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、井架基础的计算公式（一）基础面上的压力P基=式中：P基基础面上的压力，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基基础面上的压力，MPa;W基础重量，t（常略不计）。（三）基础尺寸 1、顶面积F1= 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)2、底面积F2= 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：

2、H基础高度，m；F2、F1分别为基础的底面积和顶面积，cm2；P基基础面上的压力，MPa；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1mn=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混凝土用 途体 积配合比每立方米混凝土每立方米砂子每立方米石子每1000公斤水尼水泥kg砂子m3石子m3水泥kg石子m3混凝土m3水泥kg砂子m3混凝土m3砂子m3石子m3混凝土m31.坚硬土壤上的井架脚，小基墩井架脚，基墩的上部分

3、。1243350.450.9074422.223720.51.111.352.702.992.厚而大的突出基墩。12.552760.460.9160822.203040.51.101.573.103.633.支承台、浇灌坑穴及其他。1362340.460.9350422.152530.51.082.04.04.274.承受很大负荷和冲击力的小基墩。1125850.390.78150022.567500.51.280.671.341.715.承受负荷不大的基墩。1481800.480.9637522.081880.51.042.705.405.60二、井身质量计算公式（一）直井井身质量计算1、井

4、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；a测量点a点处的井斜角，；b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最大井径扩大系数，无因次量；Dmax实际最大井径，mm

5、；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，m；Ss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

6、力参数计算公式（一）钻井泵额定水功率Ppr=prQr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=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+

7、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=kbQ2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：d钻井液密度，g/cm3;AJ喷咀截面积，mm2。式中：d钻井液密度，g/cm3;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=kgQ1.8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=3.76710-4d0.8pv0.2;pv(塑性粘度

8、)=600-300，mpas;600、300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；d钻井液密度，g/cm3；pv塑性粘度，mpas；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；d钻井液密度，g/cm3；pv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;kp

9、a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；d钻井液密度，g/cm3；pv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，无因次量；LC钻铤长度，m；Q流量，L/s；d钻井液密度，g/cm3；pv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：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

10、力FJ=dJQ式中：FJ射流冲击力，N；d钻井液密度，g/cm3;J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;pb钻头水功率，kw；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：a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：cr环空临界流速，m/s；pv塑性粘度，mPas；yp屈服值（动切

11、力），Pa；yp=0.479(2300-600)；d钻井液密度，g/cm3;dh井眼直径，mm；dp钻杆外径，mm；Re雷诺数，无因次量；a钻井液上返速度，m/s；若acr或Re2100为紊流。acr或Re2100为层流。2、幂律流体式中：cr环空临界流速，m/s;n钻井液流型指数，无因次量；K钻井液稠度系数，Pasn;d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；a钻井液环空上返速度，m/s;若acr或Z800为紊数；acr或Z800为层流。（十六）岩屑滑落速度式中：s岩屑滑落速度，m/s；drc岩屑直径，mm；rc岩屑密度，g/cm3(一般

12、取2.5g/cm3);d钻井液密度，g/cm3;f视粘度，mPas。（十七）环空净化能力式中：Lc环空净化能力，无因次量；s岩屑滑落速度，m/s;a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，

13、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：pe

14、机械钻速，m/h;d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；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;d钻井液密度差系数(0.97673kd-7.2703)，无因次量；d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

15、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

16、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Af4，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

17、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Af4，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，KN/mm;Ws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，

18、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m，则ph=10-3mgH式中：ph静液柱压力，MPa；m钻井液密度，g/cm3H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0.6m3.3m，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=9.8110-3H(1

19、-)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；m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;H深度（高度），m。（三）压力间关系Po=Pp+z式中：Po上覆岩层压力，MPa；Pp地层孔隙压力，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），MPa。（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

20、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：p破裂压力当量密度，g/cm3；m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；p正常地层孔隙压力当量钻井液密度，g/cm3;d钻井液密度，g/cm3。2、正常趋势线方程dcn=a10bh式中：dcndc指数正常趋势线方程（

21、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

22、时的循环压力，MPa；（四）压井时所需钻井液密度式中：d1压井时所需钻井液密度，/cm3；d钻柱内钻井液密度，/cm3压井所需钻井液密度增量，/cm3；Ps关井立管压力，MPa；H井深，m；g重力加速度（=9.81m/s2）;e安全附加当量钻井液密度（油井0.05g/cm30.1/cm3，气井为0.07g/cm30.15/cm3）。Pe安全附加压力，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安全附加压力（同上），MPa。

23、（六）压井钻井液刚泵入钻柱时立管初始循环总压力pTi=ps+pci+pe式中：PTi压井钻井液刚泵入钻柱时立管初始循环总压力， MPa；Ps关井立管压力，MPa；Pci压井流量下的循环压力，MPa；Pe安全附加压力(同上)，MPa。（七）压井钻井液到达钻头时的立管终了循环总压力式中：PTf压井终了循环总压力，MPa；d1压井时所需钻井液密度，/cm3；d关井时钻柱内未气侵钻井液密度（钻柱内钻井液密度），/cm3；pci压井流量下的循环压力，MPa。（八）压井钻井液从地面到达钻头时所需时间式中：td压井钻井液从地面到达钻头时所需时间，min；Vd钻具内容积，L/m；H井深，m；Qr压井流量，L/

24、s；Qr=（1/31/2）Q；Q正常钻井时钻井泵实发流量，L/s。（九）压井钻井液充满环空所需循环时间式中：ta压井钻井液充满环空所需循环时间，min；Va井眼环空容积，L/m；H井深，m；Qr压井流量，L/s；Qr=（1/31/2）Q；Q正常钻井时钻井泵实发流量，L/s。（十）油气上窜速度计算公式1、迟到时间法式中：v油气上窜速度，m/h；H油油气层深度，m；H钻头循环钻井液时钻头所在深度，m；t迟钻头所在深度迟到时间，h；t从开泵循环到见到油气显示的时间，h；t静从停泵起钻至本次开泵的总静止时间，h。2、相对时间法对于相同井径的井眼，应用该方法计算比较简单并且更准确。（1）钻头深度等于油层

25、顶部深度式中：v油气上窜速度，m/h；H钻头循环钻井液时钻头所在深度（与油层顶部深度相等），m；t1循环时油气显示时间，h；t2从开泵循环到见到油气显示的时间，h；t静从停泵起钻至本次开泵的总静止时间，h。（2）钻头深度大于油层顶部深度式中：v油气上窜速度，m/h；H油油气层顶部深度，m；t1钻头所在深度循环时油气显示时间，h；t2从开泵循环到见到油气显示的时间，h；t静从停泵起钻至本次开泵的总静止时间，h；h油层厚度，m。七、卡点深度、钻杆允许扭转圈数及泡油量的计算公式（一）卡点深度计算式中：L卡点深度，m；L在P作用下钻杆连续提升时平均伸长，cm；E钢材弹性系数，E=2.1105MPa；F管体截面积，cm2；P钻杆连续提升时超过自由悬重的平均拉力，KN；K计算系数，其值见表170。被卡钻具长度L1。L1=HL式中：H井深，m。（二）复合钻具卡点深度计算1、通过大于钻柱原悬重的实际拉力提拉被卡钻具，量出钻柱总伸长L（一般取多次提拉伸长量的平均值，用平均法算出L，使计算更加准确）。2、计算在该拉力下，每段钻具的绝对伸长：（假设有三种钻具）：3、分析L与L1+L2+L3 值的关系：若LL1+L2+L3， 说明卡点在钻头上；若LL1+L2， 说明卡点在第三段上；若LL1