钻井常用计算公式Word文件下载.docx

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m3

石子

1.坚硬土壤上的井架脚，小基墩井架脚，基墩的上部分。

1∶2∶4

335

744

2

372

2.厚而大的突出基墩。

1∶∶5

276

608

304

3.支承台、浇灌坑穴及其他。

1∶3∶6

234

504

253

4.承受很大负荷和冲击力的小基墩。

1∶1∶2

585

1500

750

5.承受负荷不大的基墩。

1∶4∶8

180

375

188

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

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

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

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

Cmax——最大井径扩大系数，无因次量；

Dmax——实际最大井径，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

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

△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

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、喷射钻井水力参数计算公式

（一）钻井泵额定水功率

Ppr=pr×

Qr

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

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

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

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。

ρd——钻井液密度，g/cm3;

AJ——喷咀截面积，mm2。

Ps——钻井泵实发泵压，MPa；

（六）地面管汇压力损耗

△pg=kg×

Q——流量，L/s；

kg——地面管汇压力损耗系数;

kg=×

10-4×

ρ×

μ;

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

△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；

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

△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；

s

dci——钻铤内径，mm。

（八）管外循环压力损耗

1、钻杆外

△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；

dh——井眼直径，mm；

dp——钻杆外径，mm。

2、钻铤外

△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；

dc——钻铤外径，mm。

（九）钻头（喷咀）水功率

pb=△pb×

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

VJ——射流喷射速度，m/s；

（十一）射流冲击力

FJ=ρd×

υJ×

FJ——射流冲击力，N；

υJ——射流喷射速度，m/s;

（十二）钻头单位面积水功率（比水功率）

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

——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

υa——钻井液环空返速，m/s；

dh——井眼直径，mm;

（十五）环空临界流速

1、宾汉流体

υcr——环空临界流速，m/s；

μpv——塑性粘度，mPa·

τyp——屈服值（动切力），Pa；

τyp=（2θ300-θ600）；

dp——钻杆外径，mm；

Re——雷诺数，无因次量；

υa——钻井液上返速度，m/s；

若υa≥υcr或Re≥2100为紊流。

υa＜υcr或Re＜2100为层流。

2、幂律流体

υcr——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，Pa·

sn;

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

υs——岩屑滑落速度，m/s；

drc——岩屑直径，mm；

ρrc——岩屑密度，g/cm3（一般取cm3）;

μf——视粘度，mPa·

s。

（十七）环空净化能力

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

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；

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

（十九）最优流量（选择宾汉流体）

Qopt——最优流量，L/s；

kp——钻杆循环压力损耗系数，无因次量;

Lp——钻杆长度，m;

Lc——钻铤长度，m。

Qopt——最优排量，L/s；

四、优选参数钻井计算公式

（一）钻速方程

υpe——机械钻速，m/h;

d——钻压指数（d=+），无因次量；

kd——岩石可钻性级值；

λ——转速指数（λ=），无因次量；

f——地层水力指数（f=），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，无因次量；

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

——钻头牙齿磨损速度，无因次量；

P——钻头系数，镶齿钻头P=；

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：

D2——钻压影响系数，无因次量；

铣齿牙轮钻头：

Wcr=mm;

锒齿牙轮钻头：

Wcr=mm。

（三）钻头轴承磨损方程

——钻头轴承磨损速度，无因次量；

b——钻头轴承工作系数，无因次量。

（四）钻井成本方程

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

hf——钻头牙齿磨损量，无因次量；

td——钻头纯钻进时间，h；

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

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；

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

Tt——钻头牙齿寿命，h；

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

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，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ρm，则

ph=10-3×

ρm×

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，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~，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

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=×

10-3H〔（1-Φ）ρm+Φρ〕

po——上覆岩层压力，MPa；

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;

H——深度（高度），m。

（三）压力间关系

Po=Pp+σz

Po——上覆岩层压力，MPa；

Pp——地层孔隙压力，MPa；

σz——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）

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

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

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

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

dc——修正d指数，无因次量；

td——纯钻时，min；

w——钻压，KN；

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

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

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；

（二）装有钻具回压阀的关井立管压力

Ps=Ps1-△Pa

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

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

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；

H——井深，m；

g——重力加速度（=s2）;

ρe——安全附加当量钻井液密度（油井cm3~ｇ/cm3，气井为cm3~ｇ/cm3）。

Pe——安全附加压力，MPa（油井为~，气井为~）。

（五）压井循环时立管总压力

pT=ps+△pcs+pe

PT——压井循环时立管总压力，MPa；

△Pcs——循环压耗，MPa；

Pe——安全附加压力（同上），MPa。

（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

PTi——压井钻井液刚泵入钻柱时立管初始循环总压力，MPa；

Pci——压井流量下的循环压力，MPa；

（七）压井钻井液到达钻头时的立管终了循环总压力

PTf——压井终了循环总压力，MPa；

ρd——关井时钻柱内未气侵钻井液密度（钻柱内钻井液密度），ｇ/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

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；

Qr——压井流量，L/s；

Qr=（1/3~1/2）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

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；

（十）油气上窜速度计算公式

1、迟到时间法

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）钻头深度等于油层顶部深度

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；

（2）钻头深度大于油层顶部深度

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；

t静——从停泵起钻至本次开泵的总静止时间，h；

Δh——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

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=×

105MPa；

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1—70。

被卡钻具长度L1。

L1=H—L

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△L≥△L1+△L2+△L3，说明卡点在钻头上；

若△L≥△L1+△L2，说明卡点在第三段上；

若△L≥△L1，说明卡点在第二段上；

若△L≤△L1，说明卡点在第一段上。

表1—70钻杆计算系数K值表

外径

壁厚

（mm）

F

（cm2）

K

备注

（in）

mm

23/8

API

5

127

8

国产

9

27/8

7

前苏联

国产联

11

51/2

31/2

59/16