钻井中最优环空返速及计算

常 用 公 式一、配泥浆粘土用量二、加重剂用量W 加=)()(加重后加重剂原浆加重后泥浆量加重剂ρρρρρV三、稀释加水量Q 水=)()(水稀释后稀释后原浆原浆量水ρρρρρV四、泥浆上返速度V 返=)d (7.1222钻具井径 D Q五、卡点深度(1) L=9.8ke/P (㎝、KN) (2)L=ｅEF/105P=Ke/P(㎝，t ，K=21F=EF/105 ，E=2.1×106 ㎏/㎝2) 5”壁厚9.19 K=715 3 1/2壁厚9.35 K=491)()(水土水泥浆泥浆量土土ρρρρρ V W六、钻铤用量计算 L t. =m.q.kp 式中p ---钻压，公斤,q --钻铤在空气中重,量公斤／米，K ---泥浆浮力系数， L t ---钻铤用量, 米, m---钻铤附加系数（１．２至１．３） 七、 泵功率 N=7.5Q p （马力）式中p －实际工作泵压（k g /cm 2）, Q –排量（l /s ） 八、钻头压力降 p咀=4e 22 d c Q .827.0ρ （kg /cm 2）式中ρ－泥浆密度（g /cm 3）, Q –排量（l /s ）, C ---流量系数（取０．９５－０．９８５） d e ---喷咀当量直径（cm ），d e ＝232221 d d d九、喷咀水功率 N咀=7.5 Q p 咀＝4e 23d c Q .11.0十、喷射速度过 v 射=2e dQ 12.74c 十一、冲击力 F 冲 =2e 2d Q .12.74ρ十二、环空返速V=22 d DQ 12.74-式中ρ－泥浆密度（g /cm 3）, Q –排量（l /s ）, C ---流量系数（取０．９５－０．９８５） d e ---喷咀当量直径（cm ），d e ＝232221 d d d ++十三、全角变化率—“井眼曲率”公式 COS ⊿E=COSa 1 COSa 2+Sina 1 Sina 2COSB 或⊿E=（a 12+ a 22-2 a 1 a 2 COSB ）1/2式中：⊿E —上下两测点为任意长度时计算出的“井眼曲率”a 1—上测点的井斜角，度。

钻井液现场有关计算1、表观粘度公式：A V=1/2×∮600式中：A V——表观粘度，单位(mPa.s)。

∮600 —— 600转读数。

2、塑性粘度公式：PV= ∮600 －∮300式中：PV——塑性粘度，单位(mPa.s)。

∮600 —— 600转读数。

∮300 —— 300转读数。

3、动切力（屈服值）公式：YP= 0.4788×(∮300－PV)式中：YP——动切力，单位(Pa)。

PV——塑性粘度，单位(mPa.s)。

∮300 —— 300转读数。

例题1：某钻井液测得∮600=35，∮300=20，计算其表观粘度、塑性粘度和屈服值。

解：表观粘度：A V=1/2 ×∮600=1/2×35=17.5（mPa.s）塑性粘度：PV= ∮600－∮300=35－20=15（mPa.s）屈服值：YP=0.4788×（∮300－PV）=0.4788×（20－15）=2.39（Pa）答：表观粘度为17.5mPa.s，塑性粘度15mPa.s，屈服值为2.39Pa。

4、流性指数（n值）公式：n= 3.322×lg(∮600÷∮300)式中：n ——流性指数，无因次。

∮600 —— 600转读数。

∮300 —— 300转读数。

5、稠度系数（k值）公式：k= 0.4788×∮300/511n式中：k ——稠度系数，单位（Pa.S n)。

n ——流性指数。

∮300 —— 300转读数。

例题2：某井钻井液测得∮600=30，∮300=18，计算流性指数，计算稠度系数。

解：n=3.32×lg（∮600/∮300）=3.32×lg（30/18）=0.74K=0.4788×∮300/511n=0.4788×18/5110.74=0.085（Pa.s0.74）答：流性指数是0.74 。

稠度系数为0.085Pa.s0.74。

钻井中最优环空返速及计算
钻井中的最优环空返速是指在钻井操作中，通过控制环空流体的循环速度，使得钻井液输送效率最佳的速度。

计算最优环空返速的方法如下：
1. 钻井液输送效率的目标是尽可能使底孔中的岩屑和钻屑迅速带走，同时保持井底的压力稳定。

2. 根据井深、井眼直径、环空容积和钻井液流速等参数，计算环空内液体的循环时间。

3. 根据岩屑和钻屑的粒径分布以及环空内钻井液的流速，计算岩屑和钻屑在环空中的悬浮速度。

4. 根据岩屑和钻屑的沉降速度以及环空中的上升流速，计算岩屑和钻屑在环空中的沉降速度。

5. 根据环空容积和岩屑、钻屑的悬浮速度和沉降速度，计算钻井液输送效率。

6. 根据计算结果，调整环空流速，寻找最优的环空返速。

需要注意的是，最优环空返速的计算结果可能受到地质条件、钻井液性质、钻头类型等因素的影响，在实际操作中需要综合考虑多个因素来确定最佳的环空返速。

固井施工作业常用公式一、 水灰比的确定设水灰比为λ,水泥浆密度为s ρ g/cm 3,干灰密度为c ρ g/cm 3,则有：λ=1--s sc ρρρ 二、 1m 3水泥浆所需的干水泥量设水泥浆密度为s ρ g/cm 3,干灰密度为c ρ g/cm 3T c =1)1(--c s c ρρρ 吨三、 1m 3水泥浆所需的水量V=1--c SC ρρρ m 3 四、 造浆量的计算V s =)1()1(100--s c c ρρρ 1/100kg五、 水泥浆到达井底压力计算：设钻井液密度为m ρg/cm 3,井垂深深为hm 井底压力P=m ρgh/1000 Mpa六、 井底循环温度计算1已知地温梯度为p ℃/m,井垂深深为hm,循环温度系数为λ取值在之间,地表温度为T S ℃井底循环温度T c =T S +ph λ ℃2已知钻井液出口温度为T o ℃井垂深深为hm井底循环温度T c =T o +h/168 ℃七、 注水泥升温时间计算已知套管内容积Qm 2,套管下深hm,设计注入水泥浆量Lm 3,注水泥排量为q 1m 3/min,替泥浆排量为q 2m 3/min ：（1） 当Qh ＜L,则升温时间t=1q Qhmin （2） 当Qh ＞L,则升温时间t=1q L +2q L Qh min 八、 稠化时间计算已知套管内容积Qm 2,套管下深hm,设计注入水泥浆量Lm 3,注水泥排量为q 1m 3/min,替泥浆排量为q 2m 3/min稠化时间t=1q L +1q Qh+附加安全时间60-90minmin 九、 失水量的计算Q 30=2Q tT30式中：Q 30——30min 失水量,mlQ t ——在时间t 时收集的滤液量,mlT ——试验结束时的时间,min十、 流变参数计算流变模式判别：F=100300100200θθθθ-- 式中：F ——流变模式判别系数,无量纲；300θ——转速300r/min 时仪器读数 200θ——转速200r/min 时仪器读数 100θ——转速100r/min 时仪器读数当F=±时选用宾汉流变模式,否则选用幂律流变模式;宾汉模式 ηp =300θ- 100θ τ= 300θ-511ηp式中：ηp ——塑性粘度,τ——动切力,Pa幂律模式 n=100300θθ k=n511511.0300θ 式中：n ——流性指数,无量纲；k ——稠度系数,十一、 游离液的计算：FF=%100⨯sf V V式中：FF ——游离液占的比例；V f ——游离液体积 mlV s ——水泥浆体积 ml十二、 固井配水用量计算（1） 固体外加剂固体用量：W=1000V a λ%kg式中 ： a%为固体在干灰中的加量,λ为水灰比,V 为配水总量,单位为m 3;（2） 液体外加剂液体用量：W=1000l c V w aρλkg 式中： a 为试验加量,单位mlW c 为试验干灰用量,单位gλ为水灰比V 为配水总量,单位为m 3ρl 为液体密度,单位g/cm 3十三、 套管内容积计算已知套管外径Dmm,壁厚hmm套管内容积Q=4πD-2h 2mm 2 十四、 环空容积计算已知井径D 1mm,套管外径D 2mm环空容积Q=4πD 12-D 22mm 2 十五、 环空流体所占环空高度已知注入流体体积为Vm 3,所占环空的环空容积为QL/m该流体所占环空高度H=QV1000m 十六、 环空返速及注水泥排量计算环空返速V=Qq 60 注水泥排量q=60QV式中： Q 为环容,单位L/mq 为注水泥排量,单位L/minV 为环空返速,单位m/s十七、 钻井液替量计算已知套管阻位为Hm,套管内容为QL/m钻井液替量L=QH/1000m 3;十八、 静压差计算已知钻井液密度为ρm g/cm 3,注入前置液所占环空高度为H f m,密度ρf g/cm 3,注入水泥浆所占环空高度为H s m,密度为ρs g/cm 3,g 为重力加速度;则静压差ΔP= H s ρs -ρm +H f ρm -ρf1000gMpa十九、 井底当量密度计算已知钻井液密度为ρm g/cm 3,井垂深Hm,注入前置液所占环空高度为H f m,密度ρf g/cm 3,注入水泥浆所占环空高度为H s m,密度为ρs g/cm 3,井底流动阻力为ΔPMpa,g 为牛顿/千克;井底静态当量密度=HH H H H H ms f s s f f ρρρ）（--++井底动态态当量密度= gHPg H H H H H m s f s s f f ∆+--++1000））（（ρρρ二十、 平衡前置液所用重浆计算已知钻井液密度为ρm g/cm 3,重浆密度为ρh g/cm 3,重浆所占环空的环容为QL/m,注入前置液所占环空高度为H f m,密度ρf g/cm 3平衡所需重浆量L=Q H m h f m f ）（）（ρρρρ--1000m 3二十一、水泥浆失重时,全井平衡所需重浆计算已知钻井液密度为ρm g/cm 3,重浆密度为ρh g/cm 3,重浆所占环空的环容为QL/m,注入水泥浆所占环空高度为H s m,密度ρs g/cm 3全井平衡所需重浆量L=Q H m h m s ）（）（ρρρ--11000m 3 二十二、起压替量计算已知套管内容为Q i L/m,总替量为Qm 3,裸眼平均环容Q a L/m,钻井液密度为ρm g/cm 3,注入水泥浆量为L s m 3,水泥浆密度为ρs g/cm 3起压替量Q t =Q-ai iS Q Q Q L +⋅1、动态起压时间计算：设管内外压力平衡时,管内泥浆液柱高度为H im则：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-∆⋅⋅+-=V C C C H c mc i im P H ρρ001001 ……⑴QH C T imi⋅= ……⑵式中 H im —管内泥浆液柱高度,m ；H —井深,m ；C i —套管内每米容积,m 3/m ；C o —平均环空每米容积,m 3/m ；ρc —水泥浆密度,g/cm 3；ρm —泥浆密度,g/cm 3；V c —注水泥浆量,m 3；Q—顶替排量,m3/min；T—起压时间,min；Δp—循环压耗,MPa；循环压耗Δp采用经验公式：当Δp=0时,计算结果为静态起压时间当套管下深＜1000m时：Δp=+MPa当套管下深5000m＞L＞1000m时: Δp=+MPa2、环空液柱压力当量密度ρm的计算：Him钻井液 H水泥浆设井深为H；环空中前置液的高度为H前；前置液的密度为ρ前；水泥浆的高度为H水泥；水泥浆的密度为ρ水泥；泥浆的密度为ρ泥浆；则()HH HHHH m前泥浆泥浆前前水泥水泥--+⋅+⋅=ρρρρ……⑶注：ρρ为地层破裂压力当量密度ρ0为地层孔隙压力当量密度 在固井设计过程中ρm 应满足： 二十三、热采井预应力计算基本数据：∮×N80 套管下深1670m,泥浆密度按,设计注蒸汽的温度为3201、套管内产生的最大应力：P max =E ·C ·Q max=××107××10-6×320-72= KPa2、应施加的预应力：P= P max —A ·Y=)94.1578.17(427400076.022-∏•·= KPa3、套管在井内的自重考虑浮力m=q ·K B=×1670×÷1000= t注: K B 为泥浆密度为cm 3时的浮力系数4、井口拉力:S 为套管横截面积 P=1000S P ⋅∆+m-f 0 =1000067.9871.485.28056÷⨯+1000067.981500094.1542⨯⨯∏ =+ = t注: f 0表示是蹩压15MPa 候凝时产生的力f 0=·P 蹩÷S 0是套管内截面积5、井口处套管接箍的安全系数 n=G/P==6、套管伸长：ΔL=SE L P •••510=71.481080665.952.1167074.381075⨯⨯⨯•• =若不蹩压候凝,井口拉力为, 套管伸长为。

钻井常用计算公式钻井常用计算公式高压喷射钻井常用公式机泵条件——泵的最大允许输出功率：N允泵=N额泵*η机*η容（马力）式中：N允泵——泵的最大允许输出功率（马力）；N额泵——泵的额定功率（马力）；η机——机械效率（通常为80~85%）；η容——容积效率（通常为80%）。

泵的实用功率：N实泵=P总*Q/7.5（马力）式中：N实泵——泵的实用功率（马力）P总——总泵压（公斤／厘米２）Q——排量升／秒）功率分配关系：N实泵＝Ｎ循＋Ｎ嘴（马力）或：喷嘴功率分配比值＝Ｎ嘴／Ｎ泵式中：Ｎ循——循环系统功率损耗（马力）Ｎ嘴——喷嘴水马力（马力）。

压呼分配关系：Ｐ总＝Ｐ循＋Ｐ嘴（公斤／厘米２）或：喷嘴压力分配比值＝Ｐ嘴／Ｐ总式中：Ｐ循——循环系统压力损耗（压耗）（公斤／厘米２）Ｐ嘴——喷嘴压降（压降）（公斤／厘米２）喷嘴压力降：Ｐ嘴＝0.82ρＱ２／Ｃ２de4（公斤／厘米２）式中：ρ——泥浆密度（比重）（克／厘米３）Ｑ——排量（升／秒）Ｃ——流量系数，由试验确定，常用喷嘴为0.95~0.985 de——喷嘴相当直径（厘米）de＝nd嘴２n——喷嘴数目d嘴——喷嘴直径（厘米）当n=3时，dc＝1.732d嘴循环系统压力损耗（压耗）Ｐ循＝ＫrＱ２（公斤／厘米２）式中；Ｋ——压力损失系数（0.034）r——泥浆比重（克／厘米３）喷嘴=P嘴*Q／7.5＝0.11*ρＱ３／Ｃ２de4（马力）中单位与符号同（５）式式喷射速度：Ｖ嘴＝12.74ＣＱ／de２（米／秒）中单位与符号同（５）式式Ｖ嘴——喷速（米／秒）射流冲击力：Ｆ冲＝n rf0Ｖ嘴2/g(公斤)式中：Ｆ冲——射流冲击力（公斤）n＝——喷嘴数目r＝泥浆比重（克／厘米３）f0——每个喷嘴的横截面积（厘米２）f0——0.25*л d嘴２Ｖ嘴——喷射速度（米／秒）d嘴——喷嘴直径（厘米）g——重力加速度（980厘米／秒２）返回速度：Ｖ返＝12.74Ｑ／（Ｄ井２－Ｄ杆２）（米／秒）式中：Ｖ返——返回速度（米／秒）Ｑ——排量（升／秒）Ｄ井——井径（厘米）Ｄ杆——钻杆外径（厘米）压井基本数据计算关井立管压力：ＰdPd+Pmd=Pp=Pa+Pma式中：Ｐd——关井立管压力，公斤／厘米２Pmd——钻柱内泥浆柱压力，公斤／厘米２Pp——地层压力，PpPa——关井套管压力，公斤／厘米２Ｐma——环空内受侵泥浆柱压力，公斤／厘米２因此：Ｐp＝Pd+0.1* rm*H式中：rm——泥浆比重，（克／厘米３）Ｈ——井深，米。

钻井液现场有关计算1、表观粘度公式：AV=1/2×∮600式中：AV——表观粘度，单位(mPa.s)。

∮600 —— 600转读数。

2、塑性粘度公式：PV= ∮600 －∮300式中：PV——塑性粘度，单位(mPa.s)。

∮600 —— 600转读数。

∮300 —— 300转读数。

3、动切力（屈服值）公式：YP= 0.4788×(∮300－PV)式中：YP——动切力，单位(Pa)。

PV——塑性粘度，单位(mPa.s)。

∮300 —— 300转读数。

例题1：某钻井液测得∮600=35，∮300=20，计算其表观粘度、塑性粘度和屈服值。

解：表观粘度：AV=1/2 ×∮600=1/2×35=17.5（mPa.s）塑性粘度：PV= ∮600－∮300=35－20=15（mPa.s）屈服值：YP=0.4788×（∮ 300－PV）=0.4788×（20－15）=2.39（Pa）答：表观粘度为17.5mPa.s，塑性粘度15mPa.s，屈服值为2.39Pa。

4、流性指数（n值）公式：n= 3.322×lg(∮600÷∮300)式中：n ——流性指数，无因次。

∮600 —— 600转读数。

∮300 —— 300转读数。

5、稠度系数（k值）公式：k= 0.4788×∮300/511n式中：k ——稠度系数，单位（Pa.S n)。

n ——流性指数。

∮300 —— 300转读数。

例题2：某井钻井液测得∮ 600=30，∮ 300=18，计算流性指数，计算稠度系数。

解： n=3.32×lg（∮600/∮300）=3.32×lg（30/18）=0.74K=0.4788×∮300/511n=0.4788×18/5110.74=0.085（Pa.s0.74）答：流性指数是0.74 。

稠度系数为0.085Pa.s0.74。

钻井常用计算公式•、地层压力计算1、静液柱压力（MPa）=P（粘井液密度）*0.00981*H（垂深m）2、压力梯度值（MPa）=p（钻井液密度）*0.009813、单位内容积（r∩3Λn>=7.854*10-5*内径2（Cm）4、单位环空容积（m3∕m）=7.854*10^5*（井径2cm-管柱外径2cm）5、容积（m?）=单位内容积（m3∕m）*长度（m）管柱单位排音量（mVm）=7.854*10^5*（外径2cm内径2cm）6、地层压力（MPa）=钻具静液柱压力+关井立压7、压井钻井液密度（g∕c11p>=（关井立压Mpa/O.00981/11（m））+当前井液P（gcm3）8、初始循环压力=关井立压+底泵速泵压9、终止循环压力=（压力井液p/当前井液p）*低泵速泵压10、溢流长度m;钻井液增量m3/环空单位容积m3∕m11、溢流密度p（g∕cm3）=当前井液P-［（套压MPa-立压Mpa）/（溢流长度m*0.00981）］12、当量循环密度p（g/cm3）-（环空循环压力损失Mpa/O.00981/垂深m）+当前井液P13、当量钻井液P（g4zm3）-总压力Mpa/O.00981/垂深m14、孔隙压力MPa=9.81*Wf（地瓜水平均密度g∕cmυ*H（垂高m）15、上覆岩层压力（Mpa）=（岩石基质重量+流体重量）/面积［9.81*［（卜-。

岩石孔隙度％）*pm岩石基颓密度Hem3+4>*p岩石孔隙中流体密度g/cnP］16、地层破裂压力梯度（Mpa）=Pf（破裂地层压力Mpa）/H（破裂地层垂直深度m>Pf（破裂地层压力Mpa）=Ph（液柱压力Mpa）+P（破裂实验时的立管压力MPa）二、喷射钻井计算公式1、射流喷射速度计算相同直径喷嘴VOU1.2.73*Q（通过喷嘴液体排量1.∕S）∕n（喷嘴个数）*dc>2（喷嘴直径Cm）不相同直径喷喷Vo=12.73*Q（通过喷嘴液体排量1.∕S）/de?（喷嘴当量直径Cm）试中:de喷喷当量直径（cm）计算等喷嘴直径de-（根号n喷嘴个数）*d。

最小泥浆排量选择秒以上升或秒以上或米或或或或秒米根据米千克浆密度解最小泥浆排量求美国最佳泥浆返速和钻杆外径克泥浆密度井眼直径已知例秒以上米我国要求在美国作法米泥浆返速应降至秒米泥浆返速米钻杆外径米井径秒米小最泥浆排量式中量携带岩屑要求的最小排即可用下式计算出满足最低返速确定后米千克泥浆密度米井眼直径秒米最优泥浆返速式中美国最优泥浆返速经验公式/15.9625.7/00915.0007625.02.1140305.02.1140161.00466.02114127.02159.04/65.067.28037.182100030.12159.037.18237.182/127/30.19.215/2.1115.0//4)(/1000/1//37.18222223322333==⨯=⨯-=⨯-=-===⨯⨯==−→−--−→−−→−−→−−→−-∏==−→−−→−−→−=P 。

V D D Q D V ：，；？mm ；，cm mm ，：：。

），（，V ；，D ；，D ；，Q ：V D D Q Q，m kg cm g ，；，D ；，V ：D V ）：（h P H m H h m h P H h H m H h mH h ρρρρ秒以上升或秒以上或米或或或或/15.9625.7/00915.0007625.02.1140305.02.1140161.00466.02114127.02159.042222==⨯=⨯-=⨯-=-=。

V D D Q h P H或秒米外径秒以上米量求的最小排2.110161.0/5127/2.1⨯-mm ；。

Q或2.110161.0。

钻井常用数据一、最低环空返速:444.5mm井眼:Va=0.41/ρ(m/s) 311.1mm井眼:Va=0.59/ρ(m/s)215.9 mm井眼:Va=0.85/ρ(m/s)式中：ρ密—g/cm3二、最小排量:444.5mm井眼: Qa=142.44*Va 311.1mm井眼: Qa=63.31*Va 215.9 mm井眼: Qa=23.93*Va (L/S)三、喷嘴压降：Pb=0.084*ρ*Q2/de4 (Mpa) de=(d1²+ d1²+d3²)½—cm四、井眼容积:444.5mm井眼: 0.155m3/m 311.1mm井眼: 0.076 m3/m 215.9 mm井眼: 0.037 m3/m五、套管容积:339.7mm: 外0.091 m3/m, 内0.081 m3/m 244.5mm: 外0.047 m3/m, 内0.038 m3/m177.8mm: 外0.025 m3/m, 内0.018 m3/m 139.7mm: 外0.015 m3/m, 内0.011 m3/m六、钻具内容积与排代量: （浮力系数f=1-ρ泥/ρ铁）钻杆5”壁厚:9.19mm内径108mm 重量29.01kg/m 容积0.0092方/m 排代量0.004方/m 0.58方/5柱加重钻杆5”容积0.0046方/m 重量73.5kg/m钻铤9”容积0.0046方/m 排代量0.036方/m 0.94方/柱重量286.0 kg/m8”容积0.004方/m 排代量0.028方/m 0.73方/柱重量219.48 kg/m7”容积0.004方/m 排代量0.021方/m 0.55方/柱重量163.20 kg/m61/4”容积0.003方/m 排代量0.017方/m 0.44方/柱重量123.56 kg/m（螺旋型=常规*0.96）七.泥浆(钻杆)上返速度计算:444.5mm井眼: V=0.007*Q 311.1mm井眼: V=0.016*Q 215.9 mm井眼: V=0.042*Q (m/s)八、油气上窜速度：v上窜=[H油气-（H钻头/t迟）*t显]/t静m/min九、常用换算：1英尺′=12″=0.3048m 1″=8吩 1m=3.28英尺 1吩=3.175mm 1美桶=159L 1英桶=163.654L 额1lbs-ft=1.35m.N 1psi=0.0069Mpa 1000lft=45kN十、F-1600钻井泵（宝鸡）(η=0.925)型号F1600 功率1180KW 冲数120r/min 冲程3048mm缸径180 170 160 150 140 mm压力22.76 25.51 28.84 32.77 34.34 Mpa排量(理论) 46.53 41.51 36.77 32.31 28.15 L/s每冲排量23.26 20.75 18.39 16.16 14.08 L/r（实际选用）21.86 19.51 17.29 15.19 13.24 L/r计算系数1 0.364 0.325 0.288 0.253 0.221 L/r.s计算系数2 0.02186 0.01951 0.01729 0.01519 0.01324 m3/r.min排量Q=冲数×计算系数十一、英、汉对照MW—密度VIS—粘度PV—塑性粘度sec--秒qt—夸脱cps—cm/s YP—屈服点lb—磅Ft—英尺CC--cm³桶—bbl 磅/桶—ppb WL—失水gpm—加仑十二、定向井参数井深Dm或L m 井斜角а(°)方位角Φ(°)垂深D m 狗腿角γ(°)狗腿度к(°) /30m水平长度Lp m 水平位移s m 视平移ν m平移方位角θ(°)装置角ω(°)反扭角& (°)。