
在实际的钻井中，及时地把岩屑携带出来时快速钻进的重要条件之一。那么把岩屑携带出来时要经过两个过程。第一个过程是使岩屑离开井底，进入环形空间；第二个过程是依靠泥浆上返将岩屑带出地面。那么，岩屑不能及时离开井底，是影响钻速度的主要因素之一。
岩屑很难冲离井底的原因有二：
1.在钻井中，井内泥浆柱压力大于地层内流体压力。井内液柱压力大于地层压力，则被破碎而尚未离开井底的岩屑受到两者压差的作用，被紧紧地压在井底。要使它离开井底则要花很大气力，来克服这个压差的作用。
2.泥浆在井底也有失水作用，在井底也会留下类似泥饼一样的东西，井与岩屑掺混在一起，盖在井底，形成一个”垫层”，将钻头与井底隔开，这样，钻头要破碎新的井底，必须先清除这个”垫层”，这不仅浪费了功率，而且出现了岩屑的重复破碎，降低了钻速。
由此，我们有了个新的工艺。喷射钻井技术。喷射钻井的一个显著特点，是从钻头喷嘴中喷出强大的泥浆射流，它具有很高的喷射速度，具有很大的水力功率，它能给予井底岩屑一个很大的冲击力，从而使岩屑及时地，迅速地离开井底，始终保持井底干净。这就是喷射钻井能够大幅度提高钻速的主要原因。泥浆射流的作用，不仅能使岩屑冲离井底，而且在一定条件下可以直接破碎岩石。这已成为喷射钻井的实践所证明。
一．喷射式钻头的工作原理
主要就在于喷嘴。在前几集里介绍过喷嘴。这里就补充说明下。
从钻头喷嘴中喷出的射流是属于淹没非*射流。淹没是指射流出口以后，就处在井筒内的泥浆中，被井筒内泥浆所淹没。由于泥浆的密度比空气大得多，所以射流在出口以后就受到淹没液体的巨大阻力。那么非*是指射流的运动和发展受到固体环境的限制，不能*地运动和发展，具体的说，射流到达井底以后，要受到井底和井壁的限制，还要受到钻头的限制，射流到达井底以后，一部分向四周散开，沿着井底横向流动，形成漫流；一部分向着原来方向相反的方向返回。最后所有的射流液体都要经过环形空间返出地面。
关于它的一些基本内容，参看参考资料1的教科书。简单提一下，射流的扩散角阿a表示射流的密集程度。显然，a越小则射流密集性越高，能量越集中，射程就越远。对于喷射钻井来说。我们希望扩散角越小越好。
如上图，延长射流收拢以前的边界母线，交与A点，A点称为射流的”极点”。极点至喷嘴出口的长度，以 Jo表示。则 ：Jo=(do/2)/tan(a/2)
令 2tan(a/2)=a,,即为射流的扩展系数，于是 Jo=do/a 在射流边界收拢之前，在喷射距离(即距喷嘴出口的距离)为1的截面上，射流的直径可以用下式表示。
d=do+2tan(a/2)=do+a1
淹没非*射流在出口后受到井筒内淹没泥浆和返回泥浆的巨大阻力，使射流的速度分布发生了很大的变化。
1．在射流的中心。由于受到淹没泥浆和返回泥浆的影响较小，所以速度很高。所以速度最高。在射流的任一截面上，轴线上速度最高，自中心向外速度很快降低，到射流边界上速度为零。
2.射流出口后有一段长度，这段长度内的中心部分始终保持刚出口的速度。这段射流的中心部分称为射流等速核。这一段射流称为射流的初始段。超过初始段以后称为射流基本段。
3．从射流的轴线上看，初始段的轴线上，速度始终等于刚出口时的速度。超过初始段以后，基本段轴线上的速度迅速降低。基本段轴线上任一点的速度，与该点距极点的距离成反比。
等速核是射流能量集中的部分。对喷射钻井来说，我们希望等速核越长越好。由于钻头结构方面的原因。喷嘴距井底的距离即喷射距离，总是有一定的长度。当喷射距离一定的时候，等速核越长，则能量最集中的部分越接近井底，对井底的清洗效果也就越好。
射流液体具有一定的密度，射流又具有一定的速度。在射流前进的方向上遇到障碍物时，射流将给障碍物一个压力，这个压力就是射流具有的动压力。根据水力学原理，射流任一点的动压力与该点的速度有关，与射流液体的重度有关:
Pr=rV2/(200g)
式中 Pr是射流某一点的动压力，巴(bar)。 1bar=0.1MPa
V是射流在该点的速度，米/秒；
r 是射流液体的重度，千牛/米3； (作者：该单位是单位体积所具有的重量)
g是重力加速度，9.81米/秒2
1． 在射流的任一截面上，中心动压力最大，自中心向外，动压力急剧衰减，在射流边界上动压力为零。
2． 射流等速核内各处的动压力相等，都等于射流刚出口时的动压力。
3． 在射流中心线上。超过等速核以后，动压力急剧下降。
必须指出，射流的扩散角和等速核长度是与喷嘴结构有很大关系的。
二．射流对井底的清洗作用
在前面几集里，也提到过为什么在本油田上部软地层装两只不等径的喷嘴，这里将作出合理的解释。
射流冲到井底以后能产生两种净化井底的作用。其一是射流对岩屑的冲击压力作用，其二是漫流对岩屑的横推作用。
由于射流上每一点都具有一定的动压力，当射流碰到井底以后，将此动压力传给井底，形成对井底的冲击压力(此冲击压力即等于射流到达井底时的动压力)。岩屑在这个冲击压力作用下，会不会被压得更紧地贴在井底，更不易离开井底呢？不会的。因为：
1．射流的这个压力不是静压力，面试冲击压力。此冲击压力不是作用在整个井底，而是作用在小圆面积上，就整个井底而言，射流作用的面积内压力较高，射流作用的面积以外压力较低。就射流作用面积而言，冲击压力也是极不均匀的，射流作用中心的压力最高，离开中心则压力急剧下降。
2.由于钻头的旋转，射流作用的小圆面积在迅速移动。本来不均匀的压力分布，又在迅速发生变化。
由于以上两个原因，就使作用在井底岩屑上的冲击压力极不均匀，极不均匀的冲击压力使岩屑产生一个翻转力矩，从而离开井底。这种情况就好像地面上一个石子，我们用棒子猛敲它的边缘，它会翻转着蹦起来一样。
射流冲向井底以后，就形成沿着井底横向流动的漫流。某些试验证明，漫流是很薄的一层，它具有相当高的流速。某个试验测量了射流冲击面积附近的漫流流速得出在距井底0.4毫米的高度上，漫流流速最大。当射流喷速为
具有很高速度的井底漫流，将作用于岩屑一个横向推力或牵引力，从而使岩屑离开井壁的原来位置。某些研究指出，把岩屑冲离井底，漫流起主要作用，而射流的冲击压力作用尚未其次。所以研究漫流是很重要的。
还需要指出。测量位置距射流的冲击中心的距离不同，漫流的速度也不同。在射流冲击面积以内，射流冲击中心的漫流速度为零；离开中心，漫流速度逐渐增大；在射流冲击面积的边缘，漫流速度达到最大。在射流冲击面积以外，漫流流速与距冲击中心的距离成反比。即距离冲击中心愈远则漫流流速愈小。
三．射流的水力参数
射流水力参数包括射流的喷射速度，射流冲击力合射流水功率。
计算射流喷速的通式为：Vo=10Q/Ao
式中：Vo 是射流喷速，米/秒；
Q是通过钻头喷嘴的泥浆排量，升/秒；
Ao 是喷嘴出口截面积，厘米2；
对于普通的三喷嘴钻头，Ao=3.14d2o/4
如果钻头的喷嘴不是三个或个喷嘴直径不相等，可以使用喷嘴相当的直径来算。当各喷嘴直径相等时，喷嘴相当直径 的计算公式如下：
式中 n为喷嘴的数量。当各喷嘴直径不相等时：
射流冲击力是指射流在其作用面积上的总的作用力的大小。
式中 Fj是指射流冲击力，千牛；
P是指射流液体密度，g/cm3
Q是指泥浆排量，L/S ；
A0是指喷嘴出口面积，厘米2
射流水功率参见参考资料1。
对于喷射钻井有实际意义的是射流水力参数。但射流是泥浆通过钻头喷嘴以后产生的。由于喷嘴对泥浆流动有阻力，所以喷嘴要损耗一部分能量。在喷射钻井设计中，不仅要计算射流的能量，而且要考虑喷嘴损耗的能量。
1．钻头压力降，就是泥浆流过钻头喷嘴以后泥浆压力降低的值。通过公式推导出喷嘴的流量系数C。而P1-P2就是泥浆流过喷嘴的压力降。Pb=(0.05pdQ3)/(C
式中： Pb是指钻头的压力降，MPa ；
pd是指射流液体密度，g/cm3
Q是指泥浆排量，L/S ；
A0是指喷嘴出口面积，厘米2
钻头水功率是指泥浆流过钻头时所消耗的水功率。钻头水功率的大部分变成射流水功率。少部分则用于克服喷嘴阻力而作功。而钻头水功率与射流水功率之间相差一个系数C2。这个系数C2的物理意义是什么呢？事实上C2表示了喷嘴的能量转换效率。射流水功率是钻头水功率的一部分，是由钻头水功率转换而来的。我们可以吧钻头的喷嘴看作一个能量转换器。为了提高射流的水功率，必须选择能量转换效率高的喷嘴，必须提高钻头的水功率。
要提高射流喷速和冲击力，必须提高钻头压降和喷嘴能量转换效率。
四．喷嘴结构及其水力特征
研究喷嘴结构及其水力特性的意义在于喷射钻井要求射流具有较小的扩散角和较长的等速核长度。而影响射流扩散角和等速核长度的主要因素是喷嘴的结构。喷射钻井要求提高射流的水力参数，而射流的水力参数是由钻头水利参数转换而来的，转换率集中地反映为喷嘴流量系数的大小，而不同的喷嘴其流量系数也是不同的。
喷嘴对液流是有阻力的，也就是说液流流过喷嘴时要损失一部分能量。而流量系数的含义是实际流量与理论流量的比值。
影响喷嘴流量系数，射流扩散角和等速核长度的主要因素是喷嘴的流道形状。所以我们要得到理想的射流形状和足够的射流水力参数。就必须选好喷嘴。
上图都是高流量系数的喷嘴，它们的流量系数都在0.96以上。但它们形成的射流扩散角和等速核长度都有所不同。从喷射钻井要求来讲，希望选择流量系数高，射流扩散角小，等速核长的喷嘴。所以，流线型喷嘴和等变速型喷嘴为最好。(作者：这里如何理解这个流量系数呢?比我们常用的双圆弧喷嘴，它的流量系数是0.96-0.98也就是说，在泥浆经过喷嘴有0.04到0.02的能量损失掉了。)
喷嘴的直径就是指喷嘴的出口直径。由射流水力参数的公式可以看出，射流喷速和冲击力与喷嘴直径的平方成正比；射流水功率与喷嘴直径的四次方成反比。说明，缩小喷嘴直径将大大提高射流的水力参数。
缩小喷嘴直径可以提高射流的水力参数，这是在一定的条件下讲的。事实上，喷嘴直径不能无限地缩小。缩小到一定程度如果在缩小，就会使射流水力参数下降。
钻头的水力参数钻头压力降和钻头水功率是来自地面上泥浆泵的泵压合泵功率，并且是依靠循环泥浆来传递。泥浆泵将压力和水功率传递到钻头上，也必然损耗一部分能量，要想法减少传递过程中的能量的耗损，使钻头得到更多的压力降和水功率。
水功率从泥浆泵传递到钻头上，是通过泥浆在循环系统中流动而实现的。泥浆循环系统大体上是由四部分组成的。
1． 泥浆从泥浆泵流出以后，先经过地面高压管线，立管，水龙带(包括水龙头)和方钻杆。这部分合称为地面管汇，这部分不随井深变化。
2． 泥浆从方钻杆流出后，即进入钻杆和钻铤内部。这部分合称为钻柱内部。这部分随着井深的增加而加长。
3． 泥浆从钻铤流出后，即进入钻头喷嘴，形成泥浆射流。清洗井底和破碎岩石。这是水功率传递的目的地。
4． 泥浆到达井底以后，又从钻柱与井壁的环形空间返出到地面上。泥浆在返出时还要完成一个任务-----携带岩屑。
泥浆流过这四个部分，都要遇到阻力。克服阻力就要消耗压力和水功率。所以这四个分都要使泥浆的压力降低。
由于泥浆流过1,2，4三个部分所消耗的压力和水功率是我们不希望要的。我们将这部分压力降低和水功率称为循环系统的压力损耗和损耗功率。而泥浆流过钻头时的压力降和传给钻头的水功率是我们希望提高的。我们将这部分称为钻头压力降和钻头水功率。
循环系统压力损耗的计算是一项非常复杂的问题。这是因为，一方面钻井循环系统的管路是不规则的，另一方面钻井液是一种非牛顿流体，其流变性变化较大。所以在工程上往往要进行简化计算。
泥浆在循环管路中流动的压力损耗，就是该段管路两端的压力差。而在实际工作中，为了计算循环压耗，首先要判断流态。是层流就用层流公式，是紊流就用紊流公式。
流态不同，则泥浆和管壁的摩阻系数f与雷诺数Re的关系式也不同。这就需要在选用公式以前，必须判断流态是层流还是紊流。根据水力学原理，流态的决定因素是雷诺数Re。试验证明当Re<2000时为层流；当Re>4000时为紊流；当2000《Re《4000时为从层流向紊流的过渡流态。人们把从层流向紊流过渡时的雷诺数称为临界雷诺数，以Rec表示。可见，Rec是从2000到4000的范围，并不是一个固定值。
1.层流流态下的压耗的计算
根据流变参数计算层流压耗。在层流流态下，液流的特点是呈层状流动，液流质点间不存在互相掺混，而是沿着一定的流线前进。在流路的横截面上，各点的流速是不相等的。在管路的半径方向存在着速度梯度。在不同的半径处，速度梯度又是不相等的。但是每点处的速梯与该点处液流流动的剪应力之间存在一定的关系。可以用一个公式表示，称作流变模式。不同的流型的液体。流变模式是不同的。
根据各种流体的流变模式。可以推导出一套计算各种流体的层流压耗公式(看不清楚没办法)。
利用上图中的公式计算，首先要测得泥浆的流变参数(牛顿流体的粘度，宾汉流体的动切合塑性粘度，幂律流体的稠度系数和流性指数)。
2．根据Re求f,计算层流压耗
据研究，在层流流态下，摩阻系数f与雷诺数Re之间呈简单的反比关系，即对管内流f=16/Re，而对环空流f=24/Re。根据下表去判别流态后即可求出层流压耗。
这种方法的优点在于：在计算压耗之前，总要先判别流态，然后才选择公式。而要判断流态就要计算雷诺数。有了雷诺数值，计算f就很简单易行了。
1． 根据流变曲线求层流压耗
每种流型的流体在层流流态下，遵守一定的流变模式。但是实测泥浆的流变曲线，并不是绝对地遵守某个流型的流变模式。所以不管用哪种流型来代替泥浆，都是不准确的。
2． 紊流流态下压耗的计算
在紊流流态下，压耗计算要比层流流态下困难得多。在紊流流态下，摩阻系数f和雷诺数Re的关系很难用一个公式表达出来；而且f和Re的关系随着管壁粗糙程度而变化。
综上所述，循环系统压耗的计算式很负责的(作者：细心的读者可以自己深入研究)。为了从理论上分析问题方便起见，也为了在实际工作中进行程序设计方便起见，需要对循环系统压耗计算公式进行简化。
不判别流态，全用紊流公式。
在钻井的条件下，管内流动总是紊流，环空流动则可能是紊流也可能是层流，若全用紊流公式计算，势必造成一定的误差。但是我们考虑循环系统压耗的主要组成部分是管内压耗。而环空压耗在数值上较小，所以全用紊流公式计算就抓住了矛盾的主要方面。在喷射钻井设计中，这样做事足够精确的。但要注意，在环空水力学中，这样简化是不允许的，是会造成很大误差的。
详细内容参看参考资料1。自己的专业课课本，这里只是穿针引线一下。
下面我们就一口井的实际数据进行说明。当然其中并没有考虑到实际公式，而是从经验的角度出发，虽然这与本篇相悖。
1.一开采用444.5mm的钻头+7寸DC(3根)。由于表层只打50米。所以后面接的是钻杆。喷嘴采用的是18mm的3个。钻进过程中，开单泵2MPA，而开双泵最高6MPA。由于当时密度只有1.08。算的钻头的压降：3.54MPA(双泵170缸套)，0.88MPA(单泵缸套)。那么环空和管柱内的压耗为2.46MPA。这不符合经验公式每增加1000米泵压升高3到3.5MPA。实际上这是个大井眼，环空面积大，且密度和粘度，泥浆性能要悬浮大颗粒的砾石所以，压耗高。
2．二开采用311.15mm的钻头+8寸DC（3根26.91米）+7寸的DC（6根54.19米）+6.2寸DC（9根82.85米）+HWDP30根（279.40米）。喷嘴采用19+19+16。在842米时，密度1.10，粘度38S，泵压14MPA(双泵170的缸套)。此时钻头的压降为3.56MPA，那么环空及钻杆内部的压耗为10.4MPA。也是由于悬浮大颗粒的砾石且泥浆性能的原因。
3．钻二开水泥塞，由于钻穿水泥塞一段距离后才起钻换钻头向下个地层钻进。215.9mm的铣齿钻头+6.2寸DC（6根54.78米）+HWDP30根（279.40米）+钻杆。喷嘴组合为12+13+0，单泵14MPA（170的缸套）。泥浆密度同上，则此时钻头的压力降为8.69MPA，则环空和钻具内的压耗为5.31MPA。由于泥浆要防钙侵，性能上有变化，为什么此时的压耗是上个钻具的一半呢？上面可是双泵哦。
4．起钻完后换PDC下去快速钻进。215.9mm的PDC+172的1度螺杆+6.2寸的DC（9根82.85米）+HWDP（30根279.40米）+钻杆。喷嘴时11.1*2+10.32*2，单泵170的缸套就有14MPA。取井深1540米时，密度1.28粘度58秒，此时泵压17MPA。柴油机转速1100转。那么这时钻头的压降为4.71MPA，环空和钻杆内压耗为12.29MPA。套用经验3-3.5MPA/1000米，这环空和钻杆造成的压耗在4.5到5MPA之间。那么还有大约7MPA到哪里去了。首先我们计算的并不是真实值，其次我认为这7兆帕是螺杆带动钻头工作时，自身的压力降。
5．更换牙轮钻头定向钻进。215.9牙轮+172的1度螺杆+6.2寸DC（6根54.78米）+HWDP（30根279.40米）+钻杆。喷嘴组合为19+16+0。取井深2450米的点，密度1.30粘度64S，此时泵压17MPA(换160的缸套)。浅层螺杆带钻头测试为9MPA。此时钻头的压力降为2.47MPA，则螺杆工作的压力降为6.53MPA。环空和钻杆内的压耗为8MPA。符合经验公式。
6．更换新的1.25度螺杆继续钻进。215.9mm的牙轮+172的1度螺杆+6.2寸DC（6根45.34米）+HWDP（30根279.40米）+钻杆。喷嘴选用12+16+19的。井口不带钻头试螺杆有3MPA(150的缸套)，3.5MPA(160的缸套)。1000米的浅层测试12MPA(150的缸套)。为什么井口试螺杆的工作压力降会在深井内不同呢?此时钻头的压力降是1.62MPA。
7．完钻后由于水平电测的需要，采用牙轮钻头不装喷嘴通井，下光钻杆。3000米开泵：12.5MPA（170的缸套），11MPA（160缸套）。3500米开泵12.5MPA（160的缸套）。此时密度为1.32粘度68S。满足经验公式。
综合上述数据，得出。如果有螺杆在井里工作，存在其自身带动钻头钻头的工作压力降，这个压力降大小是否与井深，钻压，钻速有关系呢？这有待读者去探索。
五．经济水功率工作方式
对于喷射钻井来说，射流的主要作用使保持井底干净。当射流的水力参数达到一定值时，井底已经很干净了，如果此时还要继续增大射流水力参数，则是功率的浪费。继续增大那部分水力参数已经对提高钻速不起作用了。所谓经济水功率工作方式，就是根据井底达到清洁，干净实际需要的水功率来确定水力参数。
总结
在本集中，简单的介绍了下，喷射钻井。也对实际工作中的数据进行了分析。还有很多不完善，待后期自己理论与能力提高后补充。
参考资料：
1．陈庭根，管志川《钻井工程理论与技术》