钻柱力学计算

钻柱力学计算
一、不带工具接头的管材在斜井段临界弯曲力的计算：
式中：F c －临界弯曲力；lb ； E －杨氏模量，30 ⨯1000000 psi(钢材)； I －管材的惯性矩， in 4；
W m －管材在钻井液中的重量，lb/in ； R －管材与井眼的径向间隙，in ； θ－井斜角，︒；
二、带工具接头的管材在斜井段临界弯曲力的计算：
式中：F c －临界弯曲力；lb ；
W A －管材在空气中的重量，lb/in ； I －管材的惯性矩， in 4；
A S －管材的横截面积，in 2；
M W －钻井液密度，lb/gal ；
D H －井眼直径，in ；
D TJ －工具接头外径，in ；
θ－井斜角，︒；
2
/1sin 2⎥⎦
⎤⎢⎣⎡∙∙∙⨯=R W I E F m c θ()2
/1sin 5.65550⎥⎦⎤⎢⎣⎡-∙-∙⨯=TJ H W A c D D M W I F θ()2216
ID OD A I S +=
三、摩擦扭矩的估算：
钻具在斜直井段的摩擦扭矩：
钻具在水平段的摩擦扭矩：
钻具在90︒的弯曲井段中，如果钻压<0.33W M R 则：
如果钻压>0.33W M R 则：
式中：T －斜井段中的摩擦扭矩，ft-lb; T H －在水平井段中未接触井底旋转时的摩擦扭矩， ft-lb; T O －在90︒弯曲造斜井段造斜时的摩擦扭矩，ft-lb; OD －旋转钻具的接头外径或钻铤外径，in; L －钻具长度，ft;
F －摩擦系数，在估算公式中取0.33; θ－井斜角，︒；
W m －管材在钻井液中的重量，lb/in ； R －总的造斜曲率半径，ft;
WOB －钻压，lb 。

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sin θ
∙∙∙∙=F L W OD T M 72L
W OD T M H ∙∙=
72R
W OD T M o ∙∙=
()R W WOB OD R W OD T M M D 33.04672-+∙∙=
四、钻具阻力计算：
a. 钻具下入时的阻力估算：
钻具在稳斜段中：
钻具在水平段中：
钻具在90︒弯曲造斜段：
式中：D －斜井段中的摩擦阻力，lb; D H －在水平井段中的摩擦阻力，lb; D B －在90︒弯曲造斜井段的摩擦阻力，lb; W m －钻具在钻井液中的重量，lb/in ； L －钻具长度，ft;
F －摩擦系数，在估算公式中取0.33; θ－井斜角，︒；
R －造斜曲率半径，ft;
WOB －钻压，lb 。

θ
sin ∙∙∙=F L W D M 3
/L W D M H ∙=[]WOB R W e WOB R W D M F M B +∙⨯=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡-∙⎥⎦⎤⎢⎣⎡+∙=2/69.0122π
b. 钻具上提时的阻力估算：
钻具在稳斜段中：
钻具在水平段中：
钻具在90︒弯曲造斜段：当F A <2.6 W m RF 或<0.88W m R 时：
当F A >0.88W m R 时：
式中：D －上提阻力，lb;
D H －在水平井段中的上提阻力，lb; D B －在90︒弯曲造斜井段的上提阻力，lb; W m －钻具在钻井液中的重量，lb/in ； L －钻具长度，ft;
F －摩擦系数，
θ－井斜角，︒；
F A －在曲率终点的轴向张力负荷，lb; OD －管材外径，in;
ID －管材内径，in.
θ
sin ∙∙∙=F L W D M 3
/L W D M H ∙=3
/R W D M B ∙=()
R W F R W D M A M B 88.069.03/-+=
五、弯曲钻具的曲率：
或：
式中：B BUL －弯曲管子的曲率，︒/100 ft; F －轴向负荷，lb;
D H －井眼直径，in ；
D TJ －工具接头外径，in ；
R －径向间隙值，
E －杨氏模量，30 ⨯1000000 psi(钢材)； I －管材的惯性矩， in 4；
EI
R F B BUL 2100
123.57⨯⨯⨯∙=()
I E D D F B TJ H BUL ∙-∙⨯=
17190;
2/)(TJ H D D R -=。