钻井计算公式精典 2.docx

钻井计算公式精典 2.docx

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钻井计算公式精典2

钻井计算公式（精典）

1.卡点深度：

L=eEF/105P=K×e/P

式中：

L-----卡点深度米

e------钻杆连续提升时平均伸长厘米

E------钢材弹性系数=2.1×106公斤/厘米2

F------管体截面积。

厘米2

P------钻杆连续提升时平均拉力吨

K------计算系数

K=EF/105=21F

钻具被卡长度l:

l=H-L

式中H-----转盘面以下的钻具总长米

注：

K值系数5＂=715（9.19）

例：

某井在井深2000米时发生卡钻，井内使用钻具为壁厚11毫米的59/16＂钻杆，上提平均拉力16吨，钻柱平均伸长32厘米，求卡点深度和被卡钻具长度。

解：

L=Ke/P

由表查出壁厚11毫米的59/16＂钻杆的K=957

则：

L=957×32/16=1914米

钻具被卡长度：

L=H-L=2000-1914=86米

2、井内泥浆量的计算

V=D2H/2或V=0.785D2H

3、总泥浆量计算

Q=q井+q管+q池+q备

4、加重剂用量计算：

W加=r加V原（r重-r原）/r加-r重

式中：

W加----所需加重剂的重量，吨

r原----加重前的泥浆比重，

r重----加重后的泥浆比重

r加---加重料的比重

V原---加重前的泥浆体积米3

例：

欲将比重为1.25的泥浆200米3，用比重为4.0的重晶石粉加重至1.40，需重晶石若干？

解：

根据公式将数据代入：

4×200（1.40-1.25）/4.0-1.40=46吨

5.降低泥浆比重时加水量的计算

q=V原（r原-r稀）/r稀-r水

式中：

q----所需水量米3

V原---原泥浆体积米3

r稀---稀释后泥浆比重

r水----水的比重（淡水为1）

r原---原泥浆比重

例：

欲将比重1.30的泥浆150米3降至比重为1.17，需加淡水若干？

解：

根据公式代入数据：

150（1.30-1.17）×1/1.17-1=115米3

6、泥浆循环一周所需时间计算

T=V井-V柱/60Q泵

式中：

T---泥浆循环一周的时间，分

V井---井眼容积，升

V柱---钻柱体积升

Q泵---泥浆泵排量升/秒

备注：

V井=0.785D井2

V柱=0.785（D外2-d内2）

例题：

井径81/2"，使用壁厚为10毫米的41/2"钻至1000米，泵的排量为21.4升/秒，问泥浆循环一周需时若干？

解：

V井=0.785×（215.9）2=36591升

V柱=0.785（114.32-94.32）=3275升

T=V井-V柱/60Q泵

=36591-3275/60×21.4

=33316/1284

=25.95分

7、泥浆上返速度计算

V返=12.7Q泵/D井2-d柱2

式中：

V返—泥浆上返速度米/秒

Q泵---泥浆泵排量升/秒

D井---井径厘米

d柱---钻柱外径厘米

例题：

某井井径为22厘米，钻具外径为11.4厘米，泥浆泵排量为25升/秒，问泥浆上返速度是多少？

解：

V返=12.7Q泵/D井2-d柱2

=12.7×25/222-11.42

=0.90米/秒

8、漏失速度计算公式：

V漏=Q漏/t时

式中：

V漏—漏失速度米3/小时

Q漏---在某段时间内的漏失量米3

t时----漏失时间小时

例题：

某井在30分钟内共漏泥浆15.6米3问该井在这段时间内的漏失速度是多少？

解：

V漏=Q漏/t时

=15.6/0.5

=31.2米3/小时

9、泵压计算公式：

P=0.081ρQ2/0.96D4

式中：

P---泵压MPa

ρ---使用密度g/cm3

Q----泥浆泵排量l/s

D---钻头水眼毫米

D=√d12+d22+d32+…..

10.常用套管数据表

尺寸

钢级

壁厚

mm

线密度

Kg/m

抗外挤

抗内压

抗拉

最大载荷MPa

安全系数

最大载荷

MPa

安全系数

最大载荷

KN

安全系数

273.05

J55

8.89

60.32

2.47

4.42

2.3

10

118.6

10

244.5

J55

8.94

53.57

2.47

5.63

2.1

10

94.5

10

139.7

P110

9.17

29.7

28.6

2.4

40

2.2

/

/

139.7

N80

9.17

29.7

23.5

2.4

40

1.6

706

2.8

11．接头扣型尺寸：

（1：

内平2：

贯眼3：

正规）

扣型

公扣小端外径mm

扣型

母扣端部台肩内径mm

231

正规

45.17

230

正规

65.1

231

正规

54.20

230

正规

78.6

331

正规

64.8

330

正规

91.3

431

正规

90.46

430

正规

119.9

531

正规

110.20

530

正规

142.8

631

正规

131.02

630

正规

154.7

221

贯眼

70.08

220

贯眼

94.5

321

贯眼

77.44

320

贯眼

103.9

421

贯眼

96.21

420

贯眼

124.1

521

贯眼

126.78

520

贯眼

150.5

621

贯眼

150.37

620

贯眼

174.1

211

内平

60.35

210

内平

74.45

211

内平

71.44

210

内平

88

311

内平

84.93

310

内平

103.19

411

内平

114.30

410

内平

134.94

511

内平

141.29

510

内平

164.3

611

内平

168.28

610

内平

190.6

12.常用单位换算表

长度:

1英寸（in）=25.4毫米（mm）=2.54厘米（cm）=0.0254米（m）

1英尺（ft）=12英寸（in）=304.8毫米（mm）=30.48厘米（cm）=0.3048米（m）

1码（yd）=3英尺（ft）=914.4毫米（mm）=91.44厘米（cm）=0.9144米（m）

1里=150丈=500米

1丈=3.33米

1尺=0.33米

1寸=0.033米

面积:

1亩=666.6m2

13.常规井身结构

开钻次序

导管

一开

二开

三开

开窗侧钻

井眼直径mm

515

444.5

393.7

311.15

244.5

215.9

118

套管直径mm

478

339.7

273.05

244.5

177.8

139.7

101.6

常用钻铤（φ）

177.8

177.8（7in）

203.2（8in）158.8（6-1/4）

177.8（7in）158.8（6-1/4）

158.8（61/4）

101.6（4in）

常用钻杆（φ）

127（5）

127（5in）

127（5in）

127（5in）

73（2-7/8in）

备注

常用

常用

常用

特殊井

14.常用钻铤尺寸与钻头直径关系对照表

钻头直径mm（in）

钻铤直径mm（in）

508.0（20）～660.4（26）

254.0（10）～279.4（11）

444.5（171/2）

228.6（9）～279.4（11）

374.6（143/4）

228.6（9）～254.0（10）

311.1（121/4）

228.6（9）～254.0（10）

269.9（105/8）

177.8（7）～228.6（9）

241.3（91/2）～250.8（97/8）

177.8（7）～203.2（8）

212.7（83/8）～222.2（83/4）

158.8（61/4）～171.4（63/4）

190.5（71/2）～200.0（77/8）

127.0（5）～158.8（61/4）

158.8（61/4）～171.4（63/4）

120.6（43/4），127.0（5）

142.9（55/8）～152.4（6）

104.7（41/8），120.6（43/4）

120.6（43/4）

79.3（31/8），88.9（31/2）

公式：

允许最小钻铤直径=2倍套管接箍外径-钻头直径

有效井眼直径=（钻头直径+钻铤直径）÷20

在大于215.9mm（81/2in）的井眼中，应采用塔式钻铤组合，钻铤柱中最下一段钻铤（一般应不少于1立柱）的外径应不小于这一允许最小外径，才能保证套管的顺利下入。

15.井斜的原因

钻井实践表明，井斜的原因是多方面的，如地质条件、钻具结构、钻进技术措施以及设备安装质量等。

但归纳起来，造成井斜的原因主要有两个方面：

第一是钻头与岩石的相互作用方面的原因，即由于所钻地层的倾斜和非均质性使钻头受力不平衡而造成井斜；第二是钻柱力学方面的原因，即下部钻具受压发生弯曲变形使钻头偏斜并加剧钻头受力不平衡而造成井斜。

1.地层因素

不同的地区、不同构造部位甚至不同的地层，井斜程度的显着差异表明地层因素往往是影响井斜的主要原因。

①在倾斜的层状地层中钻进时，由于在层面交界处的岩石不能长时间支持钻压而趋向沿垂直面发生破碎，因而井眼下倾一侧的层面上形成小斜台，它对钻头施加一个横向作用力，把它推向地层的上倾方向，从而引起井斜这就是所谓地层的“小变向器”作用。

地层倾角越大，成层性越强，钻压越大，这种作用也越大。

②沉积岩层不同方向的物性和强度是有差异的，一般来就，垂直层面方向岩石的强度低，可钻性高，所以在钻经这种地层时，钻头总是要保持沿这个破碎阻力最小的方向钻进的趋势，当地层呈倾斜状态时，这种自然趋势必然导致井斜。

③在软硬交错地层钻进时，可能产生突发性的严重井斜问题，当钻头从软地层进入硬地层时，由于钻头在A、B两侧的破碎阻力不均，使钻头的钻进方向向地层上倾方向倾斜，当钻头从硬地层进入软地层时，由于类似前面所述小变向器作用，迫使钻头沿地层上倾方向钻进。

④钻头在破碎呈倾斜的层状岩石时，牙齿在地层上倾方向一侧C形成较多的岩屑量。

由于两侧破碎的不均衡产生的增斜力，也迫使钻头改变方向。

⑤地层造斜力及计算模式。

（1）

或　　　　　　　　

（2）

式中：

－地层倾角，°；

　α－井斜角，°；

　　　W－钻压，。

地层本身并不存在造斜力，这里所说的地层造斜力，实质上是与地层特性及钻压密切相关的使井眼偏斜的一种特殊作用。

用地层造斜力的概念解释和描述岩性比较稳定的地层和一个层段的井斜机理是比较合实际情况的，但不适用于软硬交界面上突然发生的严重井斜问题。

2.下部钻具弯曲的影响

下部钻具在钻压作用下发生弯曲是引起井斜的另一个重要原因，其弯曲程度越严重，井斜也越严重，它对井斜的影响表现在两方面：

①下部钻具弯曲使钻头偏斜（相对于井轴），其钻进的方向偏离原井眼轴线，直接导致井斜。

②下部钻具弯曲，使钻压改变了作用方向即不再沿井眼轴线方向施加给钻头，而是偏斜了一个角度——即钻头偏斜角，从而产生一个引起井斜的横向偏斜力FB。

下部钻具组合自身的特性（包括与井眼的间隙）及钻压决定它的弯曲程度和对井斜的影响。

16.常规钻具组合:

1、一开钻具组合

深度根据上部平原组的底界确定，一般为：

50～150m；

Φ444.5mmP2＋Φ177.8mm钻铤×6根＋Φ127mm钻杆＋133方钻杆

钻井参数：

钻压

（kN）

转速

（r/min）

排量

（L/S）

泵压

（MPa）

10-20

67

＞50

5

2、二开直井段钻具组合

2.1上部大井眼

（1）不下技套时,采用塔式钻具组合:

Φ244.5mmP2＋Φ177.8mm钻铤×6根＋Φ158.8mm无磁钻铤×1根＋Φ158.8mm钻铤×11根＋Φ127mm钻杆

钻井参数：

钻压

（kN）

转速

（r/min）

排量

（L/S）

泵压

（MPa）

50-80

67～217

30

12

（2）下技套时,采用刚性满眼钻具组合:

Φ311.2mmP2＋Φ203.2mm无磁钻铤×1根＋Φ203.2mm钻铤×1根＋Φ310mm扶正器＋Φ203.2mm钻铤1根＋Φ310mm扶正器＋Φ203.2mm钻铤×3根＋Φ178.8mm钻铤×9根+Φ127mm钻杆+133mm方钻杆

钻井参数：

钻压

（kN）

转速

（r/min）

排量

（L/S）

泵压

（MPa）

50-80

67

＞40

12

对可钻性差的海相地层：

?

311.2HA537+?

311扶正器+?

228.6减震器+?

311扶正器＋?

228.6钻铤×1根+?

311扶正器+?

228.6钻铤×2根+?

203.2钻铤×7根+?

177.8钻铤×6根+?

158.8上击器+?

127加重钻杆×7根+?

127钻杆+133mm方钻杆

钻井参数：

钻压

（kN）

转速

（r/min）

排量

（L/S）

泵压

（MPa）

150-180

67

＞40

12

对可钻性差的海相地层：

减震器的安放位置：

直接安放在钻头之上减震效果最佳。

随钻震击器的安放位置：

其结构复杂、壁厚受限，不能长期处于压缩弯曲状态，应安放在钻柱受拉部位。

一般安放在钻铤柱顶部效果最佳，如错误地放在中和点上，交替承受拉、压载荷会使其很快损坏。

2.2下部81/2″井眼直井段防斜钻具组合

（1）钟摆防斜钻具

（2）满眼防斜钻具

（3）偏心防斜钻具

（4）光钻铤组合

（1）钟摆防斜钻具

Φ215.9mmPDC钻头＋Φ158.8mm无磁钻铤×1根＋Φ158.8mm钻铤×1根＋Φ214mm扶正器＋Φ158.8mm钻铤×1根＋Φ214mm扶正器＋Φ158.8mm钻铤×18根＋Φ127mm钻杆＋133mm方钻杆

钻井参数：

钻压

（kN）

转速

（r/min）

排量

（L/S）

泵压

（MPa）

20-30

217

30

12

排量优选：

一般Φ215.9mm井眼上返流速调整到1～1.5m/s，Φ244.5mm井眼上返流速调整到0.8～1m/s，Φ311.2mm井眼上返流速调整到0.6～0.8m/s。

力学理论基础:

实际的井眼都是倾斜的，钻柱某点将和井壁接触，称为上切点。

未加钻压时，作用在钻头处侧向力只是钻头与上切点之间钻铤重量的横向分量，这个力称作钟摆力，使井眼趋于垂直；当施加钻压时，将在钻头处产生另一侧向力，此力使井眼偏离原来的方向。

这二个力的合力决定了钻进方向。

钟摆钻具使用特点：

①钟摆钻具能用于不易井斜地区，在使用大钻铤条件下，保证较高钻压下钻出几乎垂直的井眼。

比使用光钻铤钻具可增加钻压，而不会增大井斜。

②钟摆钻具也是一种有效的纠斜工具，并广泛应用于各油田。

钟摆钻具使用特点：

③尽可能采用大尺寸钻铤加稳定器，形成的钟摆长，减斜效果好。

在具体操作中应严格控制钻压，避免因加压过大使稳定器以下出现新切点致使钟摆失效；还应与处理地层交界面和加强划眼结合起来。

④缺点：

在直井内无防斜作用，与光钻铤一样由于刚度小不能有效控制井斜变化率。

为满足易斜区快速钻井的要求还须使用其他类型的防斜钻具。

钟摆钻具工作原理

利用斜井内钻柱切点以下钻铤重量的横向分力把钻头压向井眼下方，以逐渐达到减小井斜的效果。

这个横向分力的作用犹如钟摆一样，故称之为钟摆力。

增加钟摆力的一个办法是尽可能使用较大尺寸的钻铤，这样钻铤不容易被压弯，切点位置相对较高，利于减斜。

另一个办法是在此切点略高的位置上安装稳定器，以提高切点位置，增大减斜力。

同时，也能减小钻头外侧倾角（指产生增斜效果的钻头倾角）。

钟摆钻具设计要点和操作要求

操作中应严格控制钻压。

同满眼钻具相比，钟摆钻具只能使用较小的钻压。

对钟摆钻具来说，稳定器的安放位置十分重要。

如安放位置偏低则减斜力小，效果差；如安放位置偏高则稳定器以下钻铤会与井壁形成新切点，使钟摆钻具失效；因此钟摆钻具中稳定器的理想安放位置应在保证稳定器以下钻铤不与井壁接触的条件下尽量提高些。

稳定器安放位置主要取决于钻铤尺寸、钻压大小和井眼斜度等。

推荐的钟摆钻具组合稳定器的安放位置

井眼直径mm（in）

稳定器高度m

339.7（13-3/8）及以上

≈36（四根钻铤单根）

244.5（9-5/8～311.1（12-1/4）

≈27（三根钻铤单根）

193.7（75/8）～244.5（95/8）

≈18（两根钻铤单根）

152.4（6）及以下

≈9（一根钻铤单根）

注：

每根钻铤单根长度按9m左右计

（2）满眼防斜钻具

Φ215.9mm三牙轮钻头＋Φ214mm扶正器＋Φ158.8mm短钻铤（2-3m）×1根＋Φ214mm扶正器＋Φ158.8mm无磁钻铤×1根＋Φ214mm扶正器＋Φ158.8mm钻铤×23根＋Φ127mm钻杆＋133mm方钻杆

钻井参数：

钻压

（kN）

转速

（r/min）

排量

（L/S）

泵压

（MPa）

150-180

67

30

12

适用范围

满眼钻具适用于不易斜或较为易斜的地区（层）。

满眼钻具是在石油及天然气钻井应用最为广泛的钻具组合之一。

力学理论基础

满眼钻具的防斜原理有二点：

①能产生较小的钻头倾角（相对于钟摆钻具而言）；②利用三点（三个稳定器）直线性来保证井眼的直线性和限制钻头的横向移动。

满眼钻具的设计要点和操作方法

主要有三点：

①保证下部钻铤有尽可能大的刚度；

②保证稳定器之间具有合适的长度；

③保证稳定器与井眼之间的间隙尽可能小。

满眼钻具能承受较大钻压（相对于钟摆钻具），因而能获得较高的机械钻速。

但满眼钻具在发生井斜后其纠斜效果不如钟摆钻具，此时需要起下钻换钟摆钻具纠斜。

（3）偏心防斜钻具

设计了两种组合两种方式：

①双扶正器钟摆钻具组合

Φ215.9PDC钻头＋Φ158.8mm钻铤×1根＋Φ177.8mm偏心短节+Φ158.8mm钻铤×1根+Φ214mm扶正器＋Φ158.8mm钻铤×1根＋Φ214mm扶正器＋Φ158.8mm钻铤×14根

钻井参数：

钻压

（kN）

转速

（r/min）

排量

（L/S）

泵压

（MPa）

40-60

217

30

12

②针对偏心短节设计的组合（近似单扶正器钟摆钻具组合）

Φ215.9PDC钻头＋Φ158.75钻铤×1根＋Φ177.8偏心短节+Φ158.75短钻铤×1根+Φ214扶正器＋Φ158.75钻铤×14根

钻井参数：

适当增大偏心距，有助于改善防斜效果，在Φ215.9井眼中，由于井壁约束，可取偏心距17mm～18mm。

钻压

（kN）

转速

（r/min）

排量

（L/S）

泵压

（MPa）

40-60

217

30

12

偏心防斜钻具工作原理

在钟摆钻具的适当位置安放一个偏心短节而形成。

偏心短节的作用是让其下部钻铤轴心产生偏移，在钻柱转动过程中产生一个较大的离心力，从而改变钻头处受力状况。

由于PDC钻头保径作用，其侧切性较强，使用偏心钻具组合，只要设计好底部钻具组合间距，控制钻压，可以使钻头侧向力合力朝下井壁，起到防斜或纠斜目的。

偏心组合的应用，可以有效控制上部井斜，为解放下部钻压创造了良好条件。

偏心防斜钻具影响因素

①　钻压的影响

根据现场资料统计，对于40kN～60kN钻压。

PDC钻头速度最侠，若再增加钻压，产生岩屑较多,无法及时返出，导致井底重复破碎，因此过大钻压是没有必要的。

只要把钻压提到40kN～60kN，能保证很好的防斜性能。

②　井斜影响

井斜增大，降斜力降低，当井斜达到一定值时，降斜力很小，呈稳斜趋势，因此应当控制初始井斜。

③　偏心距影响

在一定范围内，偏心距越大，降斜力越大，可以施加的钻压也较大，但当偏心距达到一定值后，与井壁产生接触，将导致钻具性能失效。

④　地层影响

地层均有一定造斜力，钻压越大、地层造斜力越大。

在地层平缓，地层各向异性不明显时，使用偏心钻具组合，可稳斜或降斜，当地层造斜力很大时，因降斜力只能部分平缓地层力故会减缓井斜的增加。

（4）光钻铤组合

光钻铤利用适当钻压达到防斜目的的技术。

其理论基础是，增加钻压引起钻柱屈曲，保持钻柱涡动。

有井斜时，使钻柱产生周期性变化的轴向附加力，无井斜时轴向附加力消失。

轴向附加力给钻头与地层的接触增加了一个周期性附加分量，改变了钻头的破岩速率和方向，所以轴向附加力具有防斜和纠斜作用，而不会增斜，这种光钻铤加压防斜技术的一大特点是可以解放钻压。

由于不利于下一步施工，现在已不采用。

3、造斜段钻具组合

Φ215.9mm三牙轮钻头＋Φ165mm（1°或1.25°）单弯螺杆＋定向接头＋Φ158.8mm无磁钻铤×1根+Φ158.8mm钻铤×8根＋Φ127mm钻杆＋133方钻杆

钻井参数：

钻压

（kN）

转速

（r/min）

排量

（L/S）

泵压

（MPa）

60-80

176-197

25-28

12

4、增斜段钻具组合

Φ215.9mm三牙轮钻头＋Φ214mm扶正器＋Φ158.8mm无磁钻铤×1根＋Φ158.8mm钻铤×20根＋Φ127mm钻杆＋133mm方钻杆

钻井参数：

钻压

（kN）

转速

（r/min）

排量

（L/S）

泵压

（MPa）

150-180

67

30

12

5、微增、稳斜钻具组合

在常规定向井、普通双目标井中常规微增、稳斜钻具组合应用较多。

普通定向井定向施工结束后，通常根据井身质量要求,选择适当的钻具组合来预控井眼轨迹。

合适的钻具组合能使钻头按设计的井眼剖面钻进，减少定向次数，提高一次定向成功率，缩短钻井周期，节约钻井成本。

微增钻具：

Φ216mm钻头+Φ214扶正器+Φ158mm无磁钻铤×1+Φ214mm扶正器+Φ158mm钻铤×1+Φ214mm扶正器+Φ158mm钻铤+Φ127mm钻杆

稳斜钻具：

Φ216mm钻头+Φ214mm扶正器+Φ158mm短钻铤+Φ214mm扶正器+Φ158mm钻铤×1+Φ214mm扶正器+Φ158mm钻铤+Φ127mm钻杆

钻压

（kN）

转速

（r/min）

排量

（L/S）

泵压

（MPa）

150-180

67

30

12

使用效果

微增钻具的作用是在钻进过程中能使井斜微增或能稳住井斜，而方位不变；稳斜钻具的作用是在钻进过程即能稳住井斜又能稳住方位。

然而在实际使用过程中可能出现以下情况：

微增钻具不增井斜，有时甚至降井斜；稳斜钻具稳不住井斜，井斜呈下降趋势。

实践证明当井眼井斜发生变化的时候，方位往往会相应的发生变化。

当这种变化与设计不符时井眼轨迹就会偏离预定的方向，达不到井身质量的要求，就需要再次定向。

通过分析影响两种钻具组合特性的主要原因是地层因素，当井眼方位与地层方位一致时，钻具呈增斜特性，反之呈降斜特性；其次是扶正器的外径尺寸不足，影响了下部钻具组合的刚性，钻头受力发生变化，使其不能发挥应有的作用。

根据实际情况，可对这两种钻具作如下修正：

微增钻具：

Φ216mm钻头+Φ214mm扶正器+Φ158mm钻铤×1根+Φ158mm钻铤（1~2m）+Φ214mm扶正器+Φ158mm钻铤×1根+Φ214mm扶正器+Φ158mm