固井计算常用公式
固井施工工艺流程培训(新来学生培训教材)
第一课油井水泥油井水泥是固井的基本材料，它能够与水按一定的比例混合成水泥浆，并在井下慢慢硬化成具有一定抗压强度和渗透率的水泥石。
油井水泥能够与外加剂和（或）外掺料有广阔的适应性和相容性，广泛地用于油田钻井、完井、修井及油井报废等作业中。
由于井下环境比地面条件恶劣得多，所以对其化学组成和物理性质方面的要求比建筑水泥严格得多，况且，由于施工方法不同，特别是对密度、稠度、稠化时间和抗压强度等具有更高的要求。
1、油井水泥的级别和类型由于注水泥作业的井下条件与建筑工程的地面环境完全不同，所以，我国标准或API规范都根据化学成分和矿物组成规定了专门的分级和分类，以适应不同的井深和井下条件。
目前，API规范和我国标准把油井水泥分为A、B、C、D、E、F、G和H八个级别，每种水泥都适用于不同的井深、温度和压力。
同一级别的油井水泥，又根据C3A（铝酸三钙）含量分为：普通型（O）：C3A＜15%；中抗硫酸盐型（MSR）：C3A≤8%；高抗硫酸盐型（HSR）：C3A≤3%。
2、油井水泥的定义及化学和物理性能要求：（1）、定义标准或规范所概括的A、B、C、D、E和F级油井水泥：是由水硬性的硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，通常加入适量的石膏和助磨剂经磨细制成的产品。
G和H级油井水泥也是由水硬性硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量的石膏或石膏和水，研磨制成的产品，但在粉磨与混合的过程中，不允许掺加任何其它外加剂。
目前辽河油区所使用的水泥是G级油井水泥。
该产品是一种基本油井水泥，有中抗硫酸盐（MSR）和高抗硫酸盐（HSR）两种类型。
以下所介绍的均为G级油井水泥。
（2）、化学和物理性能要求2.2、物理性能要求G级油井水泥物理性能要求见表二。
表二：物理性能要求说明：G级油井水泥的稠化时间要求较为严格。
要求在52℃，35.6MPa 条件下的稠化时间为90~120min，15-30min的最大稠度必须在30Bc内（确保G级水泥具有良好的流动性能），这些要求为注水泥作业的顺利创造条件。
井控计算公式
井控计算公式井控计算公式1、地层压力(孔隙流体压力)：(关井后)P地= P立+ P静= P立+ρ.g.H 注：g = 9.81 = 0.00981水的密度=1.0—1.07g/cm3, 正常地层压力梯度：0.00981-0.01049MPa/m, 9.81-10.5kPa/m。
2、静液压力：由静止液体的重力产生的压力。
P静= ρ.g.H =压力梯度G ×垂深3、压力梯度：每米垂深压力的变化量。
G = P/H = ρg4、地破试验：①破裂压力：P破 = P表+ρ.g.H ②破裂压力当量密度：ρ当= 102×P破/H③漏失压力：P漏 = P表+ρ.g.H ④漏失压力当量密度：ρ当m+ P漏/0.00981×H5、当量钻井液密度：ρ当= ρm+ 102×P立/H = 102×P地/H6、极限套压(最大允许关井套压)：Pa max = (ρ当一ρm).g.H7、压井液当量密度：ρ压= 102×P地/H = P地/g.H = ρm+ 102×P立/H =ρm立/g.H8、压井液量：V压 = 钻具内容积V1+ 环空容积V2， (附加1.5—2 倍)9、重晶石量：G重=ρ重.V压(ρ重浆–ρ原浆)/ (ρ重-ρ重浆)，式中：ρ重—重晶石密度，4.00-4.20g/cm310、初始循环压力：P初=低泵冲泵压+ 关井立压低泵冲泵压=钻进泵压/(钻进排量/压井排量)211、终了循环压力：P= （重浆密度/原浆密度）×低泵冲泵压12、压井液从井口到达压井管柱底部的时间(min)：t 1 = V1/60.Q (m3/min) = 1000.V1/60.Q (l/s)13、压井液从压井管柱底部到达井口的时间(min)：t 2 = V2/60.Q (m3/min) = 1000.V2/60.Q (l/s)式中：V1为钻具内容积 =（π/4）.(D21.L1+ D22.L2)， V2为井眼环容 =（π/4）×H×井径2m14、压井液循环总时间(min)：t总 = V总/60.Q (m3/min) = 1000.V/60.Q (l/s)式中：t总 = t1+ t2， V总= V1+ V215、压力系数相当于钻井液密度。
固井作业常用公式
固井作业常用公式固井作业是石油钻井中非常重要的一项工作，其目的是在井眼周围形成稳定的固体防腐层以防止井筒塌陷和油气泄漏。
固井作业常用的公式包括以下几个方面：一、固井液密度计算公式：固井液密度是指固井液中所含的浸砂剂、胶结剂、添加剂和溶解物质等的质量与体积比值。
常用的密度计算公式为：ρ = (w1ρ1 + w2ρ2 + ... + wnρn) / (w1 + w2 + ... + wn)其中，ρ为固井液密度，wi为每种成分的质量占比，ρi为每种成分的密度。
二、水泥浆密度计算公式：水泥浆密度是指水泥浆中水泥、搅拌添加剂和活性材料的质量与体积比值。
常用的密度计算公式为：ρ = (w1ρ1 + w2ρ2 + ... + wnρn) / (w1 + w2 + ... + wn)其中，ρ为水泥浆密度，wi为每种成分的质量占比，ρi为每种成分的密度。
三、井底压力计算公式：井底压力是指井底的地层压力以及固井液的压力。
常用的井底压力计算公式为：P2 = P1 + ρgh其中，P2为井底压力，P1为地层压力，ρ为井液密度，g为重力加速度，h为井深。
四、井底温度计算公式：井底温度是指井底地层的温度。
常用的井底温度计算公式为：T2=T1+α(T2-T1)其中，T2为井底温度，T1为地面温度，α为温度梯度。
五、套管外压力计算公式：套管外压力是指套管外部固有的压力。
常用的套管外压力计算公式为：P = ρgh其中，P为套管外压力，ρ为地层密度，g为重力加速度，h为井深。
以上是固井作业常用的一些公式，通过这些公式，可以对固井过程中的密度、压力和温度等重要参数进行计算和调整，以确保固井作业的安全和有效性。
同时，这些公式也可以根据具体的工程情况进行适当的调整和优化，以满足不同井眼和地层的要求。
固井作业常用公式
固井施工作业常用公式一、水灰比的确定设水灰比为λ，水泥浆密度为s ρ g/cm 3,干灰密度为c ρ g/cm 3,则有：λ=1--s s c ρρρ 二、1m 3水泥浆所需的干水泥量设水泥浆密度为s ρ g/cm 3,干灰密度为c ρ g/cm 3T c =1)1(--c s c ρρρ （吨） 三、1m 3水泥浆所需的水量 V=1--c S C ρρρ （m 3） 四、造浆量的计算 V s =)1()1(100--s c c ρρρ （1/100kg ） 五、水泥浆到达井底压力计算：设钻井液密度为m ρ（g/cm 3），井垂深深为h （m ）井底压力P=m ρgh/1000 （Mpa ）六、井底循环温度计算（1）已知地温梯度为p （℃/m ），井垂深深为h （m ），循环温度系数为λ（取值在0.6-0.8之间）,地表温度为T S （℃）井底循环温度T c =（T S +ph ）λ （℃）（2）已知钻井液出口温度为T o （℃）井垂深深为h （m ）井底循环温度T c =T o +h/168 （℃）七、注水泥升温时间计算已知套管内容积Q （m 2），套管下深h （m ），设计注入水泥浆量L （m 3），注水泥排量为q 1（m 3/min ），替泥浆排量为q 2（m 3/min ）：（1） 当Qh ＜L ，则升温时间t=1q Qh （min ） （2） 当Qh ＞L ，则升温时间t=1q L +2q L Qh -（min ） 八、稠化时间计算已知套管内容积Q （m 2），套管下深h （m ），设计注入水泥浆量L （m 3），注水泥排量为q 1（m 3/min ），替泥浆排量为q 2（m 3/min ）稠化时间t=1q L +1q Qh +附加安全时间（60-90min ）（min ） 九、失水量的计算Q 30=2*Q t T 30式中：Q 30——30min 失水量，mlQ t ——在时间t 时收集的滤液量，mlT ——试验结束时的时间，min十、流变参数计算流变模式判别： F=100300100200θθθθ-- 式中：F ——流变模式判别系数，无量纲； 300θ——转速300r/min 时仪器读数200θ——转速200r/min 时仪器读数100θ——转速100r/min 时仪器读数当F=0.5±0.03时选用宾汉流变模式，否则选用幂律流变模式。
常用压井计算公式
常用压井计算公式1、地层压力P PP P=P d+0.0098γH （地层压力=关井立管压力+静液柱压力）P d：关井立管压力，MPa。
γ：钻柱内未受侵泥浆密度，g/cm3.H:井深，m.2、压井泥浆密度γ1γ1= P P/(0.0098*H) (g/cm3) （=地层压力/gh或Δγ= P d/(0.0098*H) (g/cm3)γ1：压井泥浆密度。
Δγ：平衡溢流时所需的泥浆密度增值。
3、加重材料用量WW=V1*γ0(γ1-γ)/(γ0-γ1) (吨)γ0：加重材料比重，石灰石2.42g/cm3，重晶石4.2 g/cm3V1：原浆体积，m34、不同密度下关井允许最大套压值计算P2=P-0.0098γ2H=P1-0.0098(γ2-γ)H (MPa)P=0.0098γH+P1 (MPa)P:套管鞋或井漏堵漏处承压试验时该处所承受的最大压力P1:关井试压时套压值，MPa。
γ:试压时泥浆密度，g/cm3.γ2:溢流关井时的泥浆密度，g/cm3.5、低泵冲试验或计算求取P CI。
使用排量大约为正常钻进的1/3--1/2排量循环，测得其泵压值；其对应的泵压值大约为正常钻进时的1/9—1/4泵压(Q∝P2)。
最大允许关井套压计算公式公式1P = [(Pt×H/1000)-Pj]×80% 单位：（MPa）Pj（泥浆静液柱压力）=0.00981×H×R ——单位：（MPa）试中（1）P：最大允许关井套压（MPa）（2）H：计算时的垂直井深（m）（3）80%：计算保险系数（无单位）（4）R：下次钻进时最高钻井液密度（g/cm3）地层破裂压力梯度（Pt）单位：（KPa/ m）Pt（地层破裂压力梯度）=[(P1/H1+ P2/H2……Pn/Hn)/n] ×1000试中（1）P1、P2……Pn：地层破裂压力（MPa）（2）H：P压力所对应的井深（m）（3）n：所取P的点数公式2P = (Pt- Pj) H试中P：最大允许关井套压（KPa）Pt：地层破裂压力梯度（KPa/m）Pj：泥浆静液柱压力梯度（KPa/m）H：套管鞋处井深（m）公式3（经验公式）1、表层套管：P =表层套管下入深度*0.112单位：（kg/cm2）2、技术、油层套管：P =套管下入深度*0.185单位：（kg/cm2）一、最大允许的关井套压=地层破裂压力—静液柱压力二、最大允许关井套压=（地层破裂压力梯度—静液柱压力梯度）*套管下深三、最大允许关井套压=（地层破裂压力当量密度—钻井液密度）*0.00981*套管下深6、压井初始循环压力P TiP Ti=P d+P Ci (MPa)P Ci:低泵冲循环时的泵压，MPa。
固井公式
12.01
浮力系数 井浆密度 0.70 2.32 套管浮重t 单重kg 段长m 120.94 75.2 2283 钻余m 钻杆压缩距m 7.10 0.3 7.44
95.7050876 228.78
K1 2 2 2
K2 1.75 1.75 1.75
Fmax 81.90 33.60 74.90
＝ 0.281951 m(按下压5吨计算) ＝ ＝ 0.563903 m(按下压10吨计算) 0.845854 m(按下压15吨计算)
＝
39
圈
钢级： 安全系数： 钻杆尺寸： 钻杆长度： 套管下放速度＝
135 1.5 127 mm 4000 m
2×钻井时环空返速×每米套管环容 每米环空容积＋2×每米套管外容
＝ = ＝ =
0.801887
m/s(95/8"套管 内下放速度) m/s(7"套管内下 放速度) m/s(57/8"裸眼 内下放速度)
54 s(每立柱下放时间) 0.288372
150 s(每立柱下放时间) 0.254473
钻井时环空返速： 95/8"套管内容： 7"套管内容： 57/8"裸眼内容： 5"套管闭排
泥浆密度：
下套管遇阻时允许最大下压力
2.12
要使下套管遇阻下压时，管串不被压坏，则在压应力和弯曲应力联合作用下的组合应力应满足：
F d F A
D Do D Do Do F 2 2 d d s F Do4 Di4 Do4 Di4 A 4 4 64 64 Do
12.01 38.34
203.67 139.21
139.2
139.2 5"钻杆
固井
杜84-38-162固井设计一、基础数据1.原井基础数据人工井底：1705m 油套水泥返深:600 m 油补距: 3.88 m 套补距:4.2m 油套：φ139.7 ×2780 m，壁厚7.72mm.射孔井段厚度/层数，6.6m/3层 .平均孔隙度17％层位：杜家台射孔段厚度：6.6m2.试挤情况： 10min挤清水1m3压力15MPa不升不降3.设计数据设计挤灰半径：1m设计水泥浆密度：1.80～1.90g /cm3井温：75℃设计水泥浆稠化时间：180min添加剂：缓凝剂1‰，降失水剂1﹪。
钻杆内容积：2.34m3 /km,钻杆闭排体积：4.48 m3 /km套管内容积：20.5m3 /km,环空容积；16m3 /km,127套管内容积9.8 m3 /km127套管闭排容积12.66m3 /km127套管环空容积7.84方/千米127套管长度150m73钻杆长度二、施工目的修套后下127衬管完井，转SAGD注汽井。
三、水泥量计算水泥浆的用量由以下公式计算：固井段环空体积V固井段长度h=150m环空容积V4=V3h =150/100×7.84≈1方考虑稠油层漏失附加量3方，混浆及预留水泥冒附加量2方共需水泥浆：V=环空容积＋漏失附加量＋混浆及水泥冒附加量=1＋3＋2=6方折合干水泥根据公式：t=1.435V(r水泥浆-1)（V取6m3，r为水泥浆密度，取1.853/g cm）t=1.465×6×(1.85-1)≈7.5(吨)外加量：地面管线预留1 m3预计G级油井水泥8.5吨。
水泥添加剂：降失水剂5％，缓凝,1％，分散剂5％，消泡剂5％.四、水泥浆性能水泥浆密度，1.85g/cm3。
适用井温210℃。
稠化时间，188min。
初始稠度28BC。
候凝时间48h。
强度22MPa五、施工步骤1、正循环泥浆1至2周，观察悬重、泵压、排量及漏失量。
洗净环空内的残砂，2、悬挂器座挂，倒开中心管。
钻井中固井计算公式
钻井中固井计算公式在石油天然气勘探开发中，钻井是一个非常重要的环节。
而在钻井过程中，固井更是至关重要的一环。
固井是指在钻井完毕后，将水泥浆注入井孔中，形成一层坚固的水泥环，以保证井筒的稳定和安全。
而在进行固井作业时，需要进行一系列的计算，以确保固井的质量和效果。
本文将介绍钻井中固井计算公式的相关知识。
1. 固井设计的基本原则。
在进行固井设计时，需要考虑以下几个基本原则：（1）保证井壁的完整性，防止井壁的坍塌和漏失；（2）保证井筒的稳定性，防止井筒的侧向位移和扭曲；（3）保证井筒的密封性，防止地层水和油气的相互干扰；（4）保证井筒的耐高压和耐腐蚀性能，以应对井下高压和腐蚀环境。
在考虑以上原则的基础上，需要进行一系列的计算，以确定固井设计的参数和方案。
2. 固井设计参数的计算。
（1）水泥量的计算。
水泥量的计算是固井设计中最基本的计算之一。
水泥量的多少直接影响到固井的质量和效果。
水泥量的计算公式如下：\[V_c = \frac{24.51 Q_p}{(W_c-S_c)}\]其中，\(V_c\)为水泥量，单位为桶；\(Q_p\)为井眼容积，单位为立方英尺；\(W_c\)为水泥浆的密度，单位为磅/加仑；\(S_c\)为水泥的比表面积，单位为平方英尺/磅。
（2）水泥浆密度的计算。
水泥浆密度的计算是为了保证固井过程中水泥浆的流动性和填充性。
水泥浆密度的计算公式如下：\[W_c = W_w + W_cem + W_s\]其中，\(W_w\)为水的重量，单位为磅；\(W_cem\)为水泥的重量，单位为磅；\(W_s\)为加入剂的重量，单位为磅。
（3）水泥浆的比表面积的计算。
水泥浆的比表面积是水泥颗粒的表面积与质量的比值，是衡量水泥颗粒大小的一个重要参数。
水泥浆的比表面积的计算公式如下：\[S_c = \frac{6.24 10^5}{\sqrt{F_c}}\]其中，\(S_c\)为水泥浆的比表面积，单位为平方英尺/磅；\(F_c\)为水泥的细度，单位为平方厘米/克。
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常用固井计算公式
一、伸长对比计算： 1、套管变形计算：
ΔL 自＝
Kf F
E L G ***2*2
； 式中：G ：套管单位长度的重量kg/m ；F ：套管横截面积cm 2；
E ：弹性模量2.1×106kg/cm 2；L ：套管或钻具长度m ；
Kf ：浮力系数=7.85
1ρ
-
；
2、外力伸拉长：
ΔL 外=
F
E L
kf P ***
式中：P —外力，kg ； kf —浮力系数；
L —上段被拉套管长度m ； E —弹性模量；F —被除拉套管面积；
3、套管进扣量：
ΔL 进=3
10**C N
式中：C —进扣量，取0.002~0.0025；N —入井套管根数；
4、套管内外密度变化引起套管轴向变形量： （1）管外流体密度变化引起的轴向变形：
ΔL 外=1)
-E(R L 1.02
2
2套
外ρμ∆R （2）管内流体密度变化引起的轴向变形：
ΔL 内=
1)
-E(R L 0.122
套
内ρμ∆
（3）浮力引起的轴向变形：
ΔL 浮=EA
)L A -(1.02
套
外外内内ρρ∆∆A
式中：μ—波桑比，取0.30；ΔP —（密度增加，密度减少）；
E ：弹性模量；A 内、A 外、A 本体—指横截面积cm 2；L —套管长，m 5、井口压力引起套管轴向变形（蹩压时）
ΔL 井口=
EA
P A -P (04.0内
内外外套∆∆A L
6、最大上提拉力计算：
下套管遇阻时在不考虑弯曲应力的情况下，上提套管时最大载荷在井口，可由下式计算：
抗拉安全系数
丝扣抗拉强度上提n P T =
注：短期抗拉安全系数取1.60。
7、允许套管最大下压力计算
2181K K I DD A P r s
s
⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛=
＋下压δ
备注： K 1取1.8、K 2取1.75。
8、关闭分级箍循环孔增加的轴向载荷
因该井套管下深较深，套管在空气中的重量达260t ，关闭分级箍循环孔的压力达18—20MPa ，对井口套管轴向载荷增加较大，增加的轴向载荷可根据下式计算：
100/785.02关闭压力轴向力P d P =
=79t
9、关闭分级箍循环孔时上部套管的轴向变形量
EF
L P L 上部套管长
外力轴向变形量⨯=
∆
37
.77101.22400
1000796
⨯⨯⨯⨯=
=1.17m
10、下尾管或套管允许掏空深度和灌泥浆量及悬重变化
因尾管或套管的抗挤强度远远高于回压凡尔的试泵压力，故下尾管或套管允许掏空深度按回压凡尔的试泵压25MPa 计算，并考虑2.5的安全系数，则：
H 掏空=
ρ
⨯⨯⨯0.12.59.80
25或者说 H 掏空=ρ⨯10/P m 试
11、允许下套管速度计算：
（1）下放尾管时允许泥浆上返速度
尾管本体处允许上返速度取钻进时钻杆本体处环空上返速度，钻进排量如为20L/S ，井径取225mm 则上返速度：
V 杆=
杆环
V Q
（2）允许下放尾管速度计算：
布科哈德公式，V 环=)5.0(*2
22
管井管下D D D V -+
由该公式中可知，V 环是知道的，由此可以求出V 下；
式中，V 环，环空泥浆上返速度，m/s ；V 下，允许下放速度m/s ； D 井，井径，cm ；D 管，管柱外径，cm ；
由上式可以计算出每米套管可下速度，求出每根套管的可下速度。
12、倒扣前允许最大蹩泵压力计算： 在井下出现管被卡，座挂完全处于自由状态时，固井管串最薄弱处，为下完钻杆后的最上端，此时，由于蹩泵管内外压差，使管柱膨胀，造成向上有缩短的趋势，因而产生轴向拉伸负荷。
G 轴=MAX P d 蹩2
0*471.0 则：P 蹩MAX=
2
*471.0d G 轴
式中：G 轴—允许增加的轴向负荷（kg ） 如：G 轴=ΔG 轴，d0，管柱的平均内径cm ；
计算出结果大于套管地面水压试验压力和管串入井中的循环压力，才安全。
13、尾管倒扣后允许最大大蹩泵压力
（1）不超过悬而未决挂器最大座挂试拉负荷允许蹩泵压力：
P 蹩max=
尾
预
尾F G G G --
式中：G 悬挂器允许悬挂力，kg ；（川972悬挂器取拉力130吨） G 尾：尾管串浮重；G 预：座尾管预压力，一般取5~10吨； F 尾：尾管过水面积cm 2；计算结果取安全系数1.30。
（2）蹩泵上顶不使插入管顶出悬挂器允许蹩泵压力：
G 顶=
L
L F E 顶
**
式中：L 顶：插入管上顶距离m ；L ：送尾管的管柱长m ； E ：弹性模量，2.1*106； F 钻杆截面积cm 2；一般情况L 顶7″悬挂器插入管有效长度的80%；
因此，P 蹩max=
插
顶
F G 式中：F 插，插入管外截面积，7″悬挂器为118.8cm 2。
据上两式计算结果，实际一般取15Mpa 为宜，特殊情况P 蹩max 不超过25Mpa ； 14、循环压力计算： P 管外=
15、强度计算：
（1）抗拉=管柱抗拉强度/套管在真空中重量
（2）抗挤=抗挤强度/该井泥浆柱压力（0.1*P*H）
(3)抗内压=（套管抗内压强度+清水柱压力）/最大关井压力时该点压力（P）P=P井口.e1.1251*ΡH＊（十的负四次方）。