钻井水力参数计算
钻井水力参数计算
钻井水力参数计算1.钻井水力参数的定义：2.钻井水力参数的计算方法：2.1循环压力（Pp）的计算：循环压力是指钻井液在井眼中循环时施加在井壁上的压力，其计算公式为：Pp=Pg+Ph+π/144*(ID²-OD²)/4*ρm其中，Pp为循环压力，Pg为气体压力，Ph为井斜段压力，ID为钻杆内径，OD为钻杆外径，ρm为泥浆密度。
2.2液柱压力（Pm）的计算：液柱压力是指钻井液柱在井眼中的垂直压力，其计算公式为：Pm=π/144*(ID²-OD²)/4*ρm*L其中，Pm为液柱压力，ID为井眼内径，OD为套管外径，ρm为泥浆密度，L为液柱长度。
2.3摩阻压力（Pf）的计算：摩阻压力是指钻井液在井眼中流动时受到的阻力，其计算公式为：Pf=2f*ρm*V²/(D*g)其中，Pf为摩阻压力，f为阻力系数，ρm为泥浆密度，V为流速，D 为井眼直径，g为重力加速度。
2.4泥浆柱液位压力（Ps）的计算：泥浆柱液位压力是指钻井液静止时产生的压力，其计算公式为：Ps=π/144*(ID²-OD²)/4*ρm*(H+h)其中，Ps为泥浆柱液位压力，ID为井眼内径，OD为套管外径，ρm 为泥浆密度，H为井深，h为液位高度。
2.5井底压力（Pb）的计算：井底压力是指钻井液从井口到井底的压力损失，其计算公式为：Pb=ρm*Ls*g/144其中，Pb为井底压力，ρm为泥浆密度，Ls为井筒长度，g为重力加速度。
2.6水柱效应（Pr）的计算：水柱效应是指钻井液在井眼中垂直上升或下降时，形成的压力差，其计算公式为：Pr=π/144*(ID²-OD²)/4*ρf*h其中，Pr为水柱效应，ID为井眼内径，OD为套管外径，ρf为井口液体密度，h为液位高度。
3.钻井水力参数的分析和应用：通过计算钻井水力参数，可以确定钻井液在井筒中的性能，评估井筒稳定性和泥浆循环能力，并根据计算结果进行钻井工艺设计和井筒优化。
钻井水力参数计算
数据录入 1#喷嘴直径 （mm） 2#喷嘴直径 1.30 （mm） 3#喷嘴直径 钻井液300转读数 30 （mm） 4#喷嘴直径 钻井液600转读数 42 （mm） 5#喷嘴直径 钻井液3转读数 3 （mm） 6#喷嘴直径 井深（m） 500 （mm） 7#喷嘴直径 套管下深（m） 120 （mm） 8#喷嘴直径 套管内径（mm） 224.62 （mm） 9#喷嘴直径 喷嘴流量系数 0.98 （mm） 钻具结构录入 长 内径 名称 外径（mm） 度 （mm） （m 1#钻铤 158.75 71.44 100 2#钻铤 158.75 71.44 3#钻铤 158.75 71.44 1#钻杆 127 108.62 400 2#钻杆 127 108.62 3#钻杆 127 108.62 PDC钻头喷嘴计算 喷嘴直径 喷嘴编号# 14 （mm） 32 静切力（Pa） 塑性粘度 （mPa.S） 钻井泵排量 （L/S） 钻井液密度 （g/cm3) 11 11 11 11 11 计算结果 立管泵压（Mpa） 钻头喷嘴压降（Mpa） 循环压耗（Mpa） 套管鞋当量循环密度（g/cm3） 井底当量循环密度（g/cm3） 水眼当量直径（mm） 水眼总面积（mm2） 喷嘴水功率（KW） 功率利用率（%） 喷嘴喷射速度（m/h） 井眼尺 寸 （mm） 215.9 215.9 215.9 215.9 215.9 215.9 11.11 泥浆性能计算 喷嘴射流冲击力（N） 地面管汇压耗（Mpa） 总管内压力损失（Mpa） 总环空压力损失（Mpa） 比水功率（W/mm2） 临界返速（m/s）钻杆外 环空返速（m/S）钻铤外 环空返速（m/S）钻杆外 环空流态
5.35 3.20 2.15 1.30 1.35 24.60 475.17 102.51 59.86 67.34 2801.54 0.39 1.93 0.22 2.20 1.31 1.90 1.34
钻井水力参数计算表
制表人：
泥 缸径(mm) 1# 2# 3# 水眼直径(mm) 1# 2# 3# 当量直径(mm) 9 9 × × × 1
浆
泵 泵参数 泵冲程(cm) 泵冲数(冲/m) 泵排量(L/s) 22.8 100 12.27
水力参数计算结果
数量
泵压(MPa)
钻头压降(MPa) 螺杆压降(MPa) 射流速度(m/s) 射流冲击力(kN) 射流水功率(kw) 钻头水功率(kw) 比水功率 泵功率(kw) 钻具内耗 钻具外耗 (MPa) (MPa) 3.76 0.25
15.32
6.31 5 96.4 1.3 62.72 77.43 4.24 188 泥浆外返流速(m/s) 最大值 1.02 最小值 0.86
钻杆特征(内平:1|贯眼:2) 钻具1 钻具2 钻具3 钻具4 1 762 0
套管下深(m) 顶部深度(m) 1030 762
数量 1 1 12.73 钻具结构
泥浆性能 密度(g/cm3) 塑性粘度 (mPa.s) 下深(m) 1030 1.1 20
钻具外径(mm) 钻具内径(mm) 钻具1 钻具2 钻具3 钻具4 套管程序 内径(mm) 钻头尺寸 下层套管 上层套管 152.4 161.7 89 62
长度(m) 1030
钻井各种计算公式
钻头水利参数计算公式：1、 钻头压降：dc QP eb 422827ρ= （MPa ） 2、冲击力：VF Q j02.1ρ= (N)3、 喷射速度：dV eQ201273=(m/s)4、 钻头水功率：d c QN eb 42305.809ρ= （KW ）5、比水功率：DNN b 21273井比＝ (W/mm 2)6、 上返速度：D DV Q221273杆井返＝- （m/s ）式中：ρ－钻井液密度 g/cm 3Q－排量 l/sc －流量系数，无因次，取0.95～0.98de －喷嘴当量直径 mmd d d de 2n 2221+⋯++= d n ：每个喷嘴直径 mmD 井、D 杆 －井眼直径、钻杆直径 mm全角变化率计算公式：()()⎪⎭⎫ ⎝⎛∂+∂+∆=-∂-∂225sin 222b a b a b a L K abab ϕϕ 式中：a ∂ b ∂ －A 、B 两点井斜角；a ϕ b ϕ －A 、B 两点方位角套管强度校核：抗拉：安全系数 m ＝1.80（油层）；1.60～1.80（技套） 抗拉安全系数＝套管最小抗拉强度/下部套管重量 ≥1.80 抗挤：安全系数：1.12510ν泥挤H P= 查套管抗挤强度P c ' P c'/P挤≥1.125按双轴应力校核：Hn P ccρ10=式中：P cc －拉力为T b 时的抗拉强度（kg/cm 2） ρ －钻井液密度（g/cm 3） H －计算点深度（m ） 其中：⎪⎭⎫⎝⎛--=T T KPP b b ccc K 223T b ：套管轴向拉力（即悬挂套管重量） kg P c ：无轴向拉力时套管抗挤强度 kg/cm 2K ：计算系数 kg σs A K 2=A ：套管截面积 mm 2 σs ：套管平均屈服极限 kg/mm 2 不同套管σs 如下：J 55：45.7 N 80:63.5 P 110:87.9地层压力监测：⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=D W NT R R d m n c 0671.0lg 282.3lg (d c 指数)100417.04895.8105⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯-=H cn ddR d Rcmcnp= （压力系数）式中：T –钻时 min/m N –钻盘转数 r/minW －钻压 KN D －钻头直径 mmR n －地层水密度 g/cm 3 R m －泥浆密度 g/cm 3压漏实验：1、 地层破裂压力梯度：HPG Lm f 10008.9+=ρ KPa2、 最大允许泥浆密度：HP Lm 102max +=ρρ g/cm 3为安全，表层以下[]06.0max-=ρρm g/cm 3 技套以下[]12.0max-=ρρmg/cm 33、 最大允许关井套压：[]8.01000'max ⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛--=gHm R a P P ρρ式中：P L －漏失压力（MPa ） PR－破裂压力（MPa ）ρm－原泥浆密度（g/cm 3） H －实验井深（m ）ρ'm ax－设计最大泥浆密度（g/cm 3） 10008.9mHP PL ρ+＝漏10008.9HmR P P ρ+=破井控有关计算：最大允许关井套压经验公式：表层套管[Pa]=11.5%×表层套管下深（m ）/10 MPa 技术套管[Pa]=18.5%×技术套管下深（m ）/10 MPa地层破裂压力梯度：HPG RR 1000=KPa/m最大允许关井套压：8.000981.01000max ⨯⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=H H G P R a 套套ρ Mpa 最大允许钻井液密度：81.9'max G R=ρ－0.06 (表层)81.9'maxGR=ρ－0.12 （技套）套管在垂直作用下的伸长量：10724854.7-⨯-=∆LmL ρ式中：ρm －钻井液密度 g/cm 3 L ∆ －自重下的伸长 m L －套管原有长度 m 套管压缩距：()ρρmL LLE L 总钢固自-⨯=∆10式中：L ∆ －下缩距 m L自－自由段套管长度 mL固－水泥封固段套管长度 mL总－套管总长 mρ钢－钢的密度 7.85g/cm 3ρm－钻井液密度 g/cm 3E －钢的弹性系数 （2.1×106kg/cm 3）泥浆有关计算公式：1、加重剂用量计算公式：()rr r r r 重加原重原加加－＝-V W 式中：W 加 －所需加重剂重量 吨 V 原 －加重前的泥浆体积 米3r 原、r 重、r 加－加重前、加重后、加重材料比重 g/cm 32、泥浆循环一周时间：QT V V 60柱井-=式中：T －泥浆循环一周时间 分 V 井、V 柱 －井眼容积、钻柱体积 升 Q －泥浆泵排量 升/秒 3、井底温度计算公式：1680HT T += 式中：T 、T 0 －井底、井口循环温度 o C H －井深 米 4、配制泥浆所需粘土和水量计算：粘土量 ()rr r r r 水土水泥泥泥土－＝-V W 水量r土土泥水－＝W VQ 式中：W 土 －所需粘土的重量 吨 V 泥 －所需泥浆量 米3r 水、r 土、r 泥 －水、土和泥浆的比重 g/cm 3 Q 水 －所需水量 米35、降低比重所需加水量：()rrrrr水稀水稀原原水＝--VQ式中：Q水－所需水量米3V原－原泥浆体积米3r原、r稀、r水－原泥浆、稀释后泥浆和水的比重g/cm3。
钻井水力参数的计算
提示：黄色区为需要填入数据的部分，蓝色区为自动计算的结果！
所钻井眼的直径 mm 地面管汇磨阻系数 Φ3 216 0.44 8 108.62 76.2 0 39.6875 3.96875 1237.078 0.373028 9.967158 20.13405 钻杆长度(m) 加重钻具长度(m) 钻铤长度(m) 地面管汇的压耗 0.536648282 钻具内的循环总压耗 #DIV/0! 环空的循环总压耗 0.447703567 钻头压降 0.372937151 动力钻具的压耗 0
4 54.78734 迟到时间Tt(min) 4.319621 粒子的剪切速率Ypp(sec-1) 0.117186 套管内岩屑运移效率Et%(井眼净化能力) 0.97573 裸眼内岩屑运移效率Et%(岩屑输送比) 26.15037232 23094.03401 0.846679081 0.892776777
钻井水力参数的计算
1、基本数据部分： 上一层套管的内径尺寸 mm 钻井液密度(g/cm ) 泥浆性能的有关参数： 所用钻杆外径(mm) 加重钻具外径(mm) 钻铤外径(mm) 喷嘴1直径(in-mm) 喷嘴2直径(in-mm) 喷嘴3直径(in-mm) 喷嘴4直径(in-mm) 喷嘴5直径(in-mm) 喷嘴6直径(in-mm) 喷嘴7直径(in-mm) 喷嘴8直径(in-mm) 喷嘴流量系数 2、水力参数计算： 地面管汇的压耗Psur 钻杆内的循环压耗Pp 钻铤内的循环压耗Pp (Mpa) (Mpa) (Mpa) 0.536648282 3.487976363 1.561547972 #DIV/0! 0.144791241 0.239500104 0.063412222 0 0.372937151 0 #DIV/0! 15 20 20 20 20 30 0 0 0 15.875 15.875 15.875 15.875 0 0 0 0.95 泵速(冲／分) 缸套尺寸(mm) 缸套冲程(mm) 泥浆泵的上水效率 单冲排量( 升/冲) 排量(l/s) 90 160 305 3
连续管钻井水力参数计算软件公式2
A B C D E F G H I J1 油管层数油管增加的径向长度每层长度总长度弯曲半径r0/Rv管雷诺管f管管内摩阻21 0.0365 260.32260.321.3370.02373.172020310.0061590.5132 0.1059 273.83534.151.4060.02253.172020310.0061300.5343 0.1752 287.34821.491.4750.02153.172020310.0061030.5654 0.2446 300.851122.331.5450.02053.172020310.0060780.5865 0.3139 314.351436.691.6140.01963.172020310.0060550.6176 0.3833 327.861764.551.6830.01883.172020310.0060330.6387 0.4526 341.372105.921.7530.01813.172020310.0060120.6598 0.5220 354.882460.801.8220.01743.172020310.0059930.68109 0.5913 368.392829.181.8910.01683.172020310.0059750.701110 0.6607 381.893211.071.9610.01623.172020310.0059570.721211 0.7300 288.933500.002.030.01563.172020310.0059410.5513 总摩阻6.72A B C D E F G H I J K L14 清水15 套管直径套管壁厚S环空v环空摩阻1摩阻2雷诺环空f环空0.005004直段盘管段15 0.1397 0.012100.00631.5892.041.45679510.004870.0061755.580.05.5817 0.1778 0.016260.01240.8070.320.23586810.005030.0061163.981.955.9318 0.006033 0.06.726.7219 Nreg环空水基泥浆Nreg管20 4.97 3.551580 0.010130.0063954444521 1.55 1.11769 0.020810.0076108.360.08.3622 0.007532 5.972.818.7823 0.007416 0.09.699.691K L M N O P Q R S T1 狄恩数DECT直径DCT厚度TCT内径d筒芯直径TD绝对粗糙度ks相对粗糙度KSNRe1 Q(L/min)2 31548 0.0730.00480.06342.60.0000472440.0007451741015096003 299654 直段长度盘管段长度密度Pn k a b △Pg5 第1种情况3500 清水1006 1 0.001 0.07860.25 0.0246 第2种情况2501000 水基泥浆1180 0.52564 0.8213 0.07300.28990.1047 全盘在滚筒上0 35002A B C D E F1 油管层数油管增加的径向长度每层长度总长度弯曲半径r0/R2 1 B2=$L2/2 C2=2*PI()*31*E2D2=C2E2=$O$2/2+$L$2/2F2=$N$2/2/E23 2 B3=B2+$L$2*0.95C3=2*PI()*31*E3D3=C3+D2E3=E2+$L$2*0.95F3=$N$2/2/E34 3 B4=B3+$L$2*0.95C4=2*PI()*31*E4D4=C4+D3E4=E3+$L$2*0.95F4=$N$2/2/E43G H I J1 v管雷诺管f管管内摩阻2 G2=($S$2/60000)/(PI()*$N$2^2/4)H2=$O$5*$N$2*$G2/$Q$5I2=$I$15+(0.0075*(F2)^0.5)J2=C2*$O$5*G2*G2*I2*2/$N$2/10000003 G3=($S$2/60000)/(PI()*$N$2^2/4)H3=$O$5*$N$2*$G3/$Q$5I3=$I$15+(0.0075*(F3)^0.5)J3=C3*$O$5*G3*G3*I3*2/$N$2/10000004G4=($S$2/60000)/(PI()*$N$2^2/4)H4=$O$5*$N$2*$G4/$Q$5I4=$I$15+(0.0075*(F4)^0.5)J4=C4*$O$5*G4*G4*I4*2/$N$2/1000000 45N1 CT内径d2 N2 =$L$2-2*$M$26Q R1 相对粗糙度KS NRe12 Q2=$P$2/$N$2 R2=59.7/(2*Q2)^(8/7)7R S T 4 a b △Pg5 R5=(LOG10(P5)+3.93)/50 S5=(1.75-LOG10(P5))/7T5=0.0003767*($O5/1000)^0.8*($Q5*1000)^0.2*($S$2/60)^1.86 R6=(LOG10(P6)+3.93)/50 S6=(1.75-LOG10(P6))/7T6=0.0003767*($O6/1000)^0.8*($Q6*1000)^0.2*($S$2/60)^1.88 K1 狄恩数DE2 K2=H2*($N$2/2/1.3)^0.53 K3=H3*($N$2/2/1.441)^0.5C D E15 S环空v环空摩阻116 C16=PI()*(($A16-2*$B16)^2-$L$2^2)/4 D16=36/3600/$C16E16=2*$H$16*$L$5*$O$5*$D16^2/($A16-2*$B16-$L$2)/100000017 C17=PI()*(($A17-2*$B17)^2-$L$2^2)/4 D17=36/3600/$C17E17=2*$H$17*$L$5*$O$5*$D17^2/($A17-2*$B17-$L$2)/10000009E20 E20=2*$H20*$L$5*$O$6*$D16^2/($A16-2*$B16-$L$2)/100000021 E21=2*$H21*$L$5*$O$6*$D17^2/($A17-2*$B17-$L$2)/100000010F15 摩阻216 F16 =2*$H$16*$L$6*$O$5*$D16^2/($A16-2*$B16-$L$2)/100000017 F17=2*$H$17*$L$6*$O$5*$D17^2/($A17-2*$B17-$L$2)/1000000181920 F20=2*$H20*$L$6*$O$6*$D16^2/($A16-2*$B16-$L$2)/100000021 F21=2*$H21*$L$6*$O$6*$D17^2/($A17-2*$B17-$L$2)/100000011G19 Nreg环空20 G20=($O$6*$D16^(2-$P$6)*($A16-2*$B16-$L$2)^$P$6/($Q$6*12^($P$6-1)))*(4*$P$6/(3*$P$6+1))^$P$621 G21=($O$6*$D17^(2-$P$6)*($A17-2*$B17-$L$2)^$P$6/($Q$6*12^($P$6-1)))*(4*$P$6/(3*$P$6+1))^$P$612G15 雷诺环空16 G16=$O$5*($A16-2*$B16-$L$2)*$D16/$Q$517 G17=$O$5*($A17-2*$B17-$L$2)*$D17/$Q$513H15 f环空16 H16=(1/(2*(1.8*LOG10($G16)-1.53)))^217 H17 =(1/(2*(1.8*LOG10($G17)-1.53)))^215H20 H20=16/G2021 H21=16/G2115I14 清水15 I15=(1/(2*((-2)*LOG10($Q$2/3.7065-(5.0452/H2)*LOG10($Q$2^1.1098/2.8257+(7.149/H2)^0.8961)))))^216I16 I16=$I$15+(0.0075*($N$2/2/1.3)^0.5)17 I17=$I$15+(0.0075*($N$2/2/1.441)^0.5)18 I18=$I$15+(0.0075*($N$2/2/1.683)^0.5)19 水基泥浆20 I20=$R$6/$J$20^$S$621 I21=1.06*$R$6*($N$2/2/1.3)^0.1/$J$20^(0.8*$S$6)22 I22=1.06*$R$6*($N$2/2/1.441)^0.1/$J$20^(0.8*$S$6)23 I23 =1.06*$R$6*($N$2/2/1.683)^0.1/$J$20^(0.8*$S$6)J15 直段16 J16=2*$I$15*$L5*$O$5*$G$2^2/$N$2/100000017 J17=2*$I$15*$L6*$O$5*$G$2^2/$N$2/100000018 J18=2*$I$15*$L7*$O$5*$G$2^2/$N$2/100000019 Nreg管20 J20=($O$6*$G$2^(2-$P$6)*$N$2^$P$6/($Q$6*8^($P$6-1)))*(4*$P$6/(3*$P$6+1))^$P$621 J21=2*$I$20*$L5*$O$6*$G$2^2/$N$2/100000022 J22=2*$I$20*$L6*$O$6*$G$2^2/$N$2/100000023 J23=2*$I$20*$L7*$O$6*$G$2^2/$N$2/100000018K L15 盘管段16 K16=2*$I16*$M5*$O$5*$G$2^2/$N$2/1000000 L16=J16+K1617 K17=2*$I17*$M6*$O$5*$G$2^2/$N$2/1000000 L17=J17+K1718 K18=2*$I18*$M7*$O$5*$G$2^2/$N$2/1000000 L18=J18+K18192021 K21=2*$I21*$M5*$O$6*$G$2^2/$N$2/1000000 L21=J21+K2122 K22=2*$I22*$M6*$O$6*$G$2^2/$N$2/1000000 L22=J22+K2223 K23=2*$I23*$M7*$O$6*$G$2^2/$N$2/1000000 L23=J23+K23()Re18/759.72Nε=1.10980.8961Re Re1 5.04527.1492lg[lg(())]3.7065 2.82572SLN N fεε=--+22fL vP fdρ∆=eRdNρνμ=214318nn nReg nnnd vNkρ--⎛⎫⎪+⎝⎭=0.10.81.06CL bRegrafN R⎛⎫= ⎪⎝⎭2CT 1431-12n n nRegn n n d d v N k ρ--⎛⎫ ⎪+⎝⎭=外套内）（0.100.81.06CLb Reg r a f N R ⎛⎫= ⎪⎝⎭11.8lg 1.532Re SLN f =-。
[资料]常用钻井计算公式
常用钻井计算公式压力梯度（Mpa/m）=0.00981×钻井液密度（g/cm3）钻井液密度(g/cm3)=压力梯度（Mpa/m）/0.00981静液压力（Mpa）=0.00981×钻井液密度（g/cm3）×垂深（m）地层压力（Mpa）=钻柱内静液压力（Mpa）+关井立管压力（Mpa）等效钻井液密度(g/cm3)=102×地层压力（Mpa）/垂深（m）泵的输出排量（l/min）=泵输出（l/冲）×泵速（冲/min）初始循环压力（Mpa）=低泵速循环压力（Mpa）+关井立力（Mpa）终了循环压力（Mpa）=低泵速循环压力（Mpa）×压井液密度/原浆密度压井液密度(g/cm3)= 原浆密度+102×关井立力（Mp a）/垂深（m）关井套压（Mpa）=（钻井液压力梯度－溢流压力梯度）×溢流垂深+关井立压等效循环密度(g/cm3)= 102×环空压耗（摩阻）/垂深（m）+原浆密度溢流高度（m）=井涌量（升）/环空容积（升/m）溢流压力梯度（Mpa/m）=0.00981×钻井液密度－（关井套压－关井立压）/溢流垂深最大允许钻井液密度(g/cm3)= 钻井液密度+102×漏失压力/套管鞋垂深（m）改变泵速的新泵压（Mpa）=旧泵压×（新泵速/旧泵速）2压井后的新安全余量（Mpa）=0.00981×（最大允许钻井液密度－压井密度）×套管鞋垂深（m）加重所需重晶石量（kg/m3）=4200×(压井液密度－原浆密度)/(4.2－压井液密度)溢流上窜速度（m/h）=立压增量（Mpa/h）/0.00981×钻井液密度干起钻每米压力降（Mpa/m）=0.00981×钻井液密度×钻具排替量×（套管容积－钻具排替量）湿起钻（钻具水眼堵）每米压力降（Mpa/m）=0.00981×钻井液密度×（钻具排替量+钻具内容积）/环空容积起出钻铤液面下降（m）=钻铤长×钻铤排替量/套管容积保持井底压力的放浆量（升）=压力增量×原井涌量（升）/（地层压力－压力增量）开始溢流前起出钻具的最大量（m）=过平衡量×（套管容积－钻具排替量）/（钻井液密度×0.00981×钻具排替量）。
连续油管钻井水力参数理论计算
连续油管钻井水力计算实例分析一、计算原始参数CT 规格："7873 4.8(20.188")3500mm m φ⨯⨯⨯，级别CT80。
滚筒尺寸（底径x 内宽x 轮缘）：260024504200mm φφ⨯⨯采用老井加深工艺，原井筒1500m （5-1/2”和7”套管）加深钻井1000m 和2000m ，参考大量实例，钻头采用4-3/4”和6-1/8’牙轮钻头或PDC 钻头，螺杆马达采用3-3/4”和4-3/4”规格。
钻井液采用清水和一种水基泥浆（ULTRADRIL 钻井液），其流体参数为： ρl =1180kg/m 3，n=0.52564，k=0.8213Pa.s n ，粘度为45.5mPa.s 。
二、泵压计算P P P P P P P =∆+∆+∆+∆+∆+∆泵工具CT 直管汇钻头环空CT 盘（一）管内压降计算模型CT 内流体的摩阻损失通常表示为压力降低的形式，即：22f L v P f dρ∆=中L 和d 分别是管长和管径，v 是管内的平均速度，f 是范宁Fanning 摩擦因子，它与流体的雷诺数、管壁的粗糙度等因素有关。
（二）清水（牛顿流）介质管内摩阻计算 1.雷诺数计算及狄恩数计算e R d N ρνμ=式中，N Re 为雷诺数，无量纲；ρ为液体密度，kg/m 3；ν为循环介质在管路中的平均流速，m/s ； d 为模拟连续油管内径，m ；μ为牛顿流体的动力粘度，Pa*s ；狄恩数(Dean)是研究弯管流动阻力的基本无量纲数：De N N =其中r 0为连续油管内径，R 为连续油管弯曲半径，N Re 为雷诺数。
2.直管摩阻系数计算模型 （1）层流对于直管，范宁摩阻系数可用如下公式计算： Re16SL f N =（2）紊流对管内单向流摩阻系数公式进行了分析，当不考虑管粗糙度，在紊流光滑区（3*103<De N <3*106），采用Miller 公式：1.8lg 1.53Re N =-对一定的相对粗糙度，雷诺数影响不能忽略。
钻井各种计算公式
钻头水利参数计算公式:1、 钻头压降:dc QP eb 422827ρ= (MPa) 2、冲击力:VF Q j02.1ρ= (N)3、 喷射速度:dV eQ201273=(m/s)4、 钻头水功率:d c QN eb 42305.809ρ= (KW)5、比水功率:DNN b 21273井比＝ (W/mm 2)6、 上返速度:D DV Q221273杆井返＝- (m/s)式中:ρ－钻井液密度 g/cm 3Q－排量 l/sc －流量系数,无因次,取0、95～0、98de －喷嘴当量直径 mmd d d de 2n 2221+⋯++= d n :每个喷嘴直径 mmD 井、D 杆 －井眼直径、钻杆直径 mm全角变化率计算公式:()()⎪⎭⎫ ⎝⎛∂+∂+∆=-∂-∂225sin 222b a b a b a L K abab ϕϕ 式中:a ∂ b ∂ －A 、B 两点井斜角;a ϕ b ϕ －A 、B 两点方位角套管强度校核:抗拉:安全系数 m ＝1、80(油层);1、60～1、80(技套) 抗拉安全系数＝套管最小抗拉强度/下部套管重量 ≥1、80抗挤:安全系数:1、12510ν泥挤H P =查套管抗挤强度P c ' P c'/P挤≥1、125按双轴应力校核:Hn P ccρ10=式中:P cc －拉力为T b 时的抗拉强度(kg/cm 2) ρ －钻井液密度(g/cm 3) H －计算点深度(m) 其中:⎪⎭⎫ ⎝⎛--=T T KPP b b ccc K 223T b :套管轴向拉力(即悬挂套管重量) kg P c :无轴向拉力时套管抗挤强度 kg/cm 2K:计算系数 kg σs A K 2=A:套管截面积 mm 2 σs :套管平均屈服极限 kg/mm 2 不同套管σs 如下:J 55:45、7 N 80:63、5 P 110:87、9地层压力监测:⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫⎝⎛=DW NT R R d m n c0671.0lg 282.3lg (d c 指数)100417.04895.8105⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯-=H cnddR d R cmcnp =(压力系数)式中:T –钻时 min/m N –钻盘转数 r/minW －钻压 KN D －钻头直径 mmR n －地层水密度 g/cm 3 R m －泥浆密度 g/cm 3压漏实验:1、 地层破裂压力梯度:HPG Lm f 10008.9+=ρ KPa2、 最大允许泥浆密度:HP Lm 102max +=ρρ g/cm 3为安全,表层以下[]06.0max-=ρρmg/cm 3技套以下[]12.0max-=ρρmg/cm 33、 最大允许关井套压:[]8.01000'max ⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛--=gH m R a P P ρρ式中:P L －漏失压力(MPa) PR－破裂压力(MPa)ρm－原泥浆密度(g/cm 3) H －实验井深(m)ρ'm ax－设计最大泥浆密度(g/cm 3) 10008.9mHP P L ρ+＝漏10008.9HmR P P ρ+=破井控有关计算:最大允许关井套压经验公式:表层套管[Pa]=11、5%×表层套管下深(m)/10 MPa 技术套管[Pa]=18、5%×技术套管下深(m)/10 MPa 地层破裂压力梯度:HPG RR 1000=KPa/m最大允许关井套压:8.000981.01000max ⨯⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=H H G P R a 套套ρ Mpa 最大允许钻井液密度:81.9'max GR=ρ－0、06 (表层)81.9'maxGR=ρ－0、12 (技套)套管在垂直作用下的伸长量:10724854.7-⨯-=∆LmL ρ式中:ρm －钻井液密度 g/cm 3 L ∆ －自重下的伸长 m L －套管原有长度 m 套管压缩距:()ρρmL LLE L 总钢固自-⨯=∆10式中:L ∆ －下缩距 m L自－自由段套管长度 mL固－水泥封固段套管长度 mL总－套管总长 mρ钢－钢的密度 7、85g/cm 3ρm－钻井液密度 g/cm 3E －钢的弹性系数 (2、1×106kg/cm 3)泥浆有关计算公式:1、加重剂用量计算公式:()rr r r r 重加原重原加加－＝-V W式中:W 加 －所需加重剂重量 吨 V 原 －加重前的泥浆体积 米3r 原、r重、r 加－加重前、加重后、加重材料比重 g/cm 32、泥浆循环一周时间:QT V V60柱井-=式中:T －泥浆循环一周时间 分 V 井、V 柱 －井眼容积、钻柱体积 升 Q －泥浆泵排量 升/秒 3、井底温度计算公式:1680HT T += 式中:T 、T 0 －井底、井口循环温度 o CH －井深 米 4、配制泥浆所需粘土与水量计算:粘土量 ()rr r r r 水土水泥泥泥土－＝-V W 水量r土土泥水－＝W VQ 式中:W 土 －所需粘土的重量 吨 V 泥 －所需泥浆量 米3r 水、r 土、r 泥 －水、土与泥浆的比重 g/cm 3 Q 水 －所需水量 米35、降低比重所需加水量: ()rr r r r 水稀水稀原原水＝--V Q式中:Q 水 －所需水量 米3 V 原 －原泥浆体积 米3r 原、r 稀、r 水 －原泥浆、稀释后泥浆与水的比重 g/cm 3。
喷射钻井水力参数计算方法
SY/T5234-91喷射钻井水力参数计算方法1主题内容与适用范围本标准规定了石油及天然气钻井中喷射钻井水力参数的计算方法。
本标准适用于石油及天然气钻井中喷钻井水力参数计算。
2计算公式中的符号、名称及单位(见表1)表1序号符号名称单位1 A b井底面积mm22 A J喷嘴面积mm23 D 钻柱外径mm4 D b钻头直径mm5 D h井径mm6 D p 钻杆外径mm7 D ro 岩屑直径mm8 d 钻柱内径mm9 F J 射流冲击力N10 f o 环空净化系数——11 H 井深m12 H o 临界井深m13 K 钻井液稠度系数Pa·s n14 k a 环空压耗系数——15 k b 钻头压降系数——16 k c 钻铤压耗系数——17 k ci 钻铤内压耗系数——18 k i 管内压耗系数——19 k p 钻杆压耗系数——20 k pi 钻杆内压耗系数——21 k tp 地面管汇压耗系数——22 L 钻柱长度m23 L e钻铤长度m24 L p钻杆长度m25 N b钻头水功率kW26 N S钻井泵实际水功率kW27 N r钻井泵额定水功率kW28 n 钻井液流性指数——序号符号名称单位29 P a环空压耗Mpa30 P b钻头压降Mpa31 p c 钻铤压耗Mpa32 p i 钻柱内压耗Mpa33 p p 钻杆压耗Mpa34 p po 钻井循环压耗Mpa35 p r 钻井泵额定泵压Mpa36 p s 钻井泵工作压力Mpa37 p sp地面管汇压耗MPa38 Q 排量L/s39 Q opt 最优排量L/s40 Q r 额定排量L/s41 Re 环空雷诺数---42 N u 钻头单位面积水功率W/mm243 νa环空返速m/s44 ν c 临界返喷m/s45 νj射流喷速m/s46 νsi岩屑滑落速度m/s47 μp塑性粘度mPa·s48 μf钻井液粘度mPa·s49 ρm钻井液密度g/cm350 ρro 岩屑密度g/cm351 τy屈服值Pa52 η钻井泵水功率利用率——53 θ600旋转粘度计600r/min读数——54 θ300旋转粘度计300r/min读数——55 θ200旋转粘度计200r/min读数——56 θ100旋转粘度计100r/min读数——3 喷射钻井水力参数计算公式3.1塑性粘度μp=θ600-θ300 (1)3.2屈服值τy=0.479(2θ300-θ600) (2)3.3流性指数n=3.32log θ600 (3)θ3003.4稠度系数0.479θ300K= (4)511n3.5环空返速1273Qυa= (5)D h2-D p23.6判断环空流态3.6.1 宾汉流体30．864μp＋[（30.864μp）2×123.5τyρm（D h－D p）2]0.5υc= 24ρm(D h－D p) (6)9800（D h－D p）υα2ρmR e= (7)τy(D h－D p)+12υaμpυa≥υc或Re≥2100 紊流υa＜υc或Re＜2100 层流3.6.2 冥律流体2.04×104n0.387K 25.4υc=0.00508[ ( )n ]1/(2-n) (8)ρm D h－D pυ aZ=808( )2-n (9)υcυa≥υc或Z≥808紊流υa＜υc或Z＜808层流3.7岩屑滑落速度0.071D rc(ρrc－ρm)0.667υsi= (10)(ρmμf)0.333对于宾汉流体：τy(D h－D p)υf=υp+0.112[ ] (11)υa对于幂律流体12000υ aμf=1075n0.119K( ) n-1 (12)D h－D p3.8环空净化系数υSif c=1－ (13)υa3.9地面管汇压耗3.9.1宾汉流体k sp=3.767×10-4ρm0.8μp0.2 (14)p sp=k sp Q1.8 (15)3.9.2幂律流体4.088×10-3K 4.093(3n+1)k sp=8.09×10-4(logn+2.5)ρm{ .[ ]n}(1.4-logn)/7 (16)ρm np sp=k sp Q[(14+(n-2)(1.4-logn))/7 (17)3.10管内压耗3.10.1宾汉流体1k f=7628ρm0.8μp0.2 (18)d4.8p i=k i LQ1.8 (19)3.10.2幂律流体64846(logn+2.5)ρm7.71×10-11d i Kk i= { ·d 5ρm2.546×106(3n+1)[ ]n}(1.4-logn)/7 (20)nd3p sp=k sp LQ[(14+(n-2)(1.4-logn))/7 (21)3.11 环空压耗3.11.1宾汉流体a.层流61.1μp QL 0.004τy Lp a= + (22)(D n－D)3(D h+D) D h－Db.紊流7628ρ0.8mμ0.2pk a= (23)(D h－D)3(D h+D)1.8p a=k a LQ 1.8 (24)3.11.2幂律流体a.层流0.004KL 5.09×106Q(2n-1)p a= [ ]n (25)D h－D n(D h+D) (D h－D)2b.紊流79419(logn+2.5)ρm L 6.2967×10-11K(D h+D)2 (D h－D)2k a= ·{(D h+D)2 (D h－D)3 ρm5.09×106(2n-1).[ ]n}(1.4-logn)/7 (26)n(D h+D) (D h－D)2p a=k a LQ [14+(n-2)(1.4-logn)]/7 (27)3.12循环压耗k p=k pi+k pa (28)k c=k ci+k ca (29)p p=p pi+p pa (30)p c=p ci+p ca (31)p pc=p sp+p p+p c (32)3.13钻头压降554.4ρmk b= (33)A J-2p b=k b Q2 (34)3.14钻井泵工作压力p s=p pc+p b (35)3.15射流喷速1000QυJ= (36)A J3.16射流冲击力F J=ρmυJ Q ………………………………(37)_3.17钻头水功率N b=p b Q (38)3.18钻井泵实际水功率N s=p s Q (39)3.19钻头单位面积水功率1000N bN u= (40)A b3.20钻井泵水功率利用率N bη= (41)N S3.21设计喷嘴总面积554.4p m Q2A J=( )0.5 (42)p s-p pc3.22临界井深3.22.1宾汉流体a.最大钻头水功率工作方式0.357p r-k sp Q1.8-k c L c Q1.8H c= +L c (43)K p Q1.8b.最大冲击力工作方式0.526p r-k sp Q1.8-k c L c Q1.8H c= +L c (44)K p Q1.83.22.2幂律流体a.最大钻头水功率工作方式7p r－(k sp+k c L c)Q[14+(n-2)(1.4-logn)]/721+(n-2)(1.4-logn)H c= + L c (45)K p Q[14+(n-2)(1.4-logn)]/7b.最大冲击力工作方式14p r－(k sp+k c L c)Q[14+(n-2)(1.4-logn)]/728+(n-2)(1.4-logn)H c= + L c (46)K p Q[14+(n-2)(1.4-logn)]/73.23最优排量3.23.1宾汉流体a.最大钻头水功率工作方式0.357p rQ opt=( )1/1.8 (47)K sp+k p L p+k c L cb.最大冲击力工作方式0.562p rQ opt=( )1/1.8 (48)K sp+k p L p+k c L c3.23.2幂律流体a.最大钻头水功率工作方式7p r21+(n-2)(1.4-logn)Q opt=[ ]7/[14+(n-2)(1.4-logn)] (49)K sp+k p L p+k c L cb.最大冲击力工作方式7p r28+(n-2)(1.4-logn)Q opt=[ ]7/[14+(n-2)(1.4-logn)] (50)K sp+k p L p+k c L c4 公式使用说明4.1用途用于喷射钻井水力参数设计和喷射钻井水力参数分析。
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名称 1#钻铤 2#钻铤 3#钻铤 1#钻杆 2#钻杆 3#钻杆 喷嘴编号#
钻具结构录入 内径 外径（mm） （mm） 158.75 71.44 158.75 71.44 158.75 71.44 127 108.62 127 108.62 127 108.62 PDC钻头喷嘴计算 14
400
喷嘴直径（mm）
紊流
0.49 0.70
钻井水力参数计算表
数据录入 钻井泵排量 （L/S） 钻井液密度 （g/cm3) 钻井液300转读数 钻井液600转读数 钻井液3转读数 井深（m） 套管下深（m） 套管内径（mm） 喷嘴流量系数 32 1.30 30 42 3 500 120 224.62 0.98 1#喷嘴直径（mm） 2#喷嘴直径（mm） 3#喷嘴直径（mm） 4#喷嘴直径（mm） 5#喷嘴直径（mm） 6#喷嘴直径（mm） 7#喷嘴直径（mm） 8#喷嘴直径（mm） 9#喷嘴直径（mm） 长度 （m） 100 井眼尺 寸 215.9 215.9 215.9 215.9 215.9 215.9 11.11 11 11 11 11 11 计算结果 立管泵压（Mpa） 钻头喷嘴压降（Mpa） 循环压耗（Mpa） 套管鞋当量循环密度（g/cm3） 井底当量循环密度（g/cm3） 水眼当量直径（mm） 水眼总面积（mm2） 喷嘴水功率（KW） 功率利用率（%） 喷嘴喷射速度（m/h） 喷嘴射流冲击力（N） 地面管汇压耗（Mpa） 总管内压力损失（Mpa） 总环空压力损失（Mpa） 比水功率（W/mm2） 临界返速（m/s）钻杆外 环空返速（m/S）钻铤外 环空返速（m/S）钻杆外 环空流态
泥浆性能计算 静切力（Pa） 塑性粘度 （mPa.S）
1.53 12.00
动切力（Pa） 表观粘度 （mPa.S）
25.86 21.00
流性指数n 稠度系数K（Pa.sn）
计算结果
5.35 3.20 2.15 1.30 1.35 24.60 475.17 102.51 59.86 67.34 2801.54 0.39 1.93 0.22 2.20 1.31 1.90 1.34