最大关井压力计算公式及井控装置组合示意图

钻头水利参数计算公式： 1、 钻头压降：dc QP eb 422827ρ=（MPa ） 2、 冲击力：VF Q j02.1ρ= (N)3、喷射速度：dV eQ201273=(m/s)4、钻头水功率：d c QN eb 42305.809ρ=（KW ）5、比水功率：DNN b21273井比＝ (W/mm 2)6、上返速度：D DV Q221273杆井返＝- （m/s ）式中：ρ－钻井液密度 g/cm 3Q－排量 l/sc －流量系数，无因次，取0.95～0.98de －喷嘴当量直径 mmd d d de 2n 2221+⋯++= d n ：每个喷嘴直径 mmD 井、D 杆 －井眼直径、钻杆直径 mm 全角变化率计算公式：()()⎪⎭⎫ ⎝⎛∂+∂+∆=-∂-∂225sin222b a b a b a L K abab ϕϕ 式中：a ∂ b ∂ －A 、B 两点井斜角；a ϕ b ϕ －A 、B 两点方位角 套管强度校核：抗拉：安全系数 m ＝1.80（油层）；1.60～1.80（技套） 抗拉安全系数＝套管最小抗拉强度/下部套管重量 ≥1.80 抗挤：安全系数：1.12510ν泥挤H P =查套管抗挤强度P c 'P c'/P挤≥1.125按双轴应力校核：Hn P ccρ10=式中：P cc －拉力为T b 时的抗拉强度（kg/cm 2） ρ －钻井液密度（g/cm 3） H －计算点深度（m ） 其中：⎪⎭⎫ ⎝⎛--=T T KPP b b ccc K 223T b ：套管轴向拉力（即悬挂套管重量） kg P c ：无轴向拉力时套管抗挤强度 kg/cm 2K ：计算系数 kg σsAK 2=A ：套管截面积 mm 2 σs：套管平均屈服极限 kg/mm 2不同套管σs如下：J 55：45.7 N 80:63.5 P 110:87.9 地层压力监测：⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫⎝⎛=DW NT R R d m n c 0671.0lg 282.3lg (d c 指数)100417.04895.8105⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯-=H cnddR d R cmcnp =（压力系数）式中：T –钻时 min/m N –钻盘转数 r/minW －钻压 KN D －钻头直径 mmR n －地层水密度 g/cm 3 R m －泥浆密度 g/cm 3压漏实验：1、地层破裂压力梯度：HPG Lmf 10008.9+=ρ KPa2、最大允许泥浆密度：HP Lm102max+=ρρ g/cm 3为安全，表层以下[]06.0max-=ρρm g/cm 3 技套以下[]12.0max-=ρρmg/cm 33、最大允许关井套压：[]8.01000'max ⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛--=gHm R a P P ρρ式中：P L －漏失压力（MPa ） PR－破裂压力（MPa ）ρm －原泥浆密度（g/cm 3） H －实验井深（m ）ρ'm ax－设计最大泥浆密度（g/cm 3）10008.9mH P P L ρ+＝漏10008.9HmR P P ρ+=破井控有关计算：最大允许关井套压经验公式：表层套管[Pa]=11.5%×表层套管下深（m ）/10 MPa 技术套管[Pa]=18.5%×技术套管下深（m ）/10 MPa地层破裂压力梯度：HPG RR 1000=KPa/m最大允许关井套压：8.000981.01000max ⨯⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=H H G P R a 套套ρ Mpa 最大允许钻井液密度：81.9'max G R=ρ－0.06 (表层)81.9'maxGR=ρ－0.12 （技套）套管在垂直作用下的伸长量：10724854.7-⨯-=∆LmL ρ式中：ρm－钻井液密度 g/cm 3 L ∆ －自重下的伸长 mL －套管原有长度 m 套管压缩距：()ρρmL LLE L 总钢固自-⨯=∆10式中：L ∆ －下缩距 m L自－自由段套管长度 mL固－水泥封固段套管长度 m L总－套管总长 mρ钢－钢的密度 7.85g/cm 3ρm－钻井液密度 g/cm 3E －钢的弹性系数 （2.1×106kg/cm 3）泥浆有关计算公式：1、加重剂用量计算公式：()rr r r r 重加原重原加加－＝-V W 式中：W 加 －所需加重剂重量 吨 V 原 －加重前的泥浆体积 米3r原、r重、r 加 －加重前、加重后、加重材料比重 g/cm 32、泥浆循环一周时间：QT V V 60柱井-=式中：T －泥浆循环一周时间 分 V 井、V 柱 －井眼容积、钻柱体积 升 Q －泥浆泵排量 升/秒 3、井底温度计算公式：1680H T T += 式中：T 、T 0 －井底、井口循环温度 o C H －井深 米 4、配制泥浆所需粘土和水量计算： 粘土量 ()rr r r r 水土水泥泥泥土－＝-V W水量r土土泥水－＝W VQ 式中：W 土 －所需粘土的重量 吨 V 泥 －所需泥浆量 米3r 水、r 土、r 泥 －水、土和泥浆的比重 g/cm 3 Q 水 －所需水量 米35、降低比重所需加水量： ()rr r r r 水稀水稀原原水＝--V Q式中：Q 水 －所需水量 米3 V 原 －原泥浆体积 米3r 原、r 稀、r 水 －原泥浆、稀释后泥浆和水的比重 g/cm 3。

井控压井公式常用井控计算公式1最大关井套压=（地破当量密度-井浆密度）×0.0098×井深= MPa2 地层压力=0.0098×井浆密度×井深+关井立压= MPa3压井密度=102×地层压力÷井深+附加密度= g／cm34求加重量=加重体积×加重剂密度×（压井密度-原浆密度）÷（加重剂密度-压井密度）=吨5地破压力=漏失压力+0.0098×密度×井深= MPa6破裂当量密度=102×地破压力÷井深=g／cm37溢流类型=井浆密度-（关井套压-关井立压）÷（0.0098×池面增量×1000÷每米环容、升）0.12-0.36为气、0.37-0.6油、0.61-0.84油水、0.85-1.07水、1.08-1.20盐水8气体上升高度=池面增量÷每米环容m3=米9气体上窜速度=气层深度-井深÷迟到时间×后效时间÷停泵～开泵时间（小时）=米／小时10初始立管总压力=低泵冲压力+关井立压+附加压力= MPa。

油井1.5～3.5、气井3～511终了立管总压力=压井密度÷原浆密度×低泵冲压力= MPa12排量计算=泵冲×活塞面具×活塞行程÷60×缸数=升／秒13上返速度=(12.74×排量) ÷(井眼直径2-钻具外径2)=米／秒14迟到时间=井深÷米／分15一周的时间=16.67×井筒容积-钻柱体积）÷排量=分16压井泥浆量=井筒容积的1.5-2倍17压井时间=（井筒容积-钻柱体积）÷（升／分÷1000）=分。

钻头水利参数计算公式：1、 钻头压降：dc QP eb 422827ρ= （MPa ） 2、冲击力：VF Q j02.1ρ= (N)3、 喷射速度：dV eQ201273=(m/s)4、 钻头水功率：d c QN eb 42305.809ρ= （KW ）5、比水功率：DNN b 21273井比＝ (W/mm 2)6、 上返速度：D DV Q221273杆井返＝- （m/s ）式中：ρ－钻井液密度 g/cm 3Q－排量 l/sc －流量系数，无因次，取0.95～0.98de －喷嘴当量直径 mmd d d de 2n 2221+⋯++= d n ：每个喷嘴直径 mmD 井、D 杆 －井眼直径、钻杆直径 mm全角变化率计算公式：()()⎪⎭⎫ ⎝⎛∂+∂+∆=-∂-∂225sin 222b a b a b a L K abab ϕϕ 式中：a ∂ b ∂ －A 、B 两点井斜角；a ϕ b ϕ －A 、B 两点方位角套管强度校核：抗拉：安全系数 m ＝1.80（油层）；1.60～1.80（技套） 抗拉安全系数＝套管最小抗拉强度/下部套管重量 ≥1.80 抗挤：安全系数：1.12510ν泥挤H P= 查套管抗挤强度P c ' P c'/P挤≥1.125按双轴应力校核：Hn P ccρ10=式中：P cc －拉力为T b 时的抗拉强度（kg/cm 2） ρ －钻井液密度（g/cm 3） H －计算点深度（m ） 其中：⎪⎭⎫⎝⎛--=T T KPP b b ccc K 223T b ：套管轴向拉力（即悬挂套管重量） kg P c ：无轴向拉力时套管抗挤强度 kg/cm 2K ：计算系数 kg σs A K 2=A ：套管截面积 mm 2 σs ：套管平均屈服极限 kg/mm 2 不同套管σs 如下：J 55：45.7 N 80:63.5 P 110:87.9地层压力监测：⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=D W NT R R d m n c 0671.0lg 282.3lg (d c 指数)100417.04895.8105⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯-=H cn ddR d Rcmcnp= （压力系数）式中：T –钻时 min/m N –钻盘转数 r/minW －钻压 KN D －钻头直径 mmR n －地层水密度 g/cm 3 R m －泥浆密度 g/cm 3压漏实验：1、 地层破裂压力梯度：HPG Lm f 10008.9+=ρ KPa2、 最大允许泥浆密度：HP Lm 102max +=ρρ g/cm 3为安全，表层以下[]06.0max-=ρρm g/cm 3 技套以下[]12.0max-=ρρmg/cm 33、 最大允许关井套压：[]8.01000'max ⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛--=gHm R a P P ρρ式中：P L －漏失压力（MPa ） PR－破裂压力（MPa ）ρm－原泥浆密度（g/cm 3） H －实验井深（m ）ρ'm ax－设计最大泥浆密度（g/cm 3） 10008.9mHP PL ρ+＝漏10008.9HmR P P ρ+=破井控有关计算：最大允许关井套压经验公式：表层套管[Pa]=11.5%×表层套管下深（m ）/10 MPa 技术套管[Pa]=18.5%×技术套管下深（m ）/10 MPa地层破裂压力梯度：HPG RR 1000=KPa/m最大允许关井套压：8.000981.01000max ⨯⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=H H G P R a 套套ρ Mpa 最大允许钻井液密度：81.9'max G R=ρ－0.06 (表层)81.9'maxGR=ρ－0.12 （技套）套管在垂直作用下的伸长量：10724854.7-⨯-=∆LmL ρ式中：ρm －钻井液密度 g/cm 3 L ∆ －自重下的伸长 m L －套管原有长度 m 套管压缩距：()ρρmL LLE L 总钢固自-⨯=∆10式中：L ∆ －下缩距 m L自－自由段套管长度 mL固－水泥封固段套管长度 mL总－套管总长 mρ钢－钢的密度 7.85g/cm 3ρm－钻井液密度 g/cm 3E －钢的弹性系数 （2.1×106kg/cm 3）泥浆有关计算公式：1、加重剂用量计算公式：()rr r r r 重加原重原加加－＝-V W 式中：W 加 －所需加重剂重量 吨 V 原 －加重前的泥浆体积 米3r 原、r 重、r 加－加重前、加重后、加重材料比重 g/cm 32、泥浆循环一周时间：QT V V 60柱井-=式中：T －泥浆循环一周时间 分 V 井、V 柱 －井眼容积、钻柱体积 升 Q －泥浆泵排量 升/秒 3、井底温度计算公式：1680HT T += 式中：T 、T 0 －井底、井口循环温度 o C H －井深 米 4、配制泥浆所需粘土和水量计算：粘土量 ()rr r r r 水土水泥泥泥土－＝-V W 水量r土土泥水－＝W VQ 式中：W 土 －所需粘土的重量 吨 V 泥 －所需泥浆量 米3r 水、r 土、r 泥 －水、土和泥浆的比重 g/cm 3 Q 水 －所需水量 米35、降低比重所需加水量：()rrrrr水稀水稀原原水＝--VQ式中：Q水－所需水量米3V原－原泥浆体积米3r原、r稀、r水－原泥浆、稀释后泥浆和水的比重g/cm3。

1、 钻井静液柱压力（bar ）=钻井液密度（Kg/L ）×0.0981×垂深（m ）2、 压力梯度（bar/m ）=钻井液密度（Kg/L ）×0.09813、 当量钻井液密度（Kg/L ）=压力梯度（bar/m ）/0.09814、 关井地层压力（bar ）=钻柱内静液柱压力（bar ）+关井立压（bar ）5、 泵输出排量（l/min ）=泵排量（l/stk ）×泵速（SPM ）6、 环空返速（m/min ）=)/l min /l m 环空容积（泵输出排量（7、 等效循环密度（K g/L ）=981.00m bar ⨯）垂深（）环空压耗（+钻井液密度（Kg/L ）8、 包含起钻余量的钻井液密度（Kg/L ）=981.00m bar ⨯）垂深（）安全余量（+钻井液密度（Kg/L ）9、 新泵速下的新泵压（bar ）（近似计算）=原泵压（bar ）×2SPM SPM ⎥⎦⎤⎢⎣⎡）原泵速（）新泵速（ 10、 新钻井液密度下的新泵压（bar ）（近似计算）=原泵压（bar ）×）原钻井液密度（）新钻井液密度（l /Kg Kg/l11、 最大允许钻井液密度（Kg/L ）=+⨯981.00m bar ）套管鞋垂深（）地面漏失压力（测试时钻井液密度（Kg/L ）12、 最大允许关井套压（bar ）=【最大允许钻井液密度（Kg/L ）－在用钻井液密度（Kg/L ）】×0.0981×套管鞋垂深（m ） 13、压井钻井液密度（Kg/L ）=）垂深（）关井立压（m 981.00bar ⨯+原钻井液密度（Kg/L ）14、 初始循环立管压力（bar ）=压井泵速循环压力（bar ）+关井立压（bar ） 15、 终了循环立管压力（bar ）=）原钻井液密度（）压井钻井液密度（）压井泵速循环压力（l /Kg Kg/l bar ⨯16、 关井套压（bar ）={【钻井液密度（Kg/L ）－溢流密度（Kg/L ）】×0.0981×溢流垂深（m ）}+关井立压（bar ） 17、提高钻井液密度所用重晶石量（Kg/L ）=）压井钻井液密度（）原钻井液密度（）压井钻井液密度（l /Kg .24Kg/l l /kg --×4.218、 油气上窜速度（m/hr ）=）钻井液密度（）井口压力增量（kg/l 981.00bar/hr ⨯19、 气体定律 PV1=PV2 20、干起每米压力降（bar/m ）=）钻具排替量（）套管容积（隔水管）钻具排替量（）钻井液密度（l/m l/m /l/m 0981.0l /kg -⨯⨯21、 湿起每米压力降（bar/m ）=）钻具闭端排替量（）套管容积（隔水管）钻具闭端排替量（）钻井液密度（l/m l/m /l/m 0981.0l /kg -⨯⨯22、 干起完剩余的钻铤液面下降（m ）=）套管容积（隔水管）钻铤排替量（）钻铤长（l/m /l/m m ⨯23、 过平衡量消失前干起出钻具（m ）=[]）钻具排替量（）钻井液压力梯度（）钻具排替量（）套管容积（隔水管）过平衡量（l/m m /bar m /l m /l /bar ⨯-⨯24、 保持井底压力恢复到地层压力的放浆量（l ）=）井口压力增量（）地层压力（）溢流体积（）井口压力增量（bar bar l bar -⨯25、 泵入重浆段塞后钻柱内液面下降值(m)=(重浆密度－原浆密度)×原浆密度钻杆内容积）重浆体积（⨯l26、 由于重浆段塞U 型管效应的泥浆池增量=重浆体积（l ）×〔）原浆密度）重浆密度（l /(l /kg kg －1〕27、 隔水管安全余量(kg/l)=[][]）水深（）气隙（）垂深（）海水密度（）水深（）钻井液密度（）水深（气隙m m m l /kg m kg/l m )(--⨯-⨯+m28、 防喷器关闭比=）关闭防喷器所需液压（）井口压力（bar bar29、 防喷器开启比=）开启防喷器所需液压（）井口压力（bar bar 30、 套管浮阀失效时静液压力损失=）环空容积（）套管容积（）未灌浆的套管长度（）套管容积（）钻井液密度（m /l m /l m m /l 981.00l /kg +⨯⨯⨯。

最大关井压力计算公式及井控装置组合示意图（资料性附录）静气柱压力近似公式：L B G e p p γ410251.1'/-⨯=精确公式：c p c p Z T LB G e P P γ03415.0=式中：P G —关井井口压力，MPa ；P B —井底压力，MPa ；P B ′—近似井底压力，MPa ；γ—天然气相对密度；L —气层中部深度，m ；T cp —井筒平均温度，K ；Z cp —井筒平均压缩系数；e —自然对数（e=2.718）。

1）地层压力P B 的取值。

在未取得地层压力之前，可视泥浆柱压力为地层压力。

2）天然气相对密度γ。

若无天然气相对密度，可借鉴临井或区域天然气相对密度。

若无上述资料，可取甲烷气的相对密度0.55。

3）气层中部深度L 。

根据测井、录井等资料确定。

4）气柱平均温度（T cp ）：273200++=M L t T cp 式中：t 0—气井所在地区常年平均温度，℃；M 0—地热增温率，m/℃；M 0=实测产层温度/（实测产层温度—地面常年平均温度）。

5）气柱平均压力P cp和Z cpP cp=（P G+P B）/2式中：P c、T c为天然气的临界压力和临界温度。

根据对比压力Pr和对比温度Tr，查天然气压缩系数图确定Zcp。

Pr= Pcp/Pc，Tr= Tcp/Tc计算步骤：第一次计算：先按上述要求计算出P B、γ、L、T cp，用静气柱压力近似公式计算出P G。

然后查天然气压缩系数图确定Z cp。

将以上参数带入精确公式计算出P G1；第二次计算时，P cp2=（PG1+PB）/2，根据P cp2计算Z cp，用上述方法求出P G2；然后用叠带法计算至前后两个Z cp相差很小或几乎一致时为止，此时的PG就是预测的最大关井压力。

附录B 井控装置组合示意图（资料性附录）图B.1 双闸板防喷器图B.2 三闸板防喷器图B.3 四闸板防喷器附录C 坐岗观察记录表（资料性附录）。

井控应知应会1．井控：油气井压力控制的简称。

2．油气侵：井底压力大于地层压力时，岩屑中的流体（油、气、水）侵入钻井液的现象。

3．溢流：地层压力大于井底压力，地层流体向井内流动，停泵后，井口钻井液自动外溢的现象。

4．井涌：地层流体侵入井内，引起流体增加溢出井口的现象（未超过转盘面）。

5．井喷：地层流体喷过转盘面称为井喷。

6．井喷失控：井喷发生后，无法用常规方法控制井口而出项敞喷的现象。

7．进平衡压力钻井：在井底压力稍大于地层压力情况下，在保持最小井底压力情况下钻进的钻井方法。

8．石油天然气总公司对地层压力当量钻井液密度附加值的规定：油水井为0.05~0.10g/cm；气井为：0.07~0.15g/cm 。

9．什么是赞成的曾压力？异常压力？异常低压？的曾有利梯度在0.0098~0.10486Mpa/m为正常地层压力，地层压力梯度大于0.010486 Mpa/m为异常高压。

压力梯度小于0.0098 Mpa/m为异常低压。

10．井喷多发生在哪种钻井作业中？为什么？起钻时一般每起出几柱钻具需灌一次泥浆？井喷多发生在起钻作业中，起钻时产生抽吸压力回使井底压力降低，起钻时不及时灌满钻井液也会使井底压力降低，故井喷多发生在起钻作业中，起钻时每起钻作业中，起钻时每起出2—3柱钻杆需灌一次泥浆，每起一柱钻铤需灌一次泥浆。

11．常规法压井主要有哪几种方法？各有什么特点？司钻法和工程师法，司钻法压井时间长，套压高，但排溢流及时，计算简单；工程师法压井时间短，套压低，但是需等待加重，计算复杂。

12．钻井液静也压力：井内钻井液柱重量产生的压力。

13．井底压力：地面和井内各种压力作用在井底的总压力。

14．井控的三个阶段：一级控井：以合理的钻井液密度，满足近平衡压力钻井的要求，防止发生溢流实现安全生产的井控工艺。

二级井控：指及早发现溢流，迅速实现对井口的控制，用压井工艺重建井内压力平衡的井控工艺。

三级井空：指井喷失控后，重新恢复对井的控制。