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大汇总！钻井常用计算公式（上）

百科   2024-10-24 21:50   天津  
一、井架基础的计算公式
（一）基础面上的压力
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
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)
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）。
（四）混凝土体积配合比用料计算
1、计算公式
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，见下表。

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·s
dci——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：dH/dt ——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；
b——钻头轴承工作系数，无因次量。
（四）钻井成本方程
 
式中：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
式中：c1——钻头牙齿磨损减慢系数，无因次量；
Af——地层研磨性系数，无因次量；
hf——钻头牙齿磨损量，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；
P——钻头系数，镶齿钻头P=0.5；
td——钻头纯钻进时间，h；
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。
2、当Af≤4，由轴承决定钻头寿命td
式中：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；
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。
当Af＞4，则由牙齿决定钻头寿命td
式中：Tt——钻头牙齿寿命，h；
c1——钻头牙齿磨损减慢系数，无因次量；
hf——钻头牙齿磨损量，无因次量；
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。

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