完整word版钻井常用计算公式.docx
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完整word版钻井常用计算公式
第四节钻井常用计算公式
一、井架基础的计算公式
（一）基础面上的压力
nQ+Q
P基=
OB
4
式中：
P基——基础面上的压力，
MPa；
n——动负荷系数（一般取
1.25~1.40）；
QO——天车台的负荷=天车最大负荷+天车重量，t；
QB——井架重量，t；
（二）土地面上的压力
P地=P基+W
式中：
P地——土地面上的压力，MPa;
P基——基础面上的压力，MPa;
W——基础重量，t（常略不计）。
（三）基础尺寸
P基
1、顶面积F1=
B1
式中：
F1——基础顶面积，cm2；
B1——混凝土抗压强度（通常为28.1kg/cm2=0.281MPa）
P地
2、底面积F2=
B2
式中：
F2——基础底面积，cm2；
B2——土地抗压强度，MPa；
P地——土地面上的压力，MPa。
3、基础高度
式中：
H——基础高度，
m；
F2、F1分别为基础的底面积和顶面积，P基——基础面上的压力，MPa；
cm2；
B3——混凝土抗剪切强度（通常为
3.51kg/cm2=0.351MPa）。
（二）混凝土体积配合比用料计算
1、计算公式
配合比为1∶m∶n=水泥∶砂子∶卵石。
根据经验公式求每1m3混凝土所需的各种材料如下：
2、混凝土常用体积配合比及用料量，见表
1-69。
表1-69
混凝土常用体积配合比及用料量
每立方米混凝
每立方米砂子
每立方米石子
每1000公斤水
土
尼
混凝土
体积
混凝
混凝
混凝
用途
配合比
水泥砂子石子水泥石子
水泥砂子
砂子石子
土
土
土
kgm3
m3
kgm3
kgm3
m3
m3
m3
m3
m3
1.坚硬土壤上的井
架脚，小基墩井架
1∶2∶
335
0.45
0.90
744
2
2.22
372
0.5
1.11
1.35
2.70
2.99
脚，基墩的上部
4
分。
2.厚而大的突出基
1∶2.5∶5
276
0.46
0.91
608
2
2.20
304
0.5
1.10
1.57
3.10
3.63
墩。
3.支承台、浇灌坑
1∶3∶6
234
0.46
0.93
504
2
2.15
253
0.5
1.08
2.0
4.0
4.27
穴及其他。
4.承受很大负荷和
1∶1∶2
585
0.39
0.78
1500
2
2.56
750
0.5
1.28
0.67
1.34
1.71
冲击力的小基墩。
5.承受负荷不大的
1∶4∶8
180
0.48
0.96
375
2
2.08
188
0.5
1.04
2.70
5.40
5.60
基墩。
二、井身质量计算公式
（一）直井井身质量计算
1、井斜角全角变化率
式中：
Gab——测量点a和b间井段的井斜全角变化率，（°）/30m；
△Lab——测量点a和b间的井段长度，m；αa——测量点a点处的井斜角，°；
αb——测量点b点处的井斜角，°；
△Φab——测量点a和b之间的方位差，△Φab=Φb-Φa，°。
2、井底水平位移
式中：
SZ——井底水平位移，m；
NO——井口N座标值，m；
Nn——实际井底N座标值，m；
EO——井口E座标值，m；
En——实际井底E座标值，m。
3、最大井斜角
根据井深井斜测量数据获取或井斜测井资料获得。
4、平均井径扩大系数
式中：
Cp——平均井径扩大系数，无因次量
D实——实际平均井径，mm；
Db——钻头名义直径，mm。
5、最大井径扩大系数
式中：
Cmax——最大井径扩大系数，无因次量；
Dmax——实际最大井径，mm；
Db——钻头名义直径，mm。
（二）定向井井身质量计算
1、井斜全角变化率计算公式同
（一）
2、定向井井底水平偏差距
式中：
Ss——定向井井底水平偏差距，m；
Nd——设计井底座标，m；
Nn——实际井底的N座标，m；
Ed——设计井底座标，m；
En——实际井底的E座标，m。
3、定向井井底垂直偏差距
△H=H-Hn
式中：
△H——定向井井底垂直偏差距，m；
H——设计垂直井深，m；
Hn——实际垂直井深，m。
4、定向井实际井底与设计井底的空间距离
式中：
R——定向井实际井底与设计井底的空间距离，
m；
△H——实际井底与设计井底的垂直距离，Ss——实际井底与设计井底的水平偏差距，
m；
m。
5、平均井径扩大系数计算同
（一）4。
6、最大井径扩大系数计算同
（一）5。
三、喷射钻井水力参数计算公式
（一）钻井泵额定水功率
Ppr=pr×Qr
式中：
Ppr——钻井泵额定水功率，kw；
pr——钻井泵额定泵压，MPa;
Qr——钻井泵额定流量，L/s。
（二）钻井泵实发水功率
Pp=ps×Q
式中：
Pp——钻井泵实发水功率，kw；
ps——钻井泵工作泵压，MPa;
Q——钻井泵工作流量，L/s。
（三）钻井泵水功率分配关系
Pp=Pb+△Pcr
式中：
Pp——钻井泵实发水功率，kw;
Pb——钻头（喷咀）水功率，kw；
△Pcr——循环系统损耗水功率，kw。
（四）钻井泵压力分配关系
ps=△pb+△pg+△pcs
式中：
ps——钻井泵实发泵压，MPa；
△pb——钻头喷咀压降，MPa；
△pg——地面管汇压力损耗，MPa；
△pcs——循环系统压力损耗，MPa。
△pcs=△ppi+△pci+△ppa+△pca+△pg
△ppi、△ppa分别为钻杆内外循环压力损耗，MPa；
△pci、△pca分别为钻铤内外循环压力损耗，MPa。
（五）钻头（喷咀）压力降
△pb=kb×Q2
式中:
△pb——钻头（喷咀）压力降，MPa；
Q——钻井液流量，L/s；
kb——钻头（喷咀）压降系数，无因次量。
式中：
ρ——钻井液密度，g/cm3;
d
AJ——喷咀截面积，mm2。
式中：
ρ——钻井液密度，g/cm3;
d
Q——钻井液流量，L/s；
Ps——钻井泵实发泵压，MPa；
△pcs——循环系统压力损耗，MPa。
（六）地面管汇压力损耗
△pg=kg×Q1.8
式中：
△pg——地面管汇压力损耗，MPa；
Q——流量，L/s；
kg——地面管汇压力损耗系数;
kg=3.767×10
-4
0.80.2
;
×ρd
×μpv
μpv（塑性粘度）=θ600-θ300，mpa·s;
θ600、θ300分别为旋转粘度计600r/min、300r/min的读数，无因次量。
（七）管内循环压力损耗
1、钻杆内
式中：
△ppi——钻杆内循环压力损耗，MPa;
kpi——钻杆内循环压力损耗系数，无因次量；
LP——钻杆长度，m；
Q——流量，L/s；
ρd——钻井液密度，g/cm3；
μpv——塑性粘度，mpa·s；
dpi——钻杆内径，mm。
2、钻铤内
式中：
△pci——钻铤内循环压力损耗，MPa;
kci——钻铤内循环压力损耗系数，无因次量；
LC——钻铤长度，m；
Q——流量，L/s；
ρd——钻井液密度，g/cm3；
μpv——塑性粘度，mpa·s
dci——钻铤内径，mm。
（八）管外循环压力损耗
1、钻杆外
式中：
△ppa——钻杆外循环压力损耗，MPa;
kpa——钻杆外循环压力损耗系数，无因次量；
LP——钻杆长度，m；
Q——流量，L/s；
ρd——钻井液密度，g/cm3；
μpv——塑性粘度，mpa·s；
dh——井眼直径，mm；
dp——钻杆外径，mm。
2、钻铤外
式中：
△pca——钻铤外循环压力损耗，MPa;
kca——钻铤外循环压力损耗系数，无因次量；
LC——钻铤长度，m；
Q——流量，L/s；
ρd——钻井液密度，g/cm3；
μpv——塑性粘度，mpa·s；
dh——井眼直径，mm；
dc——钻铤外径，mm。
（九）钻头（喷咀）水功率
pb=△pb×Q
式中：
pb——钻头（喷咀）水功率，kw；
△pb——钻头（喷咀）压力降，MPa;
Q——流量，L/s。
（十）射流喷射速度
式中：
VJ——射流喷射速度，m/s；
Q——流量，L/s；
AJ——喷咀截面积，mm2。
（十一）射流冲击力
FJ=ρd×υJ×Q
式中：
FJ——射流冲击力，N；
ρd——钻井液密度，g/cm3;
υJ——射流喷射速度，m/s;
Q——流量，L/s。
（十二）钻头单位面积水功率（比水功率）
式中：
Pbs——钻头单位面积水功率（比水功率）
，W/mm2;
p——钻头水功率，kw；
b
Ab——井底面积（即钻头面积），mm2；
db——钻头直径，mm。
（十三）钻井泵功率利用率
式中：
——钻井泵功率利用率，无因次量；
Pb——钻头水功率，kw；
Pp——钻井泵实发水功率，kw。
（十四）钻井液环空返速
式中：
υa——钻井液环空返速，m/s；
Q——流量，L/s；
dh——井眼直径，mm;
dp——钻杆外径，mm。
（十五）环空临界流速
1、宾汉流体
式中：
υ——环空临界流速，m/s；
cr
μpv——塑性粘度，mPa·s；
τyp——屈服值（动切力），Pa；
τyp=0.479（2θ300-θ600）；
3
ρd——钻井液密度，g/cm;
dh——井眼直径，mm；
dp——钻杆外径，mm；
υ
m/s；
a——钻井液上返速度，
若υ
Re≥2100为紊流。
a≥υ或cr
υa＜υcr或Re＜2100为层流。
2、幂律流体
式中：
υ——环空临界流速，m/s;
cr
n——钻井液流型指数，无因次量；
K——钻井液稠度系数，Pa·sn;
ρd——钻井液密度，g/cm3；
dh——井眼直径，mm；
dp——钻杆外径，mm;
Z——钻井液流态指示值，无因次量；
υa——钻井液环空上返速度，m/s;
若υa≥υcr或Z≥800为紊数；
υa＜υcr或Z＜800为层流。
（十六）岩屑滑落速度
式中：
υ——岩屑滑落速度，m/s；
s
drc——岩屑直径，mm；
ρrc——岩屑密度，g/cm3（一般取2.5g/cm3）;
ρd——钻井液密度，g/cm3;
μf——视粘度，mPa·s。
（十七）环空净化能力
式中：
Lc——环空净化能力，无因次量；
υs——岩屑滑落速度，m/s;
υa——钻井液环空上返速度，m/s。
（十八）临界井深（选择宾汉流体）
1、最大钻头水功率工作方式
式中：
Dcr——临界井深，m;
pr——钻井泵额定泵压，MPa；
kg——地面管汇循环压力损耗系数，无因次量；
kc——钻铤循环压力损耗系数，无因次量；
Lc——钻铤长度，m；
Q——流量，L/s；
kp——钻杆循环压力损耗系数，无因次量。
2、最大冲击力工作方式
式中：
Dcr——临界井深，m;
pr——钻井泵额定泵压，MPa；
kg——地面管汇循环压力损耗系数，无因次量；
kc——钻铤循环压力损耗系数，无因次量；
Lc——钻铤长度，m；
Q——流量，L/s；
kp——钻杆循环压力损耗系数，无因次量。
（十九）最优流量（选择宾汉流体）
1、最大钻头水功率工作方式
式中：
Qopt——最优流量，L/s；
pr——钻井泵额定泵压，MPa；
kg——地面管汇循环压力损耗系数，无因次量；
kp——钻杆循环压力损耗系数，无因次量;
Lp——钻杆长度，m;
kc——钻铤循环压力损耗系数，无因次量；
Lc——钻铤长度，m。
2、最大冲击力工作方式
式中：
Qopt——最优排量，L/s；
pr——钻井泵额定泵压，MPa；
kg——地面管汇循环压力损耗系数，无因次量；
kp——钻杆循环压力损耗系数，无因次量;
Lp——钻杆长度，m;
kc——钻铤循环压力损耗系数，无因次量；
Lc——钻铤长度，m。
四、优选参数钻井计算公式
（一）钻速方程
式中：
υ——机械钻速，m/h;
pe
d——钻压指数（d=0.5366+0.1993kd），无因次量；
kd——岩石可钻性级值；
λ——转速指数（λ=0.9250-0.0375kd），无因次量；
f——地层水力指数（f=0.7011-0.05682kd），无因次量；
Ws——单位钻头直径钻压（比钻压），KN/mm；
nr——转速，r/min;
HPe——喷咀等效比水功率，W/mm2;
△ρd——钻井液密度差系数（0.97673kd-7.2703），无因次量；
ρd——钻井液密度，g/cm3;
Pbs——钻头比水功率，W/mm2;
d1、d2、d3分别为钻头喷咀直径，mm。
（二）钻头牙齿磨损方程
式中：
——钻头牙齿磨损速度，无因次量；
P——钻头系数，镶齿钻头P=0.5；
Af——地层研磨性系数，无因次量；
nr——转速，r/min；
D1——钻压影响系数，无因次量；
db——钻头直径，mm；
Wcr——单位钻头直径临界比钻压，KN/mm;
Ws——单位钻头直径钻压（比钻压），KN/mm;
c1——钻头牙齿磨损减慢系数，无因次量；
hf——牙齿磨损量，无因次量。
单位钻头直径临界比钻压取值：
D1——钻压影响系数，无因次量；
D2——钻压影响系数，无因次量；
铣齿牙轮钻头：
Wcr=1.77KN/mm;
锒齿牙轮钻头：
Wcr=1.34KN/mm。
（三）钻头轴承磨损方程
式中：
——钻头轴承磨损速度，无因次量；
nr——转速，r/min;
db——钻头直径，mm；
Ws——单位钻头直径钻压（比钻压），KN/mm；
b——钻头轴承工作系数，无因次量。
（四）钻井成本方程
式中：
Cu——钻井直接成本，元/m；
Cb——钻头单价，元/只；
Cr——钻机作业费，元/h；
td——纯钻进时间，h；
tt——起下钻时间，h；
tcn——接单根时间，h；
Fb——钻头进尺，m。
（五）其他参数
1、地层研磨性系数Af
式中：
c1——钻头牙齿磨损减慢系数，无因次量；
Af——地层研磨性系数，无因次量；
hf——钻头牙齿磨损量，无因次量；
nr——转速，r/min；
D1——钻压影响系数，无因次量；
db——钻头直径，mm；
P——钻头系数，镶齿钻头P=0.5；
td——钻头纯钻进时间，h；
Wcr——单位钻头直径临界比钻压，KN/mm;
Ws——单位钻头直径钻压（比钻压），KN/mm。
2、当Af≤4，由轴承决定钻头寿命td
式中：
td——钻头轴承寿命，h;
bf——钻头轴承磨损量，无因次量；
b——钻头轴承工作系数,无因次量；
nr——转速，r/min;
db——钻头直径，mm;
ws——单位钻头直径钻压（比钻压）KN/mm。
当Af＞4，则由牙齿决定钻头寿命td
式中：
Tt——钻头牙齿寿命，h；
c1——钻头牙齿磨损减慢系数，无因次量；
hf——钻头牙齿磨损量，无因次量；
Af——地层研磨性系数，无因次量；
nr——转速，r/min；
D1——钻压影响系数，无因次量；
db——钻头直径，mm；
Wcr——单位钻头直径临界比钻压，
Ws——单位钻头直径钻压（比钻压）
KN/mm;
，KN/mm。
五、地层孔隙压力计算公式
（一）地层孔隙压力和压力梯度
1、地层孔隙压力
pp=10-3×ρf×g×H
式中：
pp——地层孔隙压力（在正常压实状态下，地层孔隙压力等于静液柱压力），MPa；
ρf——地层流体密度，g/cm3;
g——重力加速度，9.81m/s2;
H——该点到水平面的重直高度（或等于静液柱高度）,m。
在陆上井中，H为目的层深度，起始点自转盘方钻杆补心算起，液体密度为钻井液密度
ph=10-3×ρm×g×H
式中：
ph——静液柱压力，MPa；
ρm——钻井液密度，g/cm3
H——目的层深度，m；
g——重力加速度，9.81m/s2。
在海上井中，液柱高度起始点自钻井液液面（即出口管）高度算起，它与方补心高差约为
0.6m~3.3m，此高差在浅层地层孔隙压力计算中要引起重视，在深层可忽略不计。
2、地层孔隙压力梯度
式中：
Gp——地层孔隙压力梯度，MPa/m。
其它单位同
（一）中1。
（二）上覆岩层压力
1、上覆岩层压力
po=9.81×10-3H〔（1-Φ）ρm+Φρ〕
式中：
po——上覆岩层压力，MPa；
H——目的层深度，m；
Φ——岩石孔隙度，%；
ρ——岩层孔隙流体密度，g/cm3；
ρm——岩石骨架密度，g/cm3。
2、上覆岩层压力梯度
Go——上覆岩层压力梯度，MPa/m;
Po——上覆岩层压力，MPa;
ρ，则
m
H——深度（高度），m。
（三）压力间关系
Po=Pp+σz
式中：
Po——上覆岩层压力，MPa；
Pp——地层孔隙压力，MPa；
σ
，MPa。
z——有效上覆岩层压力（骨架颗粒间压力或垂直的骨架应力）
（四）地层破裂压力和压力梯度
1、地层破裂压力（伊顿法）
式中：
Pf——地层破裂压力（为岩石裂缝开裂时的井内流体压力），MPa；
μ——地层的泊松比；
σz——有效上覆岩层压力，MPa；
Pp——地层孔隙压力，MPa。
或Pf=Ph+P试
式中：
Pf——地层破裂压力，MPa；
Ph——液柱压力，MPa；
P试——试验时地层破裂时的立管压力，MPa。
2、破裂压力当量密度
式中：
ρp——破裂压力当量密度，g/cm3；
ρm——试验时所用钻井液密度，g/cm3；
PL——试验时地层漏失压力，MPa；
H——裸眼段中点井深，m。
3、地层破裂压力梯度
式中：
Gf——地层破裂压力梯度，MPa/m;
Pf——地层破裂压力，MPa。
（五）dc指数
1、dc指数方程
式中：
dc——修正d指数，无因次量；
nr——转速，r/min；
td——纯钻时，min；
w——钻压，KN；
db——钻头直径，mm；
ρp——正常地层孔隙压力当量钻井液密度，g/cm3;
ρd——钻井液密度，g/cm3。
2、正常趋势线方程
dcn=a×10bh
式中：
dcn——dc指数正常趋势线方程（无因次量）；
a——正常趋势线截距，无因次量；
b——正常趋势线的斜率，m-1；
h——做dc指数试验时的井深，m。
六、压井计算公式
（一）关井立管压力
Ps+Pd=Pa+Pad=Pp
式中：
Ps——关井立管压力，MPa；
Pd——钻柱内钻井液液柱压力，MPa；
Pa——关井套管压力，MPa；
Pad——环空受油气侵钻井液静液柱压力，MPa；
Pp——地层孔隙压力，MPa。
（二）装有钻具回压阀的关井立管压力
Ps=Ps1-△Pa
式中：
Ps——关井立管压力，MPa；
Ps1——仃泵时立管压力，MPa；
△Pa——关井时套管压力升高值，MPa；
（三）在循环钻井液情况下求关井立管压力
Ps=PT-△Pci
式中：
Ps——关井立管压力，MPa；
PT——压井时立管总压力，MPa；
Pci——压井时的循环压力，MPa；
（四）压井时所需钻井液密度
式中：
ρd1——压井时所需钻井液密度，ｇ/cm3；
ρd——钻柱内钻井液密度，ｇ/cm3
△ρ——压井所需钻井液密度增量，ｇ/cm3；
Ps——关井立管压力，MPa；
H——井深，m；
g——重力加速度（=9.81m/s2）;
ρe——安全附加当量钻井液密度（油井0.05g/cm3~0.1ｇ/cm3，气井为0.07g/cm3~0.15ｇ
/cm3）。
Pe——安全附加
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