钻井常用计算公式.docx

1、钻井常用计算公式.第四节 钻井常用计算公式一、井架根底的计算公式一根底面上的压力nQ+QP 基 =OB4式中： P 基 根底面上的压力，MPa；n 动负荷系数一般取1.251.40 ；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 根底面上的压力， MPa;W 根底重量， t常略不计 。三根底尺寸P 基1、顶面积 F1=B1式中： F1 根底顶面积， 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 根底底面积， c

2、m2；B2 土地抗压强度， MPa ；P 地 土地面上的压力， MPa。3、根底高度式中： H 根底高度， m；F2、 F1 分别为根底的底面积和顶面积， cm2；P 基 根底面上的压力， MPa；B3 混凝土抗剪切强度通常为 2=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

3、砂子砂子 石子土土土kg m3m3kg m3kg m3m3m3m3m3m31.坚硬土壤上的井架脚，小基墩井架脚，基墩的上局部。2.厚而大的突出基墩。3.支承台、浇灌坑穴及其他。4.承受很大负荷和冲击力的小基墩。5.承受负荷不大的基墩。1 2 4 335 0.45 0.90 744 2 1 5 276 0.46 0.91 608 2 1 3 6 234 0.46 0.93 504 2 1 1 2 585 0.39 0.78 1500 2 1 4 8 180 0.48 0.96 375 2 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

4、角变化率， /30m；;. L ab 测量点 a 和 b 间的井段长度， m； 测量点 a 点处的井斜角， ；ab 测量点 b 点处的井斜角， ； ab 测量点 a 和 b 之间的方位差， ab=b-a，。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

5、 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-H n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， m；Ss

6、实际井底与设计井底的水平偏差距， 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=p rQr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=psQ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=

7、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+ pgppi 、 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=k bQ2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： 钻井液密度， g/cm3;dA J 喷咀截面积， mm 2。式中： 钻井液密度， g/cm3;dQ 钻井液流量， L/s；Ps 钻

8、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=k gQ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;dpv;.， mpas;pv (塑性粘度 )=600-300、 分别为旋转粘度计 600r/min、 300r/min的读数，无因次量。600300七管内循环压力损耗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；L P 钻杆长度， m；Q 流量， L/s；d 钻井液密度， g/cm3 ； 塑性粘度， mpas；pvdpi 钻杆内径

9、， 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；L C 钻铤长度， m；Q 流量， L/s； 钻井液密度， g/cm3 ；dpv 塑性粘度， mpasdci 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；L P 钻杆长度， m；Q 流量， L/s； 钻井液密度， g/cm3 ；dpv 塑性粘度， mpas；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，

10、无因次量；L C 钻铤长度， m；Q 流量， L/s； 钻井液密度， g/cm3 ；dpv 塑性粘度， mpas；dh 井眼直径， mm ；dc 钻铤外径， mm。九钻头喷咀水功率pb= pbQ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： V J 射流喷射速度， m/s；Q 流量， L/s；;.A J 喷咀截面积， mm 2。十一射流冲击力F =QJ d J式中： FJ 射流冲击力， N； 钻井液密度， g/cm3 ;dJ 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

11、水功率比水功率 ， W/mm 2;pb 钻头水功率， kw ；A b 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： 钻井液环空返速， m/s；aQ 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： 环空临界流速， m/s；crpv 塑性粘度， mPas； 屈服值动切力 ， Pa；ypyp=0.479(2 300- 600)； 钻井液密度， g/cm3 ;ddh 井眼直径， mm ；d

12、p 钻杆外径， mm ；Re 雷诺数，无因次量； 钻井液上返速度， m/s；a假设 或 Re 2100为紊流。acr 或 R 2100 为层流。acre2、幂律流体式中： 环空临界流速， m/s;crn 钻井液流型指数，无因次量；K 钻井液稠度系数， Pasn; 钻井液密度， g/cm3 ；ddh 井眼直径， mm ；dp 钻杆外径， mm;Z 钻井液流态指示值，无因次量；;. 钻井液环空上返速度， m/s;a假设 或 Z800为紊数；a cr 或 Z 800 为层流。a cr十六岩屑滑落速度式中： 岩屑滑落速度， m/s；sdrc 岩屑直径， mm； 岩屑密度， g/cm3 (一般取3);r

13、cd 钻井液密度， g/cm3 ;f 视粘度， mPas。十七环空净化能力式中： L c 环空净化能力，无因次量；s 岩屑滑落速度， m/s; 钻井液环空上返速度， m/s。a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；L c 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

14、力损耗系数，无因次量；L c 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 ;L p 钻杆长度， m;kc 钻铤循环压力损耗系数，无因次量；L c 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 ;L p 钻杆长度， m;kc 钻铤

15、循环压力损耗系数，无因次量；L c 钻铤长度， m。;.四、优选参数钻井计算公式一钻速方程式中： 机械钻速， m/h;ped 钻压指数 d=0.5366+0.1993kd ，无因次量；kd 岩石可钻性级值；转速指数 =0.9250-0.0375kd ，无因次量；f 地层水力指数 f=0.7011-0.05682kd ，无因次量；W s 单位钻头直径钻压比钻压 ， KN/mm ；nr 转速， r/min;HP e 喷咀等效比水功率， W/mm 2; d 钻井液密度差系数 (0.97673kd-7.2703) ，无因次量； 钻井液密度， g/cm3;dPbs 钻头比水功率， W/mm 2;d1、d

16、2、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 ；A f 地层研磨性系数，无因次量；nr 转速， r/min ；D 1 钻压影响系数，无因次量；db 钻头直径， mm；W cr 单位钻头直径临界比钻压， KN/mm;W s 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：;.D 1 钻压影响系数，无因次量；D 2 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： 。三钻头轴承磨损方程式中： 钻头轴承磨损速度，

17、无因次量；nr 转速， r/min;db 钻头直径， mm；W s 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。四钻井本钱方程式中： Cu 钻井直接本钱，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；A f 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 ；;.D 1 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

18、 ；td 钻头纯钻进时间， h；W cr 单位钻头直径临界比钻压， KN/mm;W s 单位钻头直径钻压比钻压 ， KN/mm 。2、当 A f4，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;w s 单位钻头直径钻压比钻压 KN/mm 。当 A f 4，那么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；A f 地层研磨性系数，无因次量；nr 转速， r/min ；D 1 钻压影响系数，

19、无因次量；db 钻头直径， mm；W cr 单位钻头直径临界比钻压， KN/mm;W s 单位钻头直径钻压比钻压 ， 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=10-3fgH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；f 地层流体密度， g/cm3 ;g 重力加速度，2;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，那么mph=10-3mgH式中： ph 静液柱压力， MPa； 钻井液密度， g/cm3mH 目的层深度， m；g

20、 重力加速度， 2。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0.6m3.3m ，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 10-3 H (1- ) m+式中： po 上覆岩层压力， MPa；H 目的层深度， m；岩石孔隙度， %；岩层孔隙流体密度， g/cm3； 岩石骨架密度， g/cm3。m2、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;.H 深度高度， m。三压力间关系

21、Po=Pp+z式中： Po 上覆岩层压力， MPa；Pp 地层孔隙压力， MPa； 有效上覆岩层压力骨架颗粒间压力或垂直的骨架应力 ，MPa 。z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；地层的泊松比；z 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： 破裂压力当量密度， g/cm3；p 试验时所用钻井液密度， g/cm3；mPL 试验时地层漏失压力， MPa

22、；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 ；p 正常地层孔隙压力当量钻井液密度， g/cm3; 钻井液密度， g/cm3 。d2、正常趋势线方程dcn=a10bh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

23、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： /cm3；d1 压井时所需钻井液密度， 钻柱内钻井液密度， /cm3d3 压井所需钻井液密度增量， /cm ；H 井深， m；g 重力加速度 ; 平安附加当量钻井液密度油井 3 /cm 3，气井为3e/cm3。Pe 平安附加压力， MPa油井为 1.5MPa3.5MPa ，气井为 3.0MPa5.0MPa 。五压井循环时立管总压力pT=ps+ pcs+pe式中： PT 压井循环时立管总压力， MPa；Ps 关井立管压力， MPa；Pcs 循环压耗， MPa ；Pe 平安附加压力同上 ，MPa。