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1.25~1.40）；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：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nQO+QB4P基B1P地B2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m31.坚硬土壤上的井架脚，小基墩井架脚，基墩的上部分。1∶2∶43350.450.9074422.223720.51.111.352.702.992.厚而大的突出基墩。1∶2.5∶52760.460.9160822.203040.51.101.573.103.633.支承台、浇灌坑穴及其他。1∶3∶62340.460.9350422.152530.51.082.04.04.274.承受很大负荷和冲击力的小基墩。1∶1∶25850.390.78150022.567500.51.280.671.341.715.承受负荷不大的基墩。1∶4∶81800.480.9637522.081880.51.042.705.405.60二、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；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：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；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、喷射钻井水力参数计算公式（一）钻井泵额定水功率Ppr=pr×Qr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=ps×Q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+△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。式中：ρd——钻井液密度，g/cm3;AJ——喷咀截面积，mm2。式中：ρd——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=kg×Q1.8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=3.767×10-4×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：△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；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；ρd——钻井液密度，g/cm3；μpv——塑性粘度，mpa·sdci——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;kpa——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；ρd——钻井液密度，g/cm3；μpv——塑性粘度，mpa·s；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；ρd——钻井液密度，g/cm3；μpv——塑性粘度，mpa·s；dh——井眼直径，mm；dc——钻铤外径，mm。（九）钻头（喷咀）水功率pb=△pb×Q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）射流冲击力FJ=ρd×υJ×Q式中：FJ——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：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：υa——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：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;dh——井眼直径，mm；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；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；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；drc——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：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，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：υpe——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；λ——转速指数（λ=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;△ρd——钻井液密度差系数(0.97673kd-7.2703)，无因次量；ρd——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；