钻井常用计算公式.docx
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钻井常用计算公式
第四节钻井常用计算公式
、井架基础的计算公式
(一)基础面上的压力
nQO+Q
P基=
4
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=卩基+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Fi=
式中:
Fi基础顶面积,cm2;
Bi――混凝土抗压强度(通常为
28.1kg/cm2=0.281MPa)
2、底面积
式中:
F2
F2=
2
基础底面积,cm;
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;
2
F2、F1分别为基础的底面积和顶面积,cm;
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
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:
水泥=2340
l+m+nkg
1一□[十n
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
3m
石子
3m
水泥
kg
石子
3m
混凝土
3
m
水泥
kg
砂子
3m
混凝
土
3m
砂子
3m
石子
3m
混凝土
3
m
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
g5):
十△購朋亦
式中:
Gab――测量点a和b间井段的井斜全角变化率,(°/30m;
a――测量点a点处的井斜角,°
a――测量点b点处的井斜角,°
△①ab——测量点a和b之间的方位差,△①ab=S-①a,
2、井底水平位移
S/—y/l■-y2-|-(EnEn)b
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
厂_I
5严帀
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
式中:
△H=H-Hn
△H疋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
式中:
Ppr=prXQr
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
式中:
Pp=psXQ
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
式中:
Pp=Pb+APcr
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+Apcs
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
2
△pb=kb*Q
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。
1554.4pd
式中:
p钻井液密度,g/cm3;
2
Aj喷咀截面积,mm。
Aj_(巳—△九〉
式中:
P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
18
△pg=kgXQ
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杓-4Xp0dxgv0.2;
恤(塑性粘度)=6600-0300,mpa-s;
6600、600分别为旋转粘度计600r/min、3007min的读数,无因次量。
(七)管内循环压力损耗
1、钻杆内
△l>Pi=kpiXLpXe
kpi=7628XpJOEXM./2X^k
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;
P钻井液密度,g/cm;
^v塑性粘度,mpas;
dpi钻杆内径,mm。
2、钻铤内
△=kjXLqXQ145
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;
p——钻井液密度,g/cm3;
甲V——塑性粘度,mpas
dci钻铤内径,mm。
(八)管外循环压力损耗
1、钻杆外
Ap^,=k^XLpXQL6
=7628Xp/3的=(山一dp尸(dh+JT戸
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;
p——钻井液密度,g/cm3;
甲V——塑性粘度,mpas;
dh井眼直径,mm;
dp钻杆外径,mm。
2、钻铤外
=JXLcXQk8
7628Xp/
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;
p——钻井液密度,g/cm3;
甲V——塑性粘度,mpas;
dh井眼直径,mm;
dc钻铤外径,mm。
(九)钻头(喷咀)水功率
pb=ApbXQ
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
“H)OOQ
V」=k
式中:
Vj――射流喷射速度,m/s;
Q流量,L/s;
Aj喷咀截面积,mm2。
(^一)射流冲击力
Fj=PdXjXQ
式中:
Fj――射流冲击力,N;
p——钻井液密度,g/cm3;
UJ――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)
1000現
At
式中:
Pbs—
—钻头单位面积水功率(比水功率)
Pb-
-钻头水功率,kw;
Ab
井底面积(即钻头面积),mm;
2
W/mm;
Ah=寺兀血」
4
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
1273Q
式中:
Ua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
30.864jiDV+C(3O.X123,5rvpXpd 24pd 式中: “98OO(dh-dp)u/Xpd%—云二也一g)+l纽叶 Ur环空临界流速,m/s; ⑷v――塑性粘度,mPa・s; Tp屈服值(动切力),Pa; tp=0.479(2030©600; p钻井液密度,g/cm; dh井眼直径,mm;dp钻杆外径,mm; Re——雷诺数,无因次量; u钻井液上返速度,m/s; 若U>cr或Re>2100为紊流。 U 2、幕律流体 uL,=0.0050呂凸训XRf%k(产;旳占 pddh—dp 式中: Z=808(—)^n ^cr Ur环空临界流速,m/s; n钻井液流型指数,无因次量; n=3.32馆糾 K钻井液稠度系数,Pasn; Lr0*4790aoo 氏—511° p钻井液密度,g/cm; 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; 若U》u或z>800为紊数; gVutr或ZV800为层流。 (十六)岩屑滑落速度 6071drf(pre-pd)O6fi7 fJit1 式中: us――岩屑滑落速度,m/s; drc岩屑直径,mm; pre岩屑密度,g/cm3(—般取2.5g/cm3); 3p钻井液密度,g/cm; Pf视粘度,mPas。 (十七)环空净化能力 式中: Lc——环空净化能力,无因次量; us――岩屑滑落速度,m/s; ua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 0.357pr-kkXQ]"-k.XL.XQ1*J 九=+ 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 ’0.526^-^XQ]8—kcXLcXQbfi,, k.XQ16 IAr=r^TTrm-十1-I 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: 0*375pr)0 ^pt_vki-FkpXLp+kcXL/ 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: W,,p1"打+kfXLp+keXL/ 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: U=严LT…Xw/Xn/XHPjXeApd(pj—1*15) 與(5.5076)dX60'X(10,26)t HP3Px十山° Ue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; 入一一专速指数(入=0.92500.0375kd),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; △p――钻井液密度差系数(0.97673kd-7.2703),无因次量; p——钻井液密度,g/cm3; 2 Pbs――钻头比水功率,W/mm; d“d2、d3分别为钻头喷咀直径,mm。 (2)钻头牙齿磨损方程 dHAfXP(nr-r4.35XlQ-5Xn/) ~dT=259r58XD]XdbCWcr-WsXl+^hf) 式中: dB —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; Di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; ci——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: 1g Wcr_(DTxdJ Di——钻压影响系数,无因次量; D2——钻压影响系数,无因次量; 铳齿牙轮钻头: Wcr=1.77KN/mm; 银齿牙轮钻头: Wcr=1.34KN/mm。 (三)钻头轴承磨损方程 dB_n. dt=30.68Xb 式中: '——钻头轴承磨损速度,无因次量; dt 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 厂C'b+Cf AFT 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 259.58XD】XdKWcr-WJCiyH-m E=tdXp(nr+T_355<10"3Xnr3) 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; Di——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 30.68(bfXb) "Xw^)15 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; m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 =259.58XD1Xd^Wcr-WsXhj+c! AfXp(nr+4.35X10^5Xn? ") 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; m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。 五、地层孔隙压力计算公式 (一)地层孔隙压力和压力梯度 1、地层孔隙压力 Pp=ioxfpgxh MPa; 式中: Pp——地层孔隙压力(在正常压实状态下,地层孔隙压力等于静液柱压力) Pf地层流体密度,g/cm3; g重力加速度,9.81m/s; H――该点到水平面的重直高度(或等于静液柱高度),m。 Pm,则 在陆上井中,H为目的层深度,起始点自转盘方钻杆补心算起,液体密度为钻井液密度 -3 ph=10xmXgXH 式中: ph――静液柱压力,MPa; pm——钻井液密度,g/cm3 H――目的层深度,m; 2 g重力加速度,9.81m/s。 在海上井中,液柱高度起始点自钻井液液面(即出口管)高度算起,它与方补心高差约为 0.6m~3.3m,此高差在浅层地层孔隙压力计算中要引起重视,在深层可忽略不计。 2、地层孔隙压力梯度 G=压 6H 式中: Gp――地层孔隙压力梯度,MPa/m。 其它单位同 (一)中1。 (二)上覆岩层压力 1、上覆岩层压力 -3 p°=9.81X0H〔(1-①)m+①〕 式中: Po上覆岩层压力,MPa; H――目的层深度,m; ①一一岩石孔隙度,%; P――层孔隙流体密度,g/cm3; pm――岩石骨架密度,g/cm3。 2、上覆岩层压力梯度 Go――上覆岩层压力梯度,MPa/m; Po上覆岩层压力,MPa; H――深度(高度),m。 (三)压力间关系 Po=Pp+Cz 式中: Po上覆岩层压力,MPa; MPa。 MPa; Pp——地层孔隙压力,MPa; c――有效上覆岩层压力(骨架颗粒间压力或垂直的骨架应力) (四)地层破裂压力和压力梯度 1、地层破裂压力(伊顿法) 几=芒五(叫一Pp)十Pp 式中: Pf――地层破裂压力(为岩石裂缝开裂时的井内流体压力) 卩一一地层的泊松比; c有效上覆岩层压力,MPa; Pp——地层孔隙压力,MPa。 或Pf=Ph+P试 式中: Pf——地层破裂压力,MPa; Ph——液柱压力,MPa; P试一一试验时地层破裂时的立管压力,MPa。 2、破裂压力当量密度 p Pp=Pn.+481X1Oj3X-^ 式中: p――破裂压力当量密度,g/cm3; pm试验时所用钻井液密度,g/cm3; Pl——试验时地层漏失压力,MPa; H――裸眼段中点井深,m。 3、地层破裂压力梯度 G=^=l旷仏心+音 式中: Gf――地层破裂压力梯度,MPa/m; Pf——地层破裂压力,MPa。 (五)dc指数 1、de指数方程 1M282 J=咅小X£』yPpc_r0.0684wPd e 式中: de——修正d指数,无因次量; nr转速,r/min; td纯钻时,min; w钻压,KN; db钻头直径,mm; p――正常地层孔隙压力当量钻井液密度,p——钻井液密度,g/em3。 2、正常趋势线方程 den=aXl0bh 式中: den――dC指数正常趋势线方程(无因次量) a――正常趋势线截距,无因次量; b正常趋势线的斜率,m-1; h做de指数试验时的井深,m。 六、压井计算公式 (一)关井立管压力 Ps+Pd=Pa+Pad=Pp 式中: Ps――关井立管压力,MPa; Pd——钻柱内钻井液液柱压力,MPa; Pa――关井套管压力,MPa; Pad——环空受油气侵钻井液静液柱压力, Pp——地层孔隙压力,MPa。 (二)装有钻具回压阀的关井立管压力 Ps=Ps1-^Pa 式中: Ps――关井立管压力,MPa; Ps1仃泵时立管压力,MPa; △Pa――关井时套管压力升高值,MPa; g/em3; MPa; (三)在循环钻井液情况下求关井立管压力 Ps=PT-APci 式中: Ps――关井立管压力,MPa; Pt――压井时立管总压力,MPa; Pci——压井时的循环压力,MPa; (四)压井时所需钻井液密度 Pd! =Pd+Ap AlOOOPs,十A1000(? 5+Pe) △卩=市厂十代或3=函— 式中: P1——压井时所需钻井液密度,g/cm3;p——钻柱内钻井液密度,g/cm3 △p――井所需钻井液密度增量,g/cm3; Ps——关井立管压力,MPa; H井深,m; g重力加速度(=9.81m/s2); p——安全附加当量钻井液密度(油井0.05g/cm3~0.1g/cm3,气井为O.O7g/cm3~o.i5g 3、 /cm Pe——安全附加压力,MPa(油井为1.5MPa~3.5MPa,气井为3.0MPa~5.0MPa)。 (五)压井循环时立管总压力 pT=ps+Apcs+pe 式中: Pt――压井循环时立管总压力,MPa; Ps——关井立管压力,MPa; △Pcs――循环压耗,MPa; Pe——安全附加压力(同上),MPa。 (六)压井钻井液刚泵入钻柱时立管初始循环总压力 PTi=Ps+Pci+Pe 式中: PTi——压井钻井液刚泵入钻柱时立管初始循环总压力,MPa; 如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
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