钻井常用计算公式Word版

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1.25~1.40）；

Q O ——天车台的负荷=天车最大负荷+天车重量，t ；

Q B ——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F 1= 式中：F 1——基础顶面积，cm2；

B 1——混凝土抗压强度（通常为28.1kg/cm2=0.281MPa)

2、底面积F 2= 式中：F 2——基础底面积，cm 2；

B 2——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，cm 2；

P 基——基础面上的压力，MPa ；

B 3——混凝土抗剪切强度（通常为3.51kg/cm 2=0.351MPa ）。

（二）混凝土体积配合比用料计算

1、计算公式nQ O

+Q B 4

P 基

B 1

P 地

B 2

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

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

m3

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 0.45 0.90 744 2 2.22 372 0.5 1.11 1.35 2.70 2.99

2.厚而大的突出基

墩。

1∶2.5∶5 276 0.46 0.91 608 2 2.20 304 0.5 1.10 1.57 3.10 3.63

3.支承台、浇灌坑

穴及其他。

1∶3∶6 234 0.46 0.93 504 2 2.15 253 0.5 1.08 2.0 4.0 4.27

4.承受很大负荷和

冲击力的小基墩。

1∶1∶2 585 0.39 0.78 1500 2 2.56 750 0.5 1.28 0.67 1.34 1.71

5.承受负荷不大的

基墩。

1∶4∶8 180 0.48 0.96 375 2 2.08 188 0.5 1.04 2.70 5.40 5.60

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：G ab——测量点a和b间井段的井斜全角变化率，（°）/30m；

△L ab——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：S Z——井底水平位移，m；

N O——井口N座标值，m；

N n——实际井底N座标值，m；

E O——井口E座标值，m；

E n——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：C p——平均井径扩大系数，无因次量

D实——实际平均井径，mm；

D b——钻头名义直径，mm。

5、最大井径扩大系数

式中：C max——最大井径扩大系数，无因次量；

D max——实际最大井径，mm；

D b——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：S s——定向井井底水平偏差距，m；

N d——设计井底座标，m；

N n——实际井底的N座标，m；

E d——设计井底座标，m；

E n——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；

H n——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；

S s——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

P pr=p r×Q r

式中：P pr——钻井泵额定水功率，kw；

p r——钻井泵额定泵压，MPa;

Q r——钻井泵额定流量，L/s。

（二）钻井泵实发水功率

P p=p s×Q

式中：P p——钻井泵实发水功率，kw；

p s——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

P p=P b+△P cr

式中：P p——钻井泵实发水功率，kw;

P b——钻头（喷咀）水功率，kw；

△P cr——循环系统损耗水功率，kw。（四）钻井泵压力分配关系

p s=△p b+△p g+△p cs

式中：p s——钻井泵实发泵压，MPa；

△p b——钻头喷咀压降，MPa；

△p g——地面管汇压力损耗，MPa；

△p cs——循环系统压力损耗，MPa。

△p cs=△p pi+△p ci+△p pa+△p ca+△p g

△p pi、△p pa分别为钻杆内外循环压力损耗，MPa；△p ci、△p ca分别为钻铤内外循环压力损耗，MPa。（五）钻头（喷咀）压力降

△p b=k b×Q2

式中:△p b——钻头（喷咀）压力降，MPa；

Q——钻井液流量，L/s；

k b——钻头（喷咀）压降系数，无因次量。

式中：ρd——钻井液密度，g/cm3;

A J——喷咀截面积，mm2。

式中：ρd——钻井液密度，g/cm3;

Q——钻井液流量，L/s；

P s——钻井泵实发泵压，MPa；

△p cs——循环系统压力损耗，MPa。

（六）地面管汇压力损耗

△p g=k g×Q1.8

式中：△p g——地面管汇压力损耗，MPa；

Q——流量，L/s；

k g——地面管汇压力损耗系数;

k g=3.767×10-4×ρd0.8×μpv0.2;

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：△p pi——钻杆内循环压力损耗，MPa;

k pi——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；

ρd——钻井液密度，g/cm3；

μpv——塑性粘度，mpa·s；

d pi——钻杆内径，mm。

2、钻铤内

式中：△p ci——钻铤内循环压力损耗，MPa;

k ci——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；

ρd——钻井液密度，g/cm3；

μpv——塑性粘度，mpa·s

d ci——钻铤内径，mm。

（八）管外循环压力损耗

1、钻杆外

式中：△p pa——钻杆外循环压力损耗，MPa;

k pa——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；

ρd——钻井液密度，g/cm3；

μpv——塑性粘度，mpa·s；

d h——井眼直径，mm；

d p——钻杆外径，mm。

2、钻铤外

式中：△p ca——钻铤外循环压力损耗，MPa;

k ca——钻铤外循环压力损耗系数，无因次量；

L C——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；

d h——井眼直径，mm；

d c——钻铤外径，mm。

（九）钻头（喷咀）水功率

p b=△p b×Q

式中：p b——钻头（喷咀）水功率，kw；

△p b——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，mm2。

（十一）射流冲击力

F J=ρd×υJ×Q

式中：F J——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：P bs——钻头单位面积水功率（比水功率），W/mm2;

p b——钻头水功率，kw；

A b——井底面积（即钻头面积），mm2；

d b——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；

P p——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；

d h——井眼直径，mm;

d p——钻杆外径，mm。

（十五）环空临界流速

1、宾汉流体

式中：υcr——环空临界流速，m/s；

μpv——塑性粘度，mPa·s；

τyp——屈服值（动切力），Pa；

τyp=0.479(2θ300-θ600)；

ρd——钻井液密度，g/cm3;

d h——井眼直径，mm；

d p——钻杆外径，mm；

R e——雷诺数，无因次量；

υa——钻井液上返速度，m/s；

若υa≥υcr或R e≥2100为紊流。

υa＜υcr或R e＜2100为层流。

2、幂律流体

式中：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;

ρd——钻井液密度，g/cm3；

d h——井眼直径，mm；

d p——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：υs——岩屑滑落速度，m/s；

d rc——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：L c——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：D cr——临界井深，m;

p r——钻井泵额定泵压，MPa；

k g——地面管汇循环压力损耗系数，无因次量；

k c——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；

k p——钻杆循环压力损耗系数，无因次量。

2、最大冲击力工作方式