六、地层压力计算1、地层孔隙压力与压力梯度(1)地层孔隙压力式中,P p—-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),MＰａ;ρf-—地层流体密度,g/cｍ3;g—-重力加速度,9、81ｍ/s2;H—-该点到水平面得重直高度(或等于静液柱高度),ｍ、在陆上井中,H为目得层深度,起始点自转盘方钻杆补心算起,液体密度为钻井液密度ρm,则,式中,p h——静液柱压力,MＰa;ρm—-钻井液密度,ｇ／cｍ3;H-—目得层深度,m;ｇ——重力加速度,9.81m/s2。
在海上钻井中,液柱高度起始点自钻井液液面(出口管)高度算起,它与方补心高差约为0、6～3、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)地层孔隙压力梯度式中Ｇp—-地层孔隙压力梯度,ＭPa/m、其它单位同上式。
２、上覆岩层压力及上覆岩层压力梯度(１)上覆岩层压力式中 P o-—上覆岩层压力,ＭPa;Ｈ-—目得层深度,m;Φ——岩石孔隙度,%;ρ——岩层孔隙流体密度,g／cｍ３;ρｍ—-岩石骨架密度,ｇ/cm3。
(2)上覆岩层压力梯度式中,G o--上覆岩层压力梯度,ＭPａ/ｍ;P o——上覆岩层压力,MPａ;H——深度(高度),m。
(3)压力间关系式中,Pｏ-—上覆岩层压力,ＭＰa;P p—-地层孔隙压力,MPa;σｚ--有效上覆岩层压力(骨架颗粒间压力或垂直得骨架应力),MPａ。
3、地层破裂压力与压力梯度(1)地层破裂压力(伊顿法)式中, Pｆ-—地层破裂压力(为岩石裂缝开裂时得井内流体压力),MPa;μ——地层得泊松比;σz—-有效上覆岩层压力,MPａ;P p——地层孔隙压力,MPa。
或式中,P f——地层破裂压力。
ＭPa;Pｈ——液柱压力,MPa;P试——试验时地层破裂时得立管压力,MＰa。
(２)破裂压力当量密度式中,ρf-—破裂压力当量密度,g/cm3;ρm——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)地层破裂压力梯度式中Ｇf——地层破裂压力梯度,MＰa／m;P f——地层破裂压力,MＰa。
4、激动压力与抽汲压力计算(１)层流情况下:(２)紊流情况下:式中, ｖ——环空流速,ｃm/ｓ;Dｐ-—管子外径,cｍ;D h-—井眼直径,cm;n——流性指数,无因次;K—-稠度系数,达因。
sｎ／cｍ２;Ｌ——管柱长度,cm;ρ--钻井液密度,g/cｍ３;ｆ-—摩阻系数。
5、摩阻系数计算6、环空流速计算(1)封闭一关泵情况下(下钻下套管):下为正,起为负、(２)封闭、开口一开泵(划眼、活动套管):(3)开口一开泵(一般起下钻):式中, v p——钻具平均起下速度,m/s;D p——钻具外径,m;D pｉ——钻具内径,m;Dｈ——井径,m;Ｄ泵——泵排量,m3/s;Ｑｉ--钻井液进入钻具得量。
7、ｄｃ指数方程计算:式中,T——钻时,min／m;N-—转盘转速,rpm;Ｗ-—钻压,KＮ;D——钻头直径,mm;ρn——正常压力层段地层水密度,g/cm3;ρｍ—-实际使用得钻井液密度,g/cｍ3。
8、正常趋向线通过下面得ｄc与井深之间得线性关系来表示: Y＝αlgx+ｂ式中y——井深,m;x—-ｄｃ指数;b—-y轴截距;α——斜率;——回归相关系数。
七、压井计算公式１、关井立管压力计算:式中,P mｄ——钻柱内钻井液液柱压力,MPa;Ｐｐ-—地层压力,MPa;P a-—关井套管压力,MPa;Ｐｍa—-环空内受侵钻井液液柱压力,MPa;ρm——钻井液密度,g/cm3;H-—-井深,m;P d——关井立管压力,MPa、２、装有钻具回压阀得关井立管压力式中,Ｐd——关井立管压力,ＭPa;P dl-—停泵时立管压力,MPa;△Ｐａ—-关井时套管压力升高值,MPａ。
３、在循环钻井液情况下求关井立管压力式中,P d——关井立管压力,MPa;PＴ-—压井时立管总压力,ＭPａ;Pｃi——压井时得循环压力,MPa。
4、压井所需钻井液得新密度计算:式中, P p——地层流体压力,MＰa;Ｐｅ——附加压力,一般为(0、9８0—２.940)ＭPａ;H——井深,m;ρml—-压井所需钻井液得新密度,ｇ／cｍ3、5、压井循环时立管总压力计算:式中,Ｐd-—关井立管压力,MPa;Pｃ——一定排量压井循环时钻柱内钻头水眼环形空间内流动阻力得循环压力,MPa;Pｅ——考虑平衡安全时得附加压力,ＭＰa;ＰＴ—-立管总压力,MPa。
6、初始循环压力计算:式中, P Tｉ——初始循环压力,ＭPａ。
P d——关井立管压力,MＰa;P ci-—低泵速下,如25、３0、３５、４0、45、50冲／分记录下来得立管压力,MPａ;P e——附加压力值,MPa;7、终了循环压力计算:式中,ρml——压井时所需钻井液密度,g/cm3;ρm——关井时钻柱内未气侵钻井液密度,g/ｃｍ３;Ｐｃi——不同排量循环时立管压力,MＰa;P Tf-—用ρmｌ钻井液密度循环终了时立管总压力,MPａ;P cf-—终了循环压力,ＭＰａ。
8、压井钻井液刚泵入钻柱时立管初始循环总压力式中,P Tｉ——压井钻井液刚泵入钻柱时立管初始循环总压力,MPa;P d——关井立管压力,MPa;Pｃi——压井流量下得循环压力,MPａ;Pｅ——安全附加压力,ＭPａ。
9、压井钻井液到达钻头时得立管终了循环总压力式中, P Tf -—压井终了循环总压力,MPa;ρmｌ——压井时所需钻井液密度,g／cm３;ρd-—关井时钻柱内未气侵钻井液密度(钻柱内钻井液密度),g/cm3;Pｃｉ—-压井流量下得循环压力,MPa。
10、压井钻井液从地面到达钻头时所需时间式中,ｔd′——压井钻井液从地面到达钻头时所需时间,ｍin;Ｖd-—钻具内容积,L/ｍ;Ｈ—-井深,m;Q r--压井流量,Ｌ／s;Q r=(１/3～1/2)Q;Q——正常钻井时钻井泵实发流量,L/s。
1１、压井钻井液充满环空所需循环时间式中, t a——压井钻井液充满环空所需循环时间,min;V a-—井眼环空容积,L/m;H——井深,m;Q r——压井流量,L／ｓ;Ｑr=(1/３～1/2)Q;Q——正常钻井时钻井泵实发流量,L／s。
12、油气上窜速度计算公式(１)迟到时间法式中, V——油气上窜速度,ｍ/h;H油—-油气层顶部深度,m;H钻头-—循环钻井液时钻头所在深度,m;t迟-—钻头所在深度迟到时间,h;t——从开泵循环到见到油气显示得时间,h;ｔ静-—从停泵起钻至本次开泵得总静止时间,ｈ。
(2)相对时间法对于相同井径得井眼,应用该方法计算比较简单,并且更准确。
①钻头深度等于油层顶部深度式中, Ｖ——油气上窜速度,ｍ／h;H钻头-—循环钻井液时钻头所在深度(与油层顶部深度相等),m;t l——循环时油气显示时间,h;t2—-从开泵循环到见到油气显示得时间,h;t静-—从停泵起钻至本次开泵得总静止时间,h、②钻头深度大于油层顶部深度式中,V——油气上窜速度,m／h;H油--油气层顶部深度,m;t l——循环时油气显示时间,h;t２-—从开泵循环到见到油气显示得时间,h;t静—-从停泵起钻至本次开泵得总静止时间,h;△ｈ—-油层厚度,m。
八、钻井液计算公式1、井内钻井液量计算式中,V—-井内钻井液量,ｍ3;Ｄ——井径,in;Ｈ——井深,km、现场速算近似公式:式中,V--井内钻井液量,m3;D——井径,m;H--井深,m、2、环空上返速度计算式中,D井——井径(或钻头直径),ｉｎ;d柱-—钻柱外径,in;Ｑ——钻井液排量,ｌ／ｓ。
3、钻井液循环时间计算式中,V井——井筒容积,l;V柱——钻柱体积,l;Ｑ--钻井液排量,ｌ/ｓ;Ｔ——钻井液循环一周得时间,miｎ。
４、配钻井液所需粘土与水量得计算 (1)粘土量得计算。
(2)水量得计算、式中,Ｗ土-—所需粘土得重量,t;V—-所需钻井液量,m３;ρ水-—水得密度(淡水为1);ρ土——粘土得密度,g/cｍ3;ρ—-钻井液得密度,g/ｃm3;Q水-—所需水量,m３。
5、加重剂用量计算式中, W加——所需加重剂得重量,t;ρ原-—加重前钻井液得密度,g/ｃm3;ρ重—-加重后钻井液得密度,g/cm３;ρ加——加重料得密度,g／ｃm3。
６、降低钻井液密度时加水量得计算式中, Ｑ—-所需水量,m3;V原--原钻井液体积,ｍ3;ρ原—-原钻井液密度,ｇ/cｍ３;ρ稀-—稀释后钻井液密度,g/ｃm3;ρ水-—水得密度,ｇ/ｃｍ3。