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）；Q O ——天车台的负荷=天车最大负荷+天车重量，t ；Q B ——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F 1= 式中：F 1——基础顶面积，cm2；B 1——混凝土抗压强度（通常为28.1kg/cm2=0.281MPa)2、底面积F 2= 式中：F 2——基础底面积，cm 2；B 2——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，cm 2；P 基——基础面上的压力，MPa ；B 3——混凝土抗剪切强度（通常为3.51kg/cm 2=0.351MPa ）。

（二）混凝土体积配合比用料计算1、计算公式 nQ O +Q B 4P BPB配合比为1∶m ∶n=水泥∶砂子∶卵石。

根据经验公式求每1m 3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：G ab——测量点a和b间井段的井斜全角变化率，（°）/30m；△L ab——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：S Z——井底水平位移，m；N O——井口N座标值，m；N n——实际井底N座标值，m；E O——井口E座标值，m；E n——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：C p——平均井径扩大系数，无因次量D实——实际平均井径，mm；D b——钻头名义直径，mm。

5、最大井径扩大系数式中：C max——最大井径扩大系数，无因次量；D max——实际最大井径，mm；D b——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：S s——定向井井底水平偏差距，m；N d——设计井底座标，m；N n——实际井底的N座标，m；E d——设计井底座标，m；E n——实际井底的E座标，m。

3、定向井井底垂直偏差距△H=H-H n式中：△H——定向井井底垂直偏差距，m；H——设计垂直井深，m；H n——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；S s——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P pr=p r×Q r式中：P pr——钻井泵额定水功率，kw；p r——钻井泵额定泵压，MPa;Q r——钻井泵额定流量，L/s。

（二）钻井泵实发水功率P p=p s×Q式中：P p——钻井泵实发水功率，kw；p s——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P p=P b+△P cr式中：P p——钻井泵实发水功率，kw;P b——钻头（喷咀）水功率，kw；△P cr——循环系统损耗水功率，kw。

（四）钻井泵压力分配关系p s=△p b+△p g+△p cs式中：p s——钻井泵实发泵压，MPa；△p b——钻头喷咀压降，MPa；△p g——地面管汇压力损耗，MPa；△p cs——循环系统压力损耗，MPa。

△p cs=△p pi+△p ci+△p pa+△p ca+△p g△p pi、△p pa分别为钻杆内外循环压力损耗，MPa；△p ci、△p ca分别为钻铤内外循环压力损耗，MPa。

（五）钻头（喷咀）压力降△p b=k b×Q2式中:△p b——钻头（喷咀）压力降，MPa；Q——钻井液流量，L/s；k b——钻头（喷咀）压降系数，无因次量。

式中：ρd——钻井液密度，g/cm3;A J——喷咀截面积，mm2。

式中：ρd——钻井液密度，g/cm3;Q——钻井液流量，L/s；P s——钻井泵实发泵压，MPa；△p cs——循环系统压力损耗，MPa。

（六）地面管汇压力损耗△p g=k g×Q1.8式中：△p g——地面管汇压力损耗，MPa；Q——流量，L/s；k g——地面管汇压力损耗系数;k g =3.767×10-4×ρd 0.8×μpv 0.2;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：△p pi ——钻杆内循环压力损耗，MPa;k pi ——钻杆内循环压力损耗系数，无因次量； L P ——钻杆长度，m ；Q ——流量，L/s ；ρd ——钻井液密度，g/cm 3；μpv ——塑性粘度，mpa ·s ；d pi ——钻杆内径，mm 。

2、钻铤内式中：△p ci ——钻铤内循环压力损耗，MPa;k ci ——钻铤内循环压力损耗系数，无因次量； L C ——钻铤长度，m ；Q ——流量，L/s ；ρd ——钻井液密度，g/cm 3；μpv ——塑性粘度，mpa ·sd ci ——钻铤内径，mm 。

（八）管外循环压力损耗1、钻杆外式中：△p pa——钻杆外循环压力损耗，MPa;k pa——钻杆外循环压力损耗系数，无因次量；L P——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；d h——井眼直径，mm；d p——钻杆外径，mm。

2、钻铤外式中：△p ca——钻铤外循环压力损耗，MPa;k ca——钻铤外循环压力损耗系数，无因次量；L C——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；d h——井眼直径，mm；d c——钻铤外径，mm。

（九）钻头（喷咀）水功率p b=△p b×Q式中：p b——钻头（喷咀）水功率，kw；△p b——钻头（喷咀）压力降，MPa;Q——流量，L/s。

（十）射流喷射速度式中：V J——射流喷射速度，m/s；Q——流量，L/s；A J——喷咀截面积，mm2。

（十一）射流冲击力F J=ρd×υJ×Q式中：F J——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：P bs——钻头单位面积水功率（比水功率），W/mm2;p b——钻头水功率，kw；A b——井底面积（即钻头面积），mm2；d b——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；P p——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；d h——井眼直径，mm;d p——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;d h——井眼直径，mm；d p——钻杆外径，mm；R e——雷诺数，无因次量；υa——钻井液上返速度，m/s；若υa≥υcr或R e≥2100为紊流。

υa＜υcr或R e＜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；d h——井眼直径，mm；d p——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；d rc——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：L c——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：D cr——临界井深，m;p r——钻井泵额定泵压，MPa；k g——地面管汇循环压力损耗系数，无因次量；k c——钻铤循环压力损耗系数，无因次量；L c——钻铤长度，m；Q——流量，L/s；k p——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：D cr——临界井深，m;p r——钻井泵额定泵压，MPa；k g——地面管汇循环压力损耗系数，无因次量；k c——钻铤循环压力损耗系数，无因次量；L c——钻铤长度，m；Q——流量，L/s；k p——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：Q opt——最优流量，L/s；p r——钻井泵额定泵压，MPa；k g——地面管汇循环压力损耗系数，无因次量；k p——钻杆循环压力损耗系数，无因次量;L p——钻杆长度，m;k c——钻铤循环压力损耗系数，无因次量；L c——钻铤长度，m。

2、最大冲击力工作方式式中：Q opt——最优排量，L/s；p r——钻井泵额定泵压，MPa；k g——地面管汇循环压力损耗系数，无因次量；k p——钻杆循环压力损耗系数，无因次量;L p——钻杆长度，m;k c——钻铤循环压力损耗系数，无因次量；L c——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；k d——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；W s——单位钻头直径钻压（比钻压），KN/mm；n r——转速，r/min;HP e——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;P bs——钻头比水功率，W/mm2;d1、d2、d3分别为钻头喷咀直径，mm。