钻柱拉力扭矩模型在侧钻水平井中的应用

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水平井钻柱摩阻、摩扭分析

水平井钻柱摩阻、摩扭分析张宗仁一、文献调研与综述在水平井中，由于重力的作用，钻具总是靠着井壁（或套管）的，其接触面积就比直井大很多所产生的摩擦力和扭矩将会大大的增加。

对管柱的摩擦阻力和轴向拉力研究计算，保证钻井管柱（钻柱或则套管，油管）的顺利上提和下放。

如今，国内外已经有很多关于磨阻计算的力学模型，主要分为两大类：一类为柔杆模型，另一类为柔杆加刚性模型。

1．1约翰西克柔杆模型：约翰西克(Johansick)在1983年首次对全井钻柱受力进行了研究，为了研究的方便，在研究过程中.他作了以下几点假设: (1)钻柱与井眼中心线一致； (2)钻柱与井壁连续接触:(3)假设钻柱为一条只有重量而无刚性的柔索； (4)忽略钻柱中剪力的存在:(5)除考虑钻井液的浮力外忽略其他与钻井液有关的因素。

在此假设条件下，建立了微单元力学模型，根据单元的力学平衡，推导出如下的拉力、扭矩计算公式:1222cos [(sin )(sin )]t T W NM NrN T T W αμμθααα∆=±∆==∆+∆+式中：T:钻柱单元下端的轴向拉力，N ； Mt:钻柱扭矩，N.m ；N:钻柱与井壁的接触正压力，N ； W:钻柱在钻井液中的重量，N ； u:钻柱与井壁的摩擦系数； r:钻柱单元半径；a,△a,△θ:平均井斜角，井斜角增量，方位角增量;起钻时取“+”，下钻时取“-”。

1．2二维模型:Maida 等人对拉力、扭矩进行了平面和空间的分析，建立了应用于现场的二维和三维的数学模型。

他建立的二维模型和三维模型如下:111211111**[(1)(sin sin )2(cos cos )]1exp[()](exp[()](Ai Ai B i i B i i BB i i B i i i i i qRF A F C a A a C a A a A a a A a a l l a a μμμμμ-------=+--+-+=-=---i 起钻)下钻)R=式中B μ为摩擦系数，li 计算点井深，FAi 为计算点轴向载荷，C1、C2为符号变量，其取值由表1-1给出：1111()()()()[()][()*()()*()()*()arccos[cos()*sin *sin cos *cos ]24()()(1)1Au B s N N b u b p i i i i i i i i s F q l C l q l dlq l q l q l q l q l q b l q l q p l l l R a a a a C l l μμθθγππ----=±=+===-=-+=-+式中u(l) , b(1) , p(1)分别为计算单元井段切线、副法线和主法线方向向量。

水平井侧钻过程中钻柱振动规律的研究

自由端处边界条件为
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ｙ，：ＡｎＢｓ）Ｃｎ）（ｔ［ｉ詈）ｃ（＋ｓ（＋ｘ）ｓ（＋ｏｉｈＤｓ）ｉ∞＋）ｃｈ】（ｏ（ｓｎ
件确定的常数。
１３钻柱的扭转自然振动的基本方程．
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一，＝ｏ喀。
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１钻柱系统的各种振动分析
在水平井侧钻过程中钻柱存在着各种振动，常常表现为钻柱的轴向振动、向振动和扭转振动。侧
本文对水平井水平井段侧钻过程的振动问题进行分析，各种振动形式（图１。对于水平井段的钻见）
１１钻柱轴向自然振动的基本方程．假定所研究的钻杆是匀质的细长杆，元段微在运动过程中产生位移。由动力学定律，可得
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２１００年５月６日收到国家重大专项（０８ｘ５２－０）２０ｚ０１６资助００
度，０为轴向波在钻柱中的传播速度。方程（）１的
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振动的规律。该分析为水平井钻井工程避免钻柱共振提供了可靠的理论依据。

水平井钻柱摩阻扭矩分段计算模型

水平井钻柱摩阻扭矩分段计算模型闫铁1，李庆明1，王岩2，李井辉1,3，毕雪亮1【摘要】根据水平井接触和受力特点，利用分段计算方法，建立水平井钻柱摩阻扭矩计算模型；采用三维纵横弯曲梁理论，计算钻柱BHA(底部钻具组合)段摩阻扭矩；采用软杆模型，求解BHA以上钻柱段的摩阻扭矩；对井眼曲率变化较大及刚度较大的加重钻杆井段软杆模型加以修正，考虑钻柱屈曲的影响，建立适合水平井的摩阻扭矩三维分段计算模型.应用结果表明，该模型计算精度较高，平均相对误差为10%，可为现场实践应用提供技术参考.【期刊名称】东北石油大学学报【年(卷),期】2011(035)005【总页数】5【关键词】关键词：摩阻扭矩；水平井；钻柱；分段计算模型；底部钻具组合；软杆模型基金项目：国家科技重大专项(2011ZX05021-006)；黑龙江省博士后基金(LBH-Z10235)0 引言随着钻井技术的发展，水平井、大位移井等钻井技术不断出现并被广泛应用，对钻柱的力学分析和计算要求逐渐增高，钻柱的摩阻扭矩是钻柱力学分析的核心问题.人们对钻柱摩阻扭矩问题进行研究，建立相应的力学分析模型[1-8].如Johansick C A分析全井钻柱受力，提出在定向井中预测钻柱拉力和扭矩的软杆模型[1],该模型简单且能够满足一般条件下计算精度要求.根据大变形理论，何华山等考虑钻柱刚度影响，提出改进的摩阻扭矩模型[2-3]，该模型考虑钻柱刚性对摩阻、扭矩的影响，使摩阻力预测计算更加精确，通常称其为刚杆模型；但其控制微分方程较复杂，在轴向力和扭矩的耦合作用下，难以准确求解.人们随后建立的摩阻扭矩模型是在这2种模型基础上的发展或完善[4-8].针对井下钻柱的接触和受力特点，利用分段计算方法建立钻柱摩阻扭矩计算模型，并充分考虑钻柱屈曲影响.该方法继承软杆模型计算过程简单、计算方法可靠的优点，对局部严重狗腿度井段及刚度较大的钻柱段，考虑钻柱刚性对摩阻扭矩的影响，能够提高计算精度.1 计算模型水平井钻井过程中，底部钻具组合(Bottom Hole Assembly，简称BHA)段为包含大直径稳定器和高刚度钻铤的特殊钻具，钻具与井壁之间的接触主要为稳定器或弯接头的肘点与井壁之间的局部接触[9]；BHA上切点以上的钻柱可近似为与井壁连续接触.基于此，提出水平井钻柱分段摩阻扭矩计算原则：BHA段采用纵横弯曲梁理论计算；BHA上切点以上钻柱段采用软杆模型计算；井眼曲率及刚度变化较大的钻柱段，考虑钻柱刚性影响，采用修正的软杆模型计算，对不同钻柱段采用不同计算模型，以提高模型计算精度.1.1 单元钻柱软杆模型钻柱软杆模型认为井下钻柱为一条不承受弯矩、但可承受扭矩的软杆，在钻柱刚度较小、井眼不出现严重狗腿度情况下，钻柱刚度对其受力影响较小，可以采用软杆模型.计算三维井眼内钻柱受力情况时，需要确定钻柱空间位置.假设井下几千米钻柱轴线形状与井眼轨迹相同，且为细长弹性体，除BHA段外，整个钻柱离散成微单元段；摩擦因数、钻柱单位长度、质量相同的井段为一个钻柱单元[10-11].建立简化摩阻扭矩软杆模型时，假设：(1)钻柱类似于一个软杆，刚性很小，可以忽略；(2)刚性井壁，钻柱受井壁限制，与井眼轴线一致；(3)忽略钻柱局部形状如钻杆接头、扶正器等对摩阻扭矩的影响；(4)忽略钻柱横截面上剪切力影响；(5)忽略钻柱动力效应影响.在井眼轨迹曲线上任取一弧长为dl的微元段，单元受力分析见图1.根据单元的力学平衡，推导单元轴向力、摩阻扭矩计算公式为Ti+1=Ti+(Wgdlcos α±μNi),(1)Mi+1=Mi+μNir,(2)(3)F=±μNi,(4)式中：Ti+1，Ti分别为第i钻柱单元上端、下端的轴向应力；Mi+1，Mi分别为第i钻柱单元上端、下端的扭矩；Ni为第i钻柱单元与井壁的接触正压力；Wg为单位长度钻柱浮重；μ为滑动摩擦因数；r为钻柱单元半径；F为摩擦阻力；α，Δα，Δφ分别为平均井斜角、井斜角增量和方位角增量，钻柱向上运动时取“+”，向下运动时取“-”.1.2 修正软杆模型对于局部井眼曲率变化较大的井段及刚度较大的加重钻杆段，钻柱刚性对摩阻扭矩影响较大，不能忽略.考虑钻柱刚性的影响，受井眼约束而产生的附加接触正压力Ng为(5)式中：E为钻柱材料的弹性模量；I为钻柱的惯性矩；K为井眼曲率；D为井眼直径；Do为钻柱外径；ΔL为钻柱附加刚性正压力的管柱段长度，ΔL=[24(D-Do)/K]1/2.修正软杆模型的正压力N由2部分组成：一部分是按照软杆模型计算的正压力；另一部分是刚性钻柱在弯曲井眼中产生的附加接触正压力Ng.1.3 BHA段模型对带有稳定器或弯接头的BHA段，钻头、稳定器或弯接头(n个)以及上切点把钻具组合BHA分为n+1跨受纵横弯曲载荷的梁柱[12-14].以n跨连续梁第i，i+1跨梁柱为对象，其受力分析见图2.将BHA段的三维分析分解为井斜平面(P平面)和方位平面(Q平面)的二维分析，考虑摩阻对轴向应力的修正，通过P、Q平面上建立的三维弯矩方程求解各接触点处弯矩，并推导接触点处支反力求解公式.轴向应力修正公式为(6)支反力公式为(7)分别求出P平面和Q平面上的支反力NiP和NiQ，则接触点处的支反力Ni=(NiP+NiQ)1/2.BHA段摩阻、扭矩分别为(8)(9)式(6-9)中：FBHA为BHA段摩阻；MBHA为BHA段扭矩；qi为第i跨钻柱在钻井液中的单位质量；Mi为第i个支点处的弯矩；Li为第i跨钻柱的长度；yi为第i个支座坐标.2 整体钻柱摩阻扭矩2.1 未屈曲时通过对BHA段受力分析，求出上切点位置和各接触点处弯矩，进而求出各接触点处的正压力、BHA段的摩阻和扭矩；上切点以上钻柱段，采用软杆模型计算.以上切点处的轴向应力、扭矩为迭代起点，自下而上逐个单元进行计算，可求得整个钻柱的摩阻扭矩受力.(10)(11)式中：Tj，Mj分别为从上切点算起，第j个钻柱单元上端的轴向应力和扭矩；ΔTi，ΔMi分别为上切点以上第i个钻柱单元的轴向应力和扭矩增量；Ts，Ms 分别为上切点处的轴向应力和扭矩.2.2 屈曲时摩阻扭矩计算模型式(10-11)建立在钻柱未发生屈曲条件下，实际钻井作业大部分工况下，钻柱下部处于受压状态，其轴向载荷过大时，钻柱发生正弦或螺旋屈曲，严重时引起钻柱自锁.屈曲钻柱在井眼中的形状发生改变，增大钻柱与井壁间的正压力，导致摩阻扭矩增大.钻柱受压发生正弦屈曲时，钻柱与井壁之间的侧向力还应附加由钻柱正弦屈曲产生的接触力[15]：(12)钻柱受压发生螺旋屈曲时，钻柱与井壁之间的侧向力还应附加由钻柱螺旋屈曲产生的接触力[16]：(13)式中：ΔN为附加接触压力；T为钻柱轴向力；r′为井眼与钻柱直径差值的1/2.求得附加接触压力，可以计算钻柱屈曲后的附加摩阻，进而建立水平井整体钻柱摩阻扭矩计算模型.3 现场应用根据文中建立的水平井钻柱摩阻扭矩分段计算模型，进行计算并编制摩阻扭矩分析软件.运用该软件对吉林油田长深地区某水平井进行计算和分析.该井目标点垂深为3 534.71 m，水平位移为1 314.56 m，造斜点深度为3 114.34 m.以φ152.4 mm井眼为例，三开钻具组合(3 675～4 723 m)：φ152.4 mm钻头×0.19 m+φ127 mm螺杆1°×6.3 m+φ146 mm扶正器×0.44 m+LWD×12.21 m+φ88.9 mm无磁钻铤×9.23 m+φ101.6 mm加重钻杆×12根+φ101.6 mm钻杆×94根.井身结构：0～502.5 m为表层套管段；502.5～3 569.8 m为技术套管段；其余为裸眼段.模拟计算条件：套管内摩阻因数为0.25，裸眼摩阻因数为0.30.旋转钻井工况下，井口大钩载荷、扭矩的模拟计算值与实测值见图3和图4.由图3和图4可知，计算值与实测值的平均误差为10%，说明该模型计算较为准确，模拟计算时选取的套管段内和裸眼段内的摩阻因数合理，符合工程实际.产生误差的原因为：(1)设线质量为10.160 g/cm 的新钻杆，计算时线质量为20.86 kg/m ，钻杆由于施工磨损，每米质量减小1.00～2.00 kg ；(2)计算时游车系统质量为150 kN，实际偏小.4 结论(1)通过水平井内钻柱分段受力分析，建立水平井三维钻柱摩阻扭矩计算模型，对井眼曲率不同井段及钻柱刚度不同部分采用不同计算方法，提高计算精度. (2)考虑软杆模型和硬杆模型优点，以及钻柱屈曲影响，扩大适用范围.利用建立的模型编制摩阻扭矩计算软件，可对不同工况下大钩载荷和摩阻扭矩进行计算.(3)吉林长深地区某水平井的现场应用结果表明，计算模型与实测值平均误差为10%，符合现场工程要求.参考文献：[1] Johansick C A. T orque and drag in direction wells prediction and measurement[J].Journal of Petroleum Technology,1984,36(6):987-992. [2] Ho H S, NL Technology systems/NL industries inc. general formulation of drillstring under large deformation and its use in BHA analysis[R].New Orleans: Society of Petroleum Engineers, 1986:1-12. [3] Ho H S, NL Petroleum services. An improved modeling program for computing the torque and drag in directional and deep wells[R].Houston: SPE Annual Technical Conference and Exhibition,1988:407-418.[4] Sheppard M C, Wick C, Burgess T, et al. Designing well paths to reduce drag and torque[J]. SPE Drilling Engineering, 1987,2(4):344-350.[5] 秦永和,付胜利,高德利.大位移井摩阻扭矩力学分析新模型[J].天然气工程,2006,26(11):77-79.[6] 李子丰,刘希圣.水平井钻柱稳态拉力—扭矩模型及其应用[J].石油钻探技术,1992,20(4):1-6.[7] 张建群.定向井中摩擦阻力模式及其应用的初步研究[J].大庆石油学院学报,1989,13(4):6-11.[8] 韩志勇.井眼内钻柱摩阻的三维和两维模型的研究[J].石油大学学报:自然科学版,1993,17(增):44-49.[9] 闫铁,张建群,孙学增,等.大庆水平井摩阻力分析[J].大庆石油学院学报,1995,19(2):1-5.[10] 闫铁,马红滨,谷玉堂,等.钻柱在水平分支井段中的摩阻力分析[J].科学技术与工程,2010,10(22):5378-5380.[11] 代奎,闫铁.水平井井眼摩阻因数的确定方法[J].大庆石油学院学报,1995,19(3):5-8.[12] 马善洲,韩志勇.水平井钻柱摩阻力和摩阻力矩的计算[J].石油大学学报:自然科学版,1996,20(6):24-28.[13] 白家祉,苏义脑.井斜控制理论与实践[M].北京:石油工业出版社,1990.[14] 白家祉.纵横法对钻具组合的三维分析[J].石油学报,1989,10(2):60-66.[15] An H, Scott S L, Langlinais J P. Estimation bottom hole pressure in pumping oil wells:effect of high viscosity fluids and casinghead pressure [R]. Dallas: SPE Annual Technical Conference and Exhibition, 2000. [16] Aziz K, Govier G W, Ogarasi F. Pressure drop in wells producing oil and gas[J]. JPT,1972,113:38-47.。

新版《地质岩心钻探规程》通过评审

工应用。
参考文献：
［１］乌效鸣，胡郁乐，李粮纲，等．导向钻进与非开挖铺管技术［Ｍ］．武汉：中国地质大学出版社，２００４．
［２］张宝增，王瑞和，等．钻柱拉力扭矩模型在侧钻水平井中的应用［Ｊ］．天然气工业，２００７，（１）：６８—７１．
［３］费广正，乔林．ＶｉｓｕａｌＣ＋＋６．０高级编程技术（ＯｐｅｎＧＬ篇）［Ｍ］北京：中国铁道出版社，２０００．
新版《地质岩心钻探规程》通过评审
本刊讯由中国地质科学勘探技术研究所提交的《地质岩心钻探规程》通过了中国地质调查局在北京科学大会堂组织的专家评审。评审委员会认为，规程编写组在广泛收集研究现有相关规范，吸收钻探技术最新实用性成果和地质勘查单位钻探管理经验的基础上，结合我国地质钻探特点和现状，编制完成了本规程。
表２钻机功率要求对应关系表
图３挤压式钻头扭矩拉力对话框
６１
结合钻机功率要求和在现场施工记录的回扩孔时拉力、扭矩和泥浆泵量等数据（表２），以拉力一扭矩数学模型分析为基本依据，全面考虑其它影响因素，对水平定向钻进铺设施工优化综合设计。对设计模型进行编程，以ＶｉｓｕａｌＣ＋＋软件开发平台，采用空间解析几何方法，运用三维图形库技术Ｏｐｅｎ— ＧＬ，设计出拉力一扭矩模型的可视化界面，其演示界面如图３所示。

钻柱力学分析

钻柱力学分析读者朋友，欢迎你来到这篇文章，这篇文章将为你提供一个深入的分析，关于叫做钻柱力学（Drilling Column Mechanics）的话题。

本文将概述钻柱力学的基本原理和它的在石油钻探中的应用，还将分析钻柱力学的可行性以及它在钻探方面的发展前景。

一、钻柱力学的基本原理钻柱力学的主要原理来自于两个优秀的物理原理：力的平衡和圆柱曲线力学。

力的平衡是指钻柱的各种力，如系统重力、钻柱扭矩、钻柱圆柱曲线力学及系统抗拉力，需要相互抵消，以维持力学稳定。

而圆柱曲线力学是指圆柱形轴向力的力学行为，可以用来计算钻柱的截面变形情况。

二、钻柱力学在石油钻探中的应用现代石油钻探技术中，钻柱力学是一个重要的因素，可以帮助工程师理解钻探过程中钻柱受力和变形的情况，以及如何确定在钻探过程中采取正确的措施。

此外，钻柱力学还可以用来估计井壁收敛变形，以及确定最佳钻柱尺寸，以减少钻井时间和成本。

三、钻柱力学的可行性在钻探过程中，钻柱受到各种不同的力，这些力会促使钻柱产生微小的变形，并在时间的推移中不断影响钻探过程的进展。

因此，利用钻柱力学可以有效地控制钻柱的受力状态，从而帮助钻探工程师在短时间内完成钻井。

此外，钻柱力学可以帮助建立仿真模型，以便工程师可以在实际钻探之前模拟出不同情况下的钻井受力和变形状况。

四、钻柱力学的发展前景由于石油钻探技术不断进步，钻柱力学在钻井过程中也将变得越来越重要。

目前，钻柱力学已经被广泛应用于石油钻探，但未来仍有很多空间可以改进和优化，如研发新型工具和材料，以及提高力学分析技术。

此外，研究人员正在尝试用钻柱力学来优化钻探布线，以减少钻探过程中的受力和变形。

总结以上是关于钻柱力学的详细介绍。

从上面可以看出，钻柱力学是一个非常重要的概念，它可以帮助工程师在短时间内完成钻井，而且在未来也会越来越受重视。

因此，为了提高石油钻探的效率，应该加强对钻柱力学的研究，以提升钻探技术水平。

钻压与扭矩联合作用下的钻柱稳定性

钻压与扭矩联合作用下的钻柱稳定性在旋转垂直钻进中，钻柱下部同时承受着轴向压力和扭矩。

钻压超过临界值将产生纵向弯曲，即丧失稳定性。

通过理论分析和实验证实，扭矩也能使钻杆丧失扭曲稳定性。

轴向钻压和扭矩同时作用下的钻柱变形是个复杂问题。

它既不是轴向压力下作用下的纵向弯曲，也不是扭矩作用下的柱面母线的扭转。

在铰支条件下，单支钻杆的钻压和扭矩有下列关系：M k 2EI 2+P CEI=πL2由上式可知，钻柱传递的扭矩M k将使钻柱弯曲的临界钻压P C 减小。

当M k=0时，就变成著名的欧拉公式：P C=π2LEI钻柱L越长，轴向钻压就越小。

(2)使用大钻杆的直径，钻杆直径愈大，其受压的稳定性越好，根据以往的经验，5in钻杆最大能承受的推力为40t左右，如果成孔比较好的话，穿越1000m不成问题，根据压杆稳定计算公式：p IJ=n2π2EI／L2推力与杆件的截面的惯性距成正比，壁厚相同的钻杆6，625in钻杆的所能承受的推力为5in钻杆的2．5倍，其中扣除因为采用大钻杆，钻柱自身重量增大，摩擦阻力也随之增大的因素影响，使用6．625in钻杆，其可钻距离是原来的两倍有余，这样就可以有效完成西气东输大江河穿越的导向孔的施工。

(4)在长距离导向孔的钻进过程中，使用泥浆61/2in泥浆马达和12in的铣齿岩石大钻头。

使用泥浆马达可以有效地减小钻头前进所需的推力，大钻头可以造成更大的孔壁与钻杆之间的环形空间，可以有效地减少孔壁收缩卡住钻杆的可能性，岩石钻头耐磨，可以防止长距离穿越造成钻头磨坏，致使导向孔无法完成。

(7)钻导向孔的钻具组合为：12in铣齿钻头+61/2in泥浆马达+7in无磁钻铤+5in钻杆+6．625in 钻杆。

控向工具安置在7in无磁钻铤中。

12in钻头可以钻出更大的孔，钻杆于孔壁之间环形空间也更大，有利于钻杆在其间穿行，泥浆流动也更平稳，减少泥浆对孔壁的冲刷，对孔壁的稳定特别有利。

井眼弯曲度、扭矩、钻井参数和能源与井眼轨道设计的关系

摘要井身质量通常与井身的“光滑度”相关，它有很多的衡量方法，这些方法都与钻井过程和钻进的效率以及完井成本息息相关。

目前，有几个参数如井眼的曲折、曲率、扭转角和钻井的各项指标，都被用于量化的井眼轨迹，或评估钻得光滑井眼的难度。

除此之外，没有明确的标准来衡量的井身质量。

与定性地量化井眼相比，钻井指数更主观地描述井身质量。

在某些情况下，他们仅作为衡量井的难钻程度，而不是实钻井眼多么光滑。

另外一个在计算时被忽略重要参数是井眼的扭转。

井眼的扭转描述了井眼轨迹的副法线向量对弧长的旋转速度，或密切面改变副法线方向的程度。

它确保光滑的井眼轨并减少大位移和超深大位移井的摩阻扭矩。

由于还没有行业标准量化这些参数，它们很容易混淆，在还没有适当的证明和理解时，就互换使用它们。

本文提供这些参数，以及它们明确的定义和可以使用环境。

几个计算示例以作简单指导。

本文还提供了评价相对和绝对项在光滑井眼轨迹上应用这些参数的方法。

本文还提供了用于衡量井身质量的最小能量，它是基于薄弹性梁非线性弯曲的数学标准。

介绍随着更新的、更复杂的井底钻具组合的出现，监测这些工具的性能和井身质量的要求就更加迫切。

滑动钻进和旋转钻进的交替进行，导致井眼成螺旋形；经常的滑动钻进，使井眼振荡变的更加明显。

对摩阻扭矩定性的质量评价和定性估计在钻井施工的很多阶段相当的重要。

当地质导向工具配合使用时，它们可以调整随后的钻井方案，从而确保大位移井和超深大位移井的圆满完成。

在钻井工业中，很多年以前我们就知道井眼螺旋线和井眼轨迹振荡的发生。

螺旋的范围和使用光滑底部钻具组合的机械转速“钻头偏离中心”的程度很早以前就被报道（Lesso等1989，Pastusek等2003）。

侧钻水平井技术及应用

侧钻水平井技术及应用侧钻水平井技术是一种在地下开展水平钻探的方法，它是传统垂直钻井技术的一种变体。

侧钻水平井技术的应用广泛，涉及领域包括石油勘探开发、地热能利用、环境工程、水利水电等多个领域。

侧钻水平井技术的原理是通过在井下将钻杆沿着一定的水平方向引导，实现垂直井身转向成水平或略带倾斜的状态，从而在地下形成一系列水平井段。

侧钻水平井可以通过在目标层位进行导向钻进，使得井底位置可以在沿井眼方向上进行相对稳定的偏移。

这种井的性质导致了许多优势，包括增大井段接触面积，提高采收率；提高水平或近水平井段的生产能力；减小油藏压力，提高油井产量；降低井下设备的运行风险等。

侧钻水平井技术的操作主要包括导向钻、侧钻、水平打井等工序。

导向钻是在垂直井管内放置一定的导向工具，通过旋转和推拉操作，使得该导向工具能够使钻杆按一定的倾斜角度与垂直井眼产生相对位移。

侧钻是在导向钻井操作完成后，向井底方向延伸，使得井眼俯仰角度逐渐变小，直至水平。

水平打井是在侧钻完成后，使得井眼与钻井方位保持基本不变，井身水平延伸的过程。

这些操作需要精确的测量控制和工艺参数控制，以确保井段的水平性。

侧钻水平井技术的应用非常广泛。

在石油勘探开发中，侧钻水平井可以增加油气藏的曝露面积，提高油气开采率，特别适用于深水、油页岩和低孔隙度、低渗透度的油藏。

在地热能利用中，侧钻水平井可以提高地热能的开采效率，降低设备成本，增加项目经济性。

在环境工程中，侧钻水平井可以用于地下水采集和地下水污染治理，提高地下水采样的精确性和效率，并减少对地上环境的干扰。

在水利水电领域，侧钻水平井可以用于探寻地下水源，以及地下河道的勘测和开发。

总的来说，侧钻水平井技术是一种能够实现地下水平钻探的方法，它具有许多优势和广泛的应用领域。

随着技术的进一步发展，侧钻水平井技术在资源勘探开发和环境工程等领域的应用将会越来越广泛。

侧钻水平井工艺技术

侧钻水平井工艺技术侧钻水平井工艺技术是一种在井筒中横向钻探和开采油气资源的方法。

与传统的垂直钻井相比，侧钻水平井能够有效地提高油井采收率和产量，具有重要的经济和技术价值。

侧钻水平井的工艺技术主要包括钻井、固井、完井和生产等环节。

首先是钻井阶段，侧钻水平井通常是从现有的垂直井中侧向钻入地层。

这样的设计可以最大限度地增加井壁与地层接触面积，提高采油效果。

在钻井过程中，需要使用特殊的侧钻井钻头和导向工具，以确保在井筒中有效地钻探。

此外，还需要采用合理的钻探参数，如转速、钻压和冲洗液的流速和压力等，来确保顺利钻进。

钻完水平段后，需要进行固井操作来加固井筒。

固井是为了防止井筒在钻探过程中崩塌，保护钻孔的完整性，并防止地下水和油层混合。

固井常常使用水泥和钢管，将其注入井筒并形成坚固的井壁。

固井操作的关键在于选择合适的水泥配方和注入压力，以确保固井质量。

完成固井后，需要进行井筒完井。

完井是指在水平井中安装各种完井设备，如套管、防喷器和产能工具等。

这些设备是为了控制井筒的流体流动和产量。

在完井过程中，需要进行严格的施工质量控制，确保设备的正确安装和操作。

最后是生产阶段。

一旦生产设施准备就绪，就可以开始进行油气的开采。

由于侧钻水平井的设计和施工，使得生产更加高效和顺利。

在生产过程中，还需要根据井底压力和油井形态，合理选择抽油机和注水设备，以达到最大的开采效果。

综上所述，侧钻水平井工艺技术是一项复杂而关键的油藏开发技术。

通过合理的设计和施工，侧钻水平井可以提高油井采收率和产量，有效地开发油气资源，对于能源行业的发展具有重要意义。

侧钻水平井工艺技术的发展与油田开发的需求密切相关。

在传统的垂直井开采中，井底压力逐渐下降，导致油井采收率逐渐降低，产量减少。

而侧钻水平井则能够有效地改善这一状况，提高油井的生产能力和采收率。

侧钻水平井的一个关键特点是可控定向钻井技术。

通过使用特制的钻井工具和导向工具，使井筒能够沿着特定方向钻探。

钻柱在水平分支井段中的摩阻力分析

柱运动方向相反（图２。如）
图１两分支水平分支井三维立体示意图
２１００年４月２７日收到
国家科技重大专项（０８Ｘ５２－６资助２０Ｚ００１０）０
图２水平分支井段中钻柱微元分析
第一作者简介：闫铁（９７）男，１５一，教授，究方向：研石油钻井工艺技术， — ａ：ａｔｑｉｅｕｃ。Ｅｍｉｙｎ＠ｄｐ．ｄ．ｎｌ
ｇ・ｅ＝一ｃｓ０
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长度重量相同的井段作为一个单元＿。设共分为 Ⅳ ４］
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个单元。Ⅳ ＋１个节点，ｉ单元的井段长度为第个～＝￣ — ｅ／
（）ｄ＋（ｉａｑｓｄ￣ｎ）
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节点０为钻头所在位置。
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由于水平分支方位变化率和摩擦系数随井深而变化，钻柱的单位长度重量也随井深而变化，且
所以将水平分支方位变化率、摩擦系数和钻柱单位
Ｆｉｌ＝＋
其中为重力方向单位矢量；为井眼轨迹主法线
方向单位矢量；为井眼轨迹副法线方向单位矢量；ｅ为井眼轨迹轴线切向单位矢量；为单位长度钻

力学模拟在钻井工程中的应用

力学模拟在钻井工程中的应用钻井工程作为石油勘探开发的重要环节，一直以来都是工程技术人员关注的焦点。

随着科技的不断进步和发展，力学模拟技术在钻井工程中的应用也越来越广泛。

本文将从力学模拟的原理、应用场景以及优势等方面进行探讨。

力学模拟是指通过计算机仿真和模拟技术，对钻井工程中的各种力学问题进行模拟和分析的过程。

它可以模拟钻井过程中的各种力学变化，如钻头的受力情况、井壁的稳定性、井筒的变形等。

通过力学模拟，工程师可以更好地了解井下的力学环境，预测井筒的稳定性，优化钻井参数，提高钻井效率和安全性。

力学模拟在钻井工程中的应用场景非常广泛。

首先，它可以用于优化钻井方案。

通过模拟不同的钻井参数，如钻头的转速、钻井液的流量等，工程师可以评估不同方案下的钻井效率和井筒稳定性，从而选择最佳的钻井方案。

其次，力学模拟可以用于预测井筒的稳定性。

在钻进过程中，井筒的稳定性是一个关键问题。

通过模拟井筒的变形和应力分布，工程师可以提前判断井筒的稳定性，采取相应的措施，避免井壁塌陷等事故的发生。

此外，力学模拟还可以用于模拟井下设备的受力情况，如钻铤的受力、管柱的受力等，从而优化井下设备的设计和使用。

相比传统的试验方法，力学模拟具有许多优势。

首先，它可以模拟各种复杂的井下环境和力学变化，如高温、高压等，而传统试验方法往往受到条件的限制。

其次，力学模拟可以进行多次重复的模拟实验，从而得到更加准确和可靠的结果。

而传统试验方法需要消耗大量的时间和资源。

此外，力学模拟还可以进行参数敏感性分析，评估不同参数对钻井效果的影响，为工程师提供更多的决策依据。

然而，力学模拟也存在一些挑战和局限性。

首先，力学模拟需要大量的计算资源和时间，特别是模拟复杂的井下环境时，计算量会非常庞大。

其次，力学模拟的准确性和可靠性受到模型的精度和参数的选择等因素的影响。

因此，工程师需要对模型进行合理的验证和校正，提高模拟结果的可信度。

另外，力学模拟还需要工程师具备一定的计算机技术和力学知识，才能正确地进行模拟和分析。

水平井钻井管柱力学模型与软件开发

ｏｆｈｏｌｅｔｒａｊｅｃｔｏｒｙａｓｗｅｌｌａｓａｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｏｒｑｕｅ，ｓｔｒｅｓｓａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｅｘｔｅｎｓｉｏｎｌｉｍｉｔｏｆｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｒｉｌｌｉｎｇｕｎｄｅｒｓｏｍｅｄｉｒｌｌｉｎｇｔｒａｊｅｃｔｏｙｒｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄ．
（１．西北工业大学２．中石化西北油田分公司工程技术研究院）
摘要：在充分考虑侧钻水平井的屈曲、钻压、扭矩和摩阻的基础上，将侧钻水平井分为直井段、曲率段和水平段，建立了侧钻水平井钻井管柱力学分析模型。采用基于ＣＯＭ组件的ＶＢ与ＭＡＴＬＡＢ混合编程软件制作技术，开发了水平井管柱力学分析软件，同时结合某井的钻井参数对软件进行了应用。应用结果表明，软件可以对井身轨迹进行预览，能够进行钻压、扭矩、应力及
（１．ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ２．ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳＩＮＯＰＥＣＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＯｉｅｌｄＣｏｍｐａｎｙ）

侧钻水平井钻柱与井眼的相容性研究

评价螺杆钻具与井眼的相容性以保证螺杆钻具顺利下人具有重要的现实意义。由于螺杆钻具的刚度较大，内外将螺杆钻具的下人视为刚性钻具通过弯国曲井眼的几何适应性问题。螺杆钻具的下人和井眼曲率的关系由几何关系确定，而得到螺杆钻具对从
始弯曲较大，而套管内径较小，因此，钻柱与井眼的相容性是侧钻水平井钻井的关键技术之一。在实际的侧钻水平
井钻井作业中，为了避免和预防因为下部钻具组合与井眼不相容而造成的下钻遇阻甚至卡钻事故的发生，需要研
究钻具与井眼之间的相容性，以指导施工中钻具组合的正确设计、评价以及合理使用各种钻具组合、减少阻卡的可
维普资讯
第３０卷
第６期
钻
采
工
艺
・１・３
Ｖ０．Ｏ１３Ｎｏ６．
ＤＩ＿ＲＵＪ＆ＰＯＤＣＩＮＴＣＯＯＩＮＧＲＵＴＯＥＨＮＬＧＹ
侧钻水平井钻柱与井眼的相容性研究
则螺杆钻具能顺利下人；Ｇ＜Ｆ则螺杆钻具不若
甚至卡钻事故的发生，要研究各种钻具与不同弯需曲程度的井眼的相容性，以指导施工中钻具组合的正确设计、价以及合理使用各种钻具组合，评减少阻卡的可能性。本文主要讨论弯螺杆和带稳定器钻具组合与井眼的相容性问题。
力，本文采用纵横弯曲连续梁等方法计算，可计算出各种带稳定器旋转钻下部钻具组合各接触点与井壁

水平井摩阻扭矩分析

水平井摩阻扭矩分析水平井是石油勘探和生产中常见的一种井型。

在水平井钻井过程中，由于地层构造以及钻井液的循环等原因，会产生一定的摩阻力，并且这种摩阻力会转化为扭矩，影响到钻头的旋转。

因此，对水平井摩阻扭矩进行分析和计算是非常重要的，可以为钻井过程中的操作提供指导，减小钻井事故的发生。

水平井钻进时的摩阻主要由以下几个方面造成：1.钻井液循环。

在水平井的钻井过程中，为了保证井下的稳定和冷却钻头，需要通过钻柱将泥浆或钻井液从地表泵送到井底。

这个过程中，液体在钻杆与井壁之间形成一层薄薄的膜层，称为液膜。

膜层与井壁之间存在一定的摩擦力，这就是液膜摩阻。

液膜摩阻是钻井摩阻的主要组成部分，一般占总摩阻的60%~70%。

2.钻杆与套管之间的摩擦。

钻杆与套管之间存在一定的摩擦力，这是由于钻杆运动时与套管相互接触而产生的。

摩擦力在摩阻中占一定比例，通常占总摩阻的10%~30%。

3.钻头与地层岩石之间的摩擦。

钻头在钻进地层时与岩石相互接触，存在一定的摩擦力。

地层岩石的硬度、压力、含水量等因素都会影响钻头与岩石之间的摩擦力。

钻头与地层岩石之间的摩擦力通常占总摩阻的10%~20%。

针对水平井的摩阻扭矩分析，可以采用以下步骤：1.计算液膜摩阻。

根据液膜摩阻的公式，可以通过测量钻井液的性质（如粘度、密度等），计算出单位长度钻柱（包括钻杆和套管）的摩阻力。

液膜摩阻力可以通过摩擦系数和单位长度液膜面积之积来计算。

2.计算钻杆与套管粘滞摩擦。

钻杆与套管之间的粘滞摩擦与液膜摩阻力有关，可以通过摩擦系数和单位长度液膜面积之积来计算。

3.计算钻头与地层岩石摩擦。

钻头与地层岩石之间的摩擦力主要取决于地层岩石的性质。

可以通过实验或者根据已有的钻井经验，估算出钻头与地层岩石之间的摩擦力。

摩擦力可以通过摩擦系数和钻头面积来计算。

4.综合计算摩阻扭矩。

将①、②、③步骤计算得到的摩阻力分别乘以对应的臂长，得到钻井液摩阻扭矩、钻杆与套管粘滞摩阻扭矩和钻头与地层岩石摩阻扭矩。

Power_Drive_Archer侧钻水平分支井应用分析

23随着渤海油田的大规模开发，部分简单的井在侧钻后可以使用马达或者常规旋转导向施工；部分大位移井使用马达无法控制轨迹，钻达预定靶点；部分井又由于设计造斜率较高，无法使用常规旋转导向施工。

因此渤海油田对高造斜率的旋转导向工具的需求已经摆在各大石油服务公司面前，斯伦贝谢公司推出的高造率工具PD-Archer，最高造斜率可以达到15°/30m。

本文概述了首次在渤海地区使用该工具侧钻水平分支井的情况。

绥中油田某井设计从2002米以89.99度的井斜贯穿301米水平段，方位36.05°，垂深1487.8m。

钻进至2551m，地质油藏发现储层物性变差，油层比设计垂深要上提4m。

为保证产量，提高采收率，决定悬空侧钻水平分支井，老井眼命名Ma井，新井眼命名Mb井。

决定使用斯伦贝谢公司的高造率工具PD-Archer（理论造斜率高达15°/30m），选择合适侧钻点进行悬空侧钻。

1 Ma 井简介1.1 井身结构井身结构见图1。

图1 M井身结构示意图Power Drive Archer侧钻水平分支井应用分析刘国飞中海油服油技塘沽作业公司天津 300459摘要：渤海绥中油田某井是一口水平井，为保证本井产量，油藏决定在原井眼的基础上侧钻分支井，原井眼命名Ma，新井眼命名Mb。

大多数分支井钻井使用常规的导向钻具，本井是渤海油田首次采用斯伦贝谢旋转导向工具PD-Archer进行水平分支井作业。

关键词：分支井水平井分支点悬空侧钻轨迹控制钻具组合表1 井身轨迹井深/m 井斜角/°方位角/°垂深/m E值/m N值/m 视平移/m 200289.536.051487.66-195.06519.32305.89201289.536.051487.75-189.17527.41315.89201989.9935.951487.78-184.75533.49323.41230389.9935.951487.82-18.24763.056071.2 井身轨迹井身轨迹见表1。

浅析水平井上部钻柱和底部钻具组合受力研究

浅析水平井上部钻柱和底部钻具组合受力研究摘要：水平井在钻井期间，钻柱产生的摩阻力给钻压传导性能带来直接影响，一般境地钻压比预定施加的钻压低，导致钻井工作效率变慢。

对钻压传导进行合理地分析，精准地计算井底钻压非常重要，是确保水平井钻进效率的必要条件。

本文给出了钻井液对钻柱轴向力的计算方法。

能够按照井口大钩荷载，算出井底的实际钻压，对水平井钻压传导的分析，以及指导钻井施工作业具有重要价值。

随着科技的发展，水平井在社会诸多领域得到广泛地推广。

然而，因受到特殊井眼轨迹的局限性，在非垂直段的钻进作业中，钻柱的摩阻给钻压传导造成了一定的阻碍，直接降低了钻井效率。

1983年，相关专家第一次建立了预测钻柱的拉力与扭矩的软杆模型。

五年后，研究人员根据大变形的相关原理，提出了混合模型。

上世纪末，马善洲等结合定向井的自身特征，提出了钻柱摩阻分段计算方法，并对底部钻具组合(BHA)与上部钻柱进行受力分析，研究了钻井液性能，如黏滞力，以及钻柱的刚性效应加以分析，构建了钻柱与钻具组合轴向力的计算方法，从而为水平井的钻井作业提供重要的技术支持，有利于提升钻井工作效率。

1钻井液对水平井的钻柱轴向力造成的影响水平井钻井过程中，钻柱轴向力除受到井壁或套管约束产生的摩阻力外，由于存在钻井液流体与钻柱的相对运动，钻柱轴向力还受到钻井液茹滞力的影响。

此外，若钻井液液柱压力与地层压力之间存在正压差，钻柱与井壁或套管接触后，该正压差也会形成一定的摩阻力而影响钻柱轴向力。

1.1钻井液的黏滞力钻井液的黏滞力与钻井液本身的性能具有密切关系。

一般情况下，钻柱中钻井液的黏滞力方向顺着轴向向下，环空钻井液的黏滞力方向顺着轴向向上，相关计算公式如下：为了精准地算出钻井眼内钻柱摩阻与轴向力分布情况，应在钻压传导分析过程中，进行以下假设：①井壁刚性；②钻柱和井壁有效地接触，钻柱的轴线和井眼的轴线相符；③计算钻柱单元体是空间斜平面的一段等曲率圆弧；④钻柱单元体受到的正压力、重力、钻井液黏滞力、摩阻力及压差均匀分布；⑤起下钻时的动载荷影响忽略不计。

钻柱扭摆钻井技术在大斜度井的应用探讨

钻柱扭摆钻井技术在大斜度井的应用探讨发表时间：2020-01-09T10:10:16.680Z 来源：《工程管理前沿》2019年第23期作者：李庆华[导读] 目前，在进行定向井和水平井钻井作业的过程中，其主要的钻井方式可以分为两种类型摘要：目前，在进行定向井和水平井钻井作业的过程中，其主要的钻井方式可以分为两种类型，一种是使用常规的旋转钻井技术，第二种是使用滑动式的钻井技术，这两种方法都是钻井作业的主要方式，且都具有成本较低的优点。

但是，两种方法都存在一定的缺陷，在使用常见旋转钻井技术的过程中，水平井钻井轨迹难以控制，在使用滑动式钻井技术时，井下非常容易出现脱压问题，使得钻杆上的压力无法传递到钻头上，进而使得钻井速度大大降低，钻井作业的效率也会受到一定的影响。

而钻柱扭摆钻井技术可以很好的克服两种钻井方式的缺陷，本次研究将从该种技术的控制系统选择出发，对其应用情况和应用效果进行介绍，为推动该种技术的进一步发展奠定基础。

关键词：定向井；水平井；钻柱扭摆钻井技术；应用效果本文针对钻柱扭摆钻井技术在水平井中的应用情况，结合该种技术的发展现状，首先从硬件部分、软件部分以及工作原理3个角度出发，对钻柱扭摆控制系统选择进行详细介绍，以某区域的水平井为例，对其应用情况和应用效果进行分析，为该种技术的进一步发展奠定基础。

1钻柱扭摆控制系统选择为了进一步提高水平井钻井作业的效率，同时，为了克服在水平井钻井作业过程中容易出现的各种问题，相关专家提出了钻柱扭摆钻井技术，该种钻井技术的控制系统可以选用Slid?er系统和ROCKIT系统，这是两种较为先进的控制系统，其中，Slider系统主要是通过控制顶驱的方式，使得定向井钻井作业的速度和轨迹得到控制，目前，该种控制技术已经得到了大面积的推广，在美国天然气井的钻探作业中，大约有超过800口气井采用了该种钻井方式，该种控制系统的应用效果相对较好，目前，的相关单位已经引进了该种控制技术，说明该种控制系统在已经有了应用基础，因此，本次研究将采用Slider控制系统。

侧钻井、侧钻水平井现场应用技术研究

（二）斜向器等开窗工具研制、开窗方法优选、优选侧钻水平井开窗工具
目前比较理想的斜向器性能参数为： 1、具有φ124mm弧面； 2、斜面夹角≤3º； 3、最大外径≤116mm； 4、具有自锁性能的斜向器固定机构； 5、送入钻压≥9KN；与之匹配的开窗铣锥性能参数为： 1、最大外径120mm； 2、最大外径稳定长度为300mm左右； 3、前端外径：φ80mm； 4、磨铣钻速：60rpm；磨铣钻压：5-10KN。
（二）斜向器等开窗工具研制、开窗方法优选、优选侧钻水平井开窗工具
2.3磨铣材料在钢体上的排列方式设计磨铣材料选用了方块和螺旋排列结合的排列方式。设计特点： 1）碎硬质合金是以尖角与套管接触的形式，易吃入套管体内，可以提高磨铣速度。 2）碎硬质合金设计为右螺旋的结构形式，螺旋升角较大，能连续接触套管和斜向器，工作平稳，不卡挂套管及斜向器，防止出现井下复杂事故。
（二）斜向器等开窗工具研制、开窗方法优选、优选侧钻水平井开窗工具
卡环机构
（二）斜向器等开窗工具研制、开窗方法优选、优选侧钻水平井开窗工具
1.3性能参数及结构原理性能参数：
序号 1 2 3 4 5 6 7
性能及参数工具最大外径
工具总长适用套管连接螺纹卡瓦动作钻压丢手丢开钻压
解脱力
139.7mm造斜器 115mm 5460mm
第四部分
研究内容
（一）根据油藏分布，进行侧钻水平井剖面设计
在设计轨迹时，在满足钻井目的的前提下，应尽可能选择比较简单的剖面类型，力求使设计的斜井深最短，以减少井眼轨迹控制的难度和钻井工作量，有利于安全、快速钻井，降低钻井成本。
（一）根据油藏分布，进行侧钻水平井剖面设计
1、侧钻点的选择 1）造斜点应选择在比较稳定的地层，避免在岩石破碎带、漏失地层、流砂层或容易坍塌等复杂地层，以避免出现井下复杂情况，影响侧钻施工。 2）应选在可钻性较均匀的地层，应避免在硬夹层定向造斜。 3）造斜点的深度应根据设计井的垂直井深、水平位移决定，并要考虑满足采油工艺的需要。设计垂深长应既充分利用原老进眼，又减少了裸眼钻进井段；若垂深短则会增加裸眼钻进长度及下固尾管技术难度。因此要综合考虑造斜点的深度，满足侧钻需要，实现少投入的侧钻目的。 4）选择造斜点位置应尽可能避开方位自然大的地层，以免影响侧钻设计方方位。

钻井过程中扭矩传感器的应用

钻井过程中扭矩传感器的应用研究摘要：在钻井过程中应用扭矩传感器，通过对扭矩参数的解释，能正确指导工程施工，提高录井技术和资料解释水平，有利于快速发现油气显示，能够提高钻井效率、确保安全钻井。

文章详细介绍了扭矩参数曲线的影响因素，扭矩参数曲线的形成过程，对不同的钻头事故形成了一般的判别规律。

abstract: in the drilling process, the torque sensor can guide construction through interpretation of the torque data, raise the level of logging technology and data interpretation, which is favorable for quickly identifying oil and gas shows, improving drilling efficiency and ensuring safe drilling. this article details the influence factor and formation process of the torque curve, forming general discrimination law for the different bit accident.关键词：钻井；扭矩传感器；扭矩曲线key words: drilling；torque sensors；torque curves0 引言降低钻井成本，保护和及时发现油气层，提高勘探效益，是井筒技术共同面临的课题。

过去由于种种原因，往往凭经验进行钻井过程控制，缺乏科学的依据，结果导致钻井工程事故不断发生，尤其在大斜度、大位移井和水平井的钻井过程中，钻井工程事故更是时有发生，其中以钻头事故最为常见，在一定程度上影响了资料的录取、解释及油气层的保护。

定向井、水平井钻柱力学分析与应用探讨

定向井、水平井钻柱力学分析与应用探讨1钻柱力学分析为建立定向井和水平井的力学模型体系，了解钻柱在水平井和定向井在井眼的实际状况，以理论研究为基础，从而假定了以下条件，钻柱为变截面的空心圆杆，钻柱为小的变形弹性体，定向井和水平井井眼的横截面的初始状况为圆形。

钻头所受到的弯矩系数为零。

钻柱以及定向井井壁接触看做弹性接触。

同时不考虑摩擦力的接触面形状的影响。

钻柱在进入了弯曲阶段接触井壁下侧时，弯曲段的井率与井眼具有同样的曲率，通过建立三位坐标体系明确定向井和水平井井眼轨迹以及钻柱变形。

定向井中钻柱与井壁产生接触时，在理论上可认为是弹性的，首先可按照赫兹问题计算井壁接触面上的正反力，而后将所得的数值乘上摩擦系数值，由此得出了摩擦反力。

根据实际的理论可得出，QN和QT也就是正压力和摩擦反力的计算公式：QN=%dG%] QT=fG%dG%]g3上述公式中，%]是井壁接触面中心处与井壁初始位置相对应的法向沉陷量，fG是井壁摩擦系数，QN与%]具有相反的方向，而与QT 则相互垂直，%dG的数值可通过下列计算公式得出：%dG=・K公式中E1和%e1这两个数值分别代表了杨氏模量和泊松比，K则为井壁接触地方的井壁以及杆柱表面在主曲率以及主曲率方向的系数。

井壁中的摩擦力在杆的表面上发生作用，在将摩擦力的效果点转移到杆的轴线上之后，相应油气井的井壁对钻杆发生的作用还具有一定的摩擦扭矩。

通过将相应的控制方程分析中可得知，为解开两个耦合的非线性常微分方程，可采用复变函数理论进行求解，同时还应结合逐次迭代法。

根据摩擦节点处的位移以及相应井段的转角条件、上下断电的边界条件以及力与力矩的平衡条件以及接触条件可求得相应控制方程的解。

进而求出钻柱不同层面上截面的内力。

通过公式分析可了解到定向井和水平井中的钻压为P3沿着横截面的发展方向的有效的体积作用力。

在通过控制方程求解得出微元段不同截面上的内力之后可求的各种内力的应力分量，而后可对钻柱的强度进行校准和核查。