摩阻扭矩的计算
第6章钻柱摩阻计算
由上述三个方程式，可以解出C点的 轴向力Tc和对应井斜角αc 。 然后，C点以上按照“与上井壁接触” 计算；
计算时，C点代替公式中的2点；
C点以下按照“与下井壁接触”计算；
计算时，C点代替公式中的1点；
增斜井段的钻进摩扭
钻进过程的轴向力计算：
T1 T2 qm R(sin 2 sin 1 )
直线井段的摩阻摩扭计算
讲
已知条件：
钻柱重力： W qm L T W在轴向的分量：W W cos W在径向的分量：NW W sin 摩阻力：Fm NW f W f sin Fm是有方向的，
钻柱在泥浆中每米重力，qm ； 钻柱与井壁摩阻系数，f ； 钻柱直径do ； 钻柱长度ΔL ； 该段下端轴向力To ；
二维设计轨道的曲线形状：
推导公式只考虑前三种曲线：
摩阻计算的总设想
讲
给定钻头上的轴向力Tb 和钻头扭矩Mb ； 从下而上，一段一段地 进行计算轴向力：
下段的上端轴向力，就等 于上段的下端轴向力，不 过力的方向正好相反； 如此一直可以计算到井口；
摩阻力的计算，分段计 算。全井摩阻力等于各 段摩阻力之和； 摩扭的计算，也是分段 计算。全井摩扭等于钻 头扭矩再加上各段摩扭 之和；
接触情况不同，则计算 公式就不同。
增斜井段的摩阻
两种单一接触状况公式推导条件
左： 全段内与上井壁接触； 右： 全段内与下井壁接触； 分别推导两种接触条件下的计算公式。
讲
扭矩计算公式和单位
扭矩计算公式和单位扭矩（Torque）是描述物体受力旋转的能力，是力对物体产生的转动效果的量度。
扭矩的计算是由力和力臂（力作用的垂直距离）共同决定的。
扭矩的单位是牛顿米（N·m）或英尺磅（ft·lb），其中1牛顿米等于约0.7376英尺磅。
扭矩 = 力× 力臂× sin(夹角)其中，力臂是力作用的垂直距离，夹角是力作用力臂的夹角。
通常来说，力的单位是牛顿（N），力臂的单位是米（m），扭矩的单位是牛顿米（N·m）。
下面将分别介绍力、力臂和夹角的概念及其单位。
1.力的单位：牛顿（N）牛顿是国际单位制中力的单位，定义为1牛顿等于物体上施加1牛的力，使其产生1米/秒^2的加速度。
牛顿是依据牛顿第二定律建立的，表示质点在单位时间内改变动量的能力。
2.力臂的单位：米（m）3. 夹角的单位：弧度（rad）夹角是力作用力臂的夹角，通常使用弧度来表示。
弧度是一种平面角的度量单位，定义为半径相等的圆弧所对应的圆心角的弧长等于半径的弧度数。
弧度是无量纲的，不同于度，是物理学和数学中常用的单位。
在扭矩的计算中，夹角通常使用弧度表示，因为弧度可以更直接地用于角度的计算和三角函数的运算。
在实际应用中，有很多不同的扭矩计算公式和单位。
例如，在工程领域，常用的扭矩单位还包括千牛米（kN·m）、克力米（kg·m）等。
此外，扭矩也可以通过力臂和力矩的产品来计算，扭矩矩阵在机械运动学中有广泛的应用。
总结起来，扭矩的计算公式是扭矩 = 力× 力臂× sin(夹角)，力的单位是牛顿（N），力臂的单位是米（m），夹角的单位是弧度（rad）。
扭矩和功率的计算公式推导及记忆方法
扭矩和功率的计算公式推导及记忆方法一、扭矩的定义和计算公式推导：1.定义：扭矩是指物体受到力对其施加的转动效果。
一般来说，扭矩的大小与施加力的大小和作用点到轴的距离有关。
2.推导：以一个转动的刚体为例，设施加力的大小为F，作用点到轴的距离为r。
由于力的作用产生一个力矩，可以通过力矩的定义来推导扭矩的计算公式。
力矩的定义为：力矩 = 力× 距离× sin(夹角)，其中夹角为力和距离的夹角。
在这个例子中，力矩= F × r × sin(90°) = F × r。
因此，扭矩的计算公式为：τ=F×r，其中τ表示扭矩。
3.记忆方法：为了记忆扭矩的计算公式，可以将其简化为τ=F×r。
可以记忆"τ"表示扭矩，"F"表示施加的力，"r"表示力作用点到轴的距离。
二、功率的定义和计算公式推导：1.定义：功率是表示物体在单位时间内产生或消耗的能量。
一般来说，功率的大小与所做的功的大小和时间有关。
2.推导：以一个物体的功为例，设物体所做的功为W，所花费的时间为t。
根据功率的定义，功率等于单位时间内所做的功。
功率的定义为：功率=功÷时间。
在这个例子中，功率=W÷t。
因此，功率的计算公式为：P=W÷t，其中P表示功率。
3.记忆方法：为了记忆功率的计算公式，可以将其简化为P=W÷t。
可以记忆"P"表示功率，"W"表示做的功，"t"表示时间。
综上所述，扭矩和功率的计算公式分别为：τ=F×r和P=W÷t。
在记忆时，可以分别记忆"τ=F×r"和"P=W÷t"，其中"τ"表示扭矩，"F"表示施加的力，"r"表示力作用点到轴的距离，"P"表示功率，"W"表示做的功，"t"表示时间。
钻具摩阻与扭矩
1、管柱的摩阻和扭矩钻大位移井时，由于井斜角和水平位移的增加而扭矩和摩阻增大是非常突出的问题，它可以限制位移的增加。
管柱的摩阻和扭矩是指钻进时钻柱的摩阻和扭矩，下套管时套管的摩阻和扭矩。
（1)钻柱扭矩和摩阻力的计算为简化计算，作如下假设：*在垂直井段，钻柱和井壁无接触；*钻柱与钻井液之间的摩擦力忽略不计；*在斜井段，钻柱与井壁的接触点连续，且不发生失稳弯曲。
计算时，将钻柱划分为若干个小单元，从钻柱底部的已知力开始逐步向上计算。
若要知道钻柱上某点的扭矩或摩阻力，只要把这点以下各单元的扭矩和摩阻力分别叠加，再分别加上钻柱底部的已知力。
钻柱扭矩的计算在弯曲的井段中，取一钻柱单元，如图2—1。
该单元的扭矩增量为F r R M =∆（2—1）式中△M —钻柱单元的扭矩增量，N·mR —钻柱的半径，m ；Fr —钻柱单元与井壁间的周向摩擦力，N 。
该单元上端的扭矩为式中M j —从钻头算起，第j 个单元的上端的扭矩，N·m ；Mo —钻头扭矩（起下钻时为零），N?m ，△ M I —第I 段的扭矩增量，N.m 。
钻柱摩阻力的计算（转盘钻）转盘钻进时，钻柱既有旋转运动，又有沿井眼轴向运动,因此，钻柱表面某点的运动轨迹实为螺线运动。
在斜井段中取一钻柱单元，如图2-2。
图2中，V 为钻柱表面C 点的运动速度V t ，V r 分别为V 沿钻柱轴向和周向的速度分量；F 为C 点处钻柱所受井壁的摩擦力，其方向与V 相反；Ft ，Fr 分别为F 沿钻柱轴向和周向的摩擦力的分量，即钻柱的轴向摩擦力和周向摩擦力。
由图2-2VV F V F r ts t t 22/+=(2-3) V V F V F r t s r r 22/+=(2-4)F s =fN(2-5)式中F S —钻柱单元的静摩擦力，N ；f —摩擦系数；N —钻柱单元对井壁的挤压力，N 。
[])sin ()22sin (θθθφW T T N +∆+∆=(2-6) 式中T —钻柱单元底部的轴向力，N ；W —钻柱单元在钻井液中的重量，N ；θ,△θ,Δφ—钻柱单元的井斜角，井斜角增量。
大位移井摩阻_扭矩预测计算新模型1
文章编号:1000-7393(2006)06-0001-03大位移井摩阻/扭矩预测计算新模型*宋执武1高德利1马健2(1.中国石油大学石油与天然气工程学院,北京102249;2.长庆油田公司采油一厂,陕西延安716000)摘要:井下摩阻/扭矩预测是大位移井钻井成功的关键技术之一。
常用的预测模型大都忽略了井眼的间隙,因此无法判断钻杆接头和本体与井壁的接触情况。
通过假设井壁对钻柱的支承点按一定的间隔分布,将钻柱在支承点处断开,相邻两断点间的钻柱作为一跨,根据加权余量法在每一跨内计算出钻柱的转角与弯矩的关系;根据相邻两跨在断开点处的转角相同,求出弯矩的迭代方程;再由已知的边界条件计算出各点的弯矩;进而计算出各支承点处支反力的大小和方向,根据这一方向逐渐调整钻柱在井眼中的位置;推导出一套新的没有忽略井眼间隙的摩阻与扭矩计算公式。
新模型能够计算出钻柱与井壁的接触情况,为合理的确定减扭接头或钻杆保护器等工具在钻柱上的安放位置提供更准确的依据。
关键词:大位移井;摩阻;扭矩;加权余量法中图分类号:TE22文献标识码:A大位移井具有长水平位移、大井斜角以及长裸眼稳斜段的特点。
大位移井钻井过程中的摩阻/扭矩的预测和控制是成功实施大位移井的关键和难点所在。
摩阻扭矩分析是大位移井轨道优化设计的基础,是选择合理的钻井和下套管工具的前提。
在实钻速,通过预测值和实测值的对比,可以了解井下的情况。
所以建立一个符合实际情况的,正确合理的摩阻扭矩计算模型是很有意义的。
国内外有多篇文献对摩阻/扭矩计算模型进行过研究[1-12],但这些模型大都忽略了井眼的间隙,即假设钻柱与井壁处处接触,因此无法判断钻杆的接头和本体与井壁的真实接触情况。
笔者根据加权余量法和三弯矩方程法的思想,推导出一套新的摩阻与扭矩计算公式,该套公式没有忽略井眼的间隙。
在分析中采用如下基本假设:(1)井壁对管柱呈刚性支承;(2)管柱与井壁的摩擦为滑动摩擦;(3)忽略管柱的动力效应。
摩阻扭矩计算公式
摩阻扭矩计算公式摩阻扭矩是指机械设备在运动过程中受到的摩擦阻力而产生的扭矩。
摩擦阻力是由于机械设备各部分之间相对运动时产生的接触面之间的接触力所引起的。
摩阻扭矩的大小取决于接触力大小以及接触面之间的摩擦系数。
对于旋转设备来说，摩阻扭矩的计算公式可以通过以下几个方面进行考虑：1. 定义摩阻扭矩：摩阻扭矩（T_friction）可以定义为运动系统中由于摩擦而引起的扭矩，它等于摩擦力（F_friction）乘以摩擦半径（r_friction）。
T_friction = F_friction * r_friction2.摩擦力的计算：摩擦力是指接触面之间产生的阻力，其大小与接触面之间的接触力成正比。
接触力一般可通过牛顿第二定律来计算，即接触力等于物体的质量乘以加速度。
F_friction = m * a3.静摩擦力与动摩擦力：在计算摩擦力时需要区分静摩擦力和动摩擦力。
静摩擦力是指两个相对运动的物体之间还没有发生相对滑动时所产生的摩擦力；而动摩擦力是指在两个相对运动的物体之间已经发生相对滑动后所产生的摩擦力。
静摩擦力与物体之间的相对滑动趋势有关，在滑动趋势达到最大值时，静摩擦力变为动摩擦力。
4.摩擦半径的计算：摩擦半径是接触面上产生摩擦力的垂直距离。
具体的计算方法取决于接触面的形状和几何构造。
一般来说，圆柱接触面的摩擦半径等于接触面半径；平面接触面的摩擦半径等于接触面宽度的一半；球面接触面的摩擦半径等于球半径的正弦值乘以接触面半径。
根据上述理论和计算方法，可以结合具体的机械设备情况进行摩阻扭矩的计算。
需要注意的是，在实际应用中，摩阻扭矩的计算可能还需要考虑一些其他因素，如温度、润滑情况以及材料特性等。
因此，在实际应用中，可能需要使用更加精确和细致的模型和方法来计算摩阻扭矩。
总之，摩阻扭矩的计算公式可以通过摩擦力与摩擦半径的乘积来表示。
摩擦力的大小取决于接触力和摩擦系数，而摩擦半径的计算则需根据接触面的形状和几何构造进行计算。
石油钻井管柱摩阻扭矩计算
n Do arctan 60Va cos、 c sin a
5.3 摩阻扭矩计算的一般步骤
• 收集数据，包括：井眼轨迹测斜数据（设计轨道为分点计算数 据）、管柱组合数据（各段长度、外径、内径、接头外径、扶正 器外径、每米重量等）、泥浆密度、钻压、转速、套管下深、摩 阻系数、井眼直径等； • 将管柱组合划分为若干个微元或单元。对于软模型（或硬模型）， 可以将一个测段划成一个微元；若一个测段内管柱参数不一样， 则需要将不同的管柱分成不同的微元；对于有限元模型，需要划 分成若干个单元，单元长度不能相差太大。 • 采用摩阻扭矩递推计算公式求解，或采用有限元法求解。
T2 F W
2
5.2.4 管柱微元正压力计算
• 解上述方程组并化简，则有：
1 o R
en T1 N eb et
T2
N
Nn Nb
2
2
F
W
2 W n 2T2 W t sin W b 2
2
2
5.2.5 摩阻扭矩计算递推公式
• 按下式递推算出各段摩阻扭矩： F ：微元摩阻力，N ；
不同工况下 摩阻扭矩计算递推公式
（3）滑动钻进工况
• 管柱在井眼中仅有轴向运动，可以按下钻工况处理。
F N 最下面的单元管柱下端的轴向力T2=－WOB T1 T2 Wt F
（4）旋转钻进工况
• 管柱在井眼中有轴向运动和转动，可以按正划眼工况处理。
F a N T1 T2 Wt F M N D 2 c o
石油钻井管柱的摩阻扭矩计算
5.1 摩阻扭矩计算概述
随着水平井、大位移井等大斜度定向井的出现，摩阻扭 矩问题逐渐被人们认识和重视。 大斜度井的突出特点是水平位移较大，且大部分井段井 斜超过60°，这使得在钻进、起下钻和下套管等作业过 程中摩阻扭矩问题非常突出。
转动时的摩擦力矩计算公式
转动时的摩擦力矩计算公式在物体转动的过程中，摩擦力矩是一个非常重要的物理量，它可以影响物体的转动速度和转动方向。
摩擦力矩的大小取决于物体的摩擦系数和受力臂的长度，而摩擦力矩的方向则取决于物体的转动方向和摩擦力的方向。
在本文中，我们将探讨转动时的摩擦力矩计算公式，并且讨论一些与摩擦力矩相关的实际应用。
首先，让我们来看一下转动时的摩擦力矩的计算公式。
在物体转动的过程中，摩擦力矩可以通过以下公式来计算：\[M_f = r \times F_f\]其中，\(M_f\)代表摩擦力矩，\(r\)代表受力臂的长度，\(F_f\)代表摩擦力。
这个公式告诉我们，摩擦力矩的大小取决于受力臂的长度和摩擦力的大小。
当受力臂的长度增加或者摩擦力的大小增加时，摩擦力矩也会增加。
另外，摩擦力矩的方向可以通过右手定则来确定。
右手定则告诉我们，当右手的四指指向受力臂的方向，而拇指指向摩擦力的方向时，拇指的方向就是摩擦力矩的方向。
这个定则可以帮助我们确定摩擦力矩的方向，从而更好地理解物体转动时的情况。
在实际应用中，摩擦力矩有着广泛的应用。
例如，在机械工程中，摩擦力矩可以影响机械装置的转动速度和转动方向。
工程师们可以通过计算摩擦力矩来确定机械装置的性能，并且设计合适的零件来减小摩擦力矩，从而提高机械装置的效率和可靠性。
此外，在物理实验中，摩擦力矩也是一个重要的物理量。
通过测量摩擦力矩的大小和方向，学生们可以更好地理解物体转动的规律，并且掌握一些重要的物理概念和实验技巧。
总之，转动时的摩擦力矩计算公式可以帮助我们更好地理解物体转动的规律，并且在实际应用中发挥重要作用。
通过学习摩擦力矩的计算公式和相关的物理概念，我们可以更好地理解物体转动的规律，并且在工程设计和物理实验中应用这些知识。
希望本文对您有所帮助，谢谢阅读！。
水平井摩阻扭矩的分段计算方法
水平井摩阻扭矩的分段计算方法许亮;杨红;余海棠;王迪东;金永辉【摘要】本文根据水平井的轨道设计、管柱与井壁接触和受力特点,利用分段计算方法,建立水平井管柱摩阻扭矩计算模型.根据水平井的轨道,采用三维纵横弯曲梁模型,计算处于增斜段管柱的摩阻扭矩;采用修正软模型,求解处于直井段、稳斜段、水平段管柱的摩阻扭矩;并考虑管柱屈曲的影响,建立适合水平井的摩阻扭矩三维分段计算模型.利用该模型,对现场实际问题进行计算,结果表明,该模型计算精度较高,可为现场实践应用提供技术参考.【期刊名称】《内蒙古石油化工》【年(卷),期】2015(000)019【总页数】4页(P40-43)【关键词】水平井;摩阻扭矩;分段计算;纵横弯曲梁;修正软模型【作者】许亮;杨红;余海棠;王迪东;金永辉【作者单位】延长油田股份有限公司开发部,陕西延安716000;延长油田股份有限公司开发部,陕西延安716000;延长油田股份有限公司开发部,陕西延安716000;延长油田股份有限公司开发部,陕西延安716000;延长油田股份有限公司开发部,陕西延安716000【正文语种】中文【中图分类】TE243+.1目前，随着非常规油田、西部油田的开发，水平井、大位移井等钻井技术不断发展并被广泛应用，但是制约这种技术发展的问题也日益突出，管柱的摩阻扭矩是其中关键问题之一。
同时，管柱的摩阻扭矩也是管柱力学研究的基本问题之一，在指导钻柱、套管柱刚度设计和下入施工中有极为重要的意义。
其计算模型在钻井过程的三个阶段中是非常重要的，设计阶段，为了减小摩阻扭矩值，模型被用来优化井眼轨迹；钻进过程中，结合现场的实时监测，模型在预测井眼的清洁、可能发生的卡钻等问题是非常有效的；完井阶段，模型被用于分析套管柱下入通畅与否。
对于摩阻扭矩的研究，国内外学者［1］一般都假设管柱为一“软绳”，忽略了弯矩（也即刚度）引起的对轴向力、接触力和摩阻力的影响。
在考虑了轴向力和重力的作用下，给出了单元管柱与井壁接触力正压力的计算公式。
水平井钻柱摩阻
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 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 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。
摩阻扭矩计算
摩阻扭矩的计算
5. 软模型的管柱微元
正压力计算
• 解上述方程组并化简， 则有：
N Nn2 Nb2
2T2
Wt
sin
2
Wn
2
Wb2
o
T1
1 R N
T2 FW
2
en eb
et
摩阻扭矩的计算
6. 软模型的摩阻扭矩计算递推公式
• 有了接触正压力计算公式，就可以按下式递推算出
各段摩阻扭矩大小： F ：微元摩阻力，N ；
起 钻
F N a
T1 T2 Wt F
取 M N c Do 2
正；
下 钻 取 负
aarctacnos60nVDa o c sin
M ：微元摩扭矩，N-m ；
N ：微元接触正压力，N ；
：摩擦系数；
a ：微元轴向摩阻系数分量； c ：微元切向摩阻系数分量；
T1 ：微元上端轴向力，N ； T2 ：微元下端轴向力，N； Do ：管柱外径，m； n：微元转速，rpm
受力分析
• 根据管柱微元的合力在 三个坐标方向上均为零 列平衡方程，则有：
T1 cos / 2 T2 cos / 2 F Wt
N
n
T1
sin
/
2 T2
sin
/
2 Wn
Nb Wb
上述方程组中有3个独立未知数T1，Nn, Nb，3个方程3个未知数，故可以求解。
o
T1
1 R N
T2 FW
2
en eb
摩阻扭矩的计算
2. 软模型的假设条件
• 管柱类似于软绳，其刚性很小，可以忽略； • 管柱与井眼轴线形状完全一致，且与井壁连续接触； • 井壁为近似刚性的； • 忽略管柱和井眼局部形状如钻杆接头、扶正器、井径
电机摩擦力矩 计算
电机摩擦力矩的计算
电机摩擦力矩是指电机在不带负载的情况下，由于摩擦和轴承阻力引起的阻碍电机旋转的力矩。
计算方法：
1. 直接测量法
使用扭矩传感器或测力计直接测量电机在无负载时的力矩。
2. 电流法
•测量电机在无负载时的电流I₀。
•已知电机绕组电阻 R。
•利用欧姆定律计算电机在摩擦力矩下的电功率：P = I₀²R
电机摩擦力矩：T = P / 2πn
其中： * T：摩擦力矩（Nm） * P：电功率（W） * n：电机转速（rpm）
3. 转动惯量法
•确定电机的转动惯量 J（kg·m²）。
•使用自由惯性旋转法测量电机在无负载时的转速n₁ 和n₂。
•利用角加速度公式计算摩擦力矩：T = J(n₁² - n₂²) / (t₂ - t₁)
其中：* t₁ 和t₂：两次转速测量的时刻（s）
其他影响因素：
•轴承类型：滚动轴承摩擦力矩较小，滑动轴承摩擦力矩较大。
•轴承润滑：良好润滑可以减少摩擦力矩。
•电机尺寸和速度：电机越大，速度越快，摩擦力矩越大。
•温度：温度升高会增加摩擦力矩。
注意：
•摩擦力矩因电机类型和工作条件而异。
•摩擦力矩在电机设计和性能评估中是一个重要的参数。
•定期维护和润滑可以帮助减少电机摩擦力矩。
钻具的受力分析
五、水平井钻具的受力分析水平井钻具的受力分析是一个比较复杂的力学问题，在水平井摩阻与扭矩分析和计算的基础上，我们可以定性的分析在一定井眼条件和一定钻井参数情况下，不同钻具组合对井眼轨迹控制的能力。
钻柱与井壁产生的摩阻和扭矩, 用滑动摩擦理论计算如下:Ｆ ＝μ×ＮＴr ＝μ×Ｎ×Ｒ式中:Ｆ 一 摩擦力μ 一 摩擦系数Ｎ 一 钻柱和井壁间的正压力Ｒ 一 钻柱的半径Ｔr 一 摩擦扭矩从上式可以看出，μ 和 N 是未知数，通过大量现场数据的回归计算求出：μ＝0.21（钻柱与套管）μ＝0.28～0.3（钻柱与裸眼）同时我们对正压力也进行了分析和计算。
1、 正压力大小的计算(1) 弯曲井眼内钻具重量和井眼曲率引起的正压力Ｎ1现有的摩阻和扭矩计算模式是根据"软绳"假设建立起来的，即钻具的刚度相对于井眼曲率可忽略不计．设一弯曲井眼上钻柱单位长度的重量为Ｗ，两端的平均井斜角为Ｉ，两端的平均方位角为 A 。
如果假定Ｙ轴在垂直平面内,•Ｘ轴在侧向平面内,把Ｎ1沿Ｘ和Ｙ轴分解,则: Ｎ1y=Ｔ×sin Ｉ + Ｗ×sin ＩＮ1x=Ｔ×sin Ａ×sin Ｉ(2) 钻柱弯曲产生的弯曲正压力Ｎ2钻柱通过弯曲井段时,由于钻柱的刚性和钻柱的弯曲,便产生了一种附加的正压力Ｎ2。
如图所示:Ｒ ＝ 18000/Ｋ/pi (m)Ｌ ＝ Ｒ×2×ΦΦ ＝ 2×Ｌ/ＲＬ1 ＝ 2×Ｒ×sin Φ (m)根据力学原理:Ｍ ＝ Ｅ×Ｉm ×Ｋ/18000*piＭ ＝ Ｎ2×(Ｌ1/2)-Ｔ×Ｌ1×sin Φ则有:Ｎ2 ＝ 2×Ｔ×sin Φ +2×Ｅ×Ｉm ×Ｋ/1719×Ｌ1这里:Ｋ － 井眼曲率 (°/100米)Ｌ － 井段长度 (米)Ｌ1 － Ｌ的直线长度 (米)IA T SINi w I T N sin sin )sin (1⨯⨯+⨯+⨯=Ｎ2 －附加正压力 (KN)Ｅ－弹性模量 (KN/m)Ｉm －截面惯性矩 (m^4)2、摩擦系数的确定在设计一口水平井时,我们可以利用邻井摩擦系数来预算摩阻和扭矩。
第4章 管柱的摩阻扭矩计算
第4章管柱的摩阻扭矩计算●摩阻扭矩计算概述●摩阻扭矩计算的软模型●摩阻扭矩计算的一般步骤一、摩阻扭矩计算概述●随着水平井、大位移井等大斜度定向井的出现，摩阻扭矩问题逐渐被人们认识和重视；●大斜度井的突出特点是水平位移较大，且大部分井段井斜超过60°，这使得在钻进、起下钻和下套管等作业过程中摩阻扭矩问题非常突出；●摩阻扭矩过大，轻则会增加施工难度，延长钻井作业时间，重则使钻井作业无法进行，导致井眼提前完钻或报废。
1. 摩阻扭矩的主要危害●钻柱起钻负荷很大，下钻阻力很大；●滑动钻进时加不上钻压，钻速很低；●旋转钻进时扭矩很大，导致钻柱强度破坏；●钻柱与套管摩擦，套管磨损严重，甚至被磨穿；●套管下入困难，甚至下不到底。
2. 摩阻扭矩计算的主要模型●现有的摩阻扭矩计算模型主要有三种，软模型、硬模型和有限元模型；●不管哪种计算模型其核心都是通过合理地假设以便求出管柱与井壁的接触正压力，从而求出摩阻扭矩；●软模型和硬模型都假设管柱与井眼轴线形状一致，且与井壁连续接触，虽然硬模型考虑了管柱的刚性对摩阻扭矩的影响，但其计算精度有时还不如软模型，因为管柱刚性与“管柱与井眼轴线形状一致”是不符合实际情况的；●有限元模型假设与实际很接近，精度高，但计算困难。
二、摩阻扭矩计算的软模型1. 软模型的基本假设●管柱类似于软绳，其刚性很小，可以忽略；●管柱与井眼轴线形状完全一致，且与井壁连续接触；●井壁为近似刚性的；● 忽略管柱和井眼局部形状如钻杆接头、扶正器、井径扩大等对摩阻扭矩的影响； ● 忽略钻柱动态因素的影响。
2. 软模型的计算思路● 根据井眼轨迹测斜数据或分点计算数据将管柱分为相应的计算单元(微元)；● 对于每个微元来说，它的单位长度的浮重是已知的，只要知道微元的下端轴向力就可以计算出该微元的接触正压力、摩阻摩扭和上端轴向力；● 最下面一个微元的下端轴向力就是钻压或为零，这样自下而上逐个微元进行计算就可以计算出整个管柱的摩阻扭矩和大钩载荷。
教学媒体5-摩阻扭矩
大位移井套管下入方法
9全掏空下套管：整个套管柱在下入过程中不灌钻井液。 9常规漂浮法：套管柱下部灌钻井液，上部掏空。 9常规下入法：边下边灌钻井液推动套管下入。 9采用同钢级壁厚不等的套管柱：在满足抗挤条件下，下 部采用壁厚较薄的套管，上部采用壁厚较厚的套管。 9尾管加重下推完井管柱结构及下入技术：利用钻铤、加 重钻杆等增大轴向力，直至把尾管送到预定位置。 9使用漂浮接箍：下部套管掏空，上部灌钻井液。
套管浮箍浮鞋可以采用 常规的浮箍浮鞋。但为满足 在遇阻利用套管”钻进”的要 求，浮鞋则可使用特殊设计 的有划眼功能的钻式浮鞋。 (REAMERhansick模型）
优点： （1）开创了定向井钻柱拉力—扭矩研究的新局面，为 改进井身剖面、校核和设计钻柱及现场事故诊断和预 测等开创了理论基础。 （2）该模型简单，在有些情况下具有较高的精度。 不足： （1）不能考虑钻柱刚度，在狗腿度大时会低估钻柱的 侧向力，从而低估扭矩和轴向阻力，或对摩擦系数估 算过高。 （2）没有考虑钻柱的运动状态对钻柱的拉力和扭矩的 影响，经常出现谬误。
摩阻计算问题
3．何华山模型（硬模型）
1988年何华山以大变形理论为基础，考虑钻柱的刚度、 井眼曲率、挠率，提出了改进的拉力-扭矩计算模型：
⎧ dM t ⎪ ds = fro N ⎪d r r 2 ⎪ (T + M b / 2 EI ) − fN + qg • t = 0 ⎪ ds ⎨ 2 r r d ⎪− M b + K n (K b M t + K n M b ) + TK b + N n + qg •n = 0 2 ⎪ ds ⎪ d r r dM b + N b + qg • b = 0 ⎪ − (K b M t + K n M b ) − K n ds ⎩ ds
扭矩计算方法范文
扭矩计算方法范文
扭矩是物体在力的作用下绕固定轴旋转时产生的力矩。
在物理学中，
扭矩的计算方法可以通过以下几种方式进行。
1.扭矩计算公式：
扭矩（T）等于力（F）乘以力臂（d）。
T=F*d
-力（F）：力的大小，单位为牛顿（N）。
-力臂（d）：力作用点到旋转轴的垂直距离，单位为米（m）。
2.弯曲强度：
扭矩还可以通过材料的弯曲强度计算得出。
材料的弯曲强度是材料在
承受扭矩时变形发生的临界点，超过这个临界点材料就开始产生塑性变形。
3.转矩：
在机械工程中，扭矩也可以称为转矩。
在旋转机械中，转矩是指机械
输出的力矩，通常用力臂与力的乘积来表示。
转矩（M）等于力（F）乘以力臂（d）。
M=F*d
4.单位换算：
在扭矩的计算中，常用的单位是牛顿米（N·m）或者英尺磅（ft·lb）。
有时还会用到其他单位，如千牛顿米（kN·m）或千瓦（kW）。
5.力偶：
力偶是由两个大小相等、方向相反、作用线不同的力组成。
力偶的大小等于其中一个力的大小乘以力臂的长度。
力偶（F）等于力（F1）乘以力臂（d）。
F=F1*d
综上所述，扭矩的计算方法，主要是利用扭矩公式，即T = F * d，其中力（F）可以是单个力或者力偶，力臂（d）是力作用点到旋转轴的垂直距离。
除此之外，还可以根据材料的弯曲强度来计算扭矩。
扭矩的单位常用牛顿米（N·m）或者英尺磅（ft·lb），也可以进行单位换算。
C05 扭拘和摩阻
第五章扭矩和摩阻引言扭矩与摩阻是由于钻柱与井壁之间的摩擦所引起的。
扭矩是指使钻柱在井眼中旋转所施加的旋转力。
摩阻是指钻柱在井眼中起下钻的过程中所附加的力，在大位移井和水平井作业中，由于摩擦力可以减少打擦边井的可能性，因此，搞清形成这些力的因素，以及如何将其降低到最小，这是非常重要的。
在钻井设计过程中，为了使钻井作业取得成功，对于扭矩和摩阻的计算，将会影响到可能出现的井眼几何形状，及象技术规范所要求的那种擦边井。
过大的扭矩和摩阻可能会造成许多问题，包括：钻具扭断钻具失速井下脱扣高卸扣扭矩卡钻上提遇阻划眼受阻通常，扭矩和摩阻不但可以作为钻井过程中出现问题的参考依据，而且，也可以利用它们来监测井眼状况。
在钻井过程中，应时刻注意监测扭矩和摩阻的变化，这可用来优化钻井作业，并且还可为可能存在的一些潜在的问题提供征兆，例如：压差卡钻井内键槽井眼清洁恶化井眼失稳井内台肩影响扭矩和摩阻的因素影响扭矩和摩阻的因素有：∙井壁作用力∙接触面的性质（如接触面的类型和粗糙度）∙泥浆润滑性∙井眼的稳定性∙井眼的净化井壁作用力井壁作用力是推动钻柱或井下钻具贴近井壁的一个有效作用力，这个力越大，扭矩和摩阻值也越高。
之所以会有这样的结果，主要是由于井眼倾斜和狗腿附近存在张力。
井眼倾斜随着井眼倾斜度的增加，井壁所支撑钻柱的重量越多，这就是为什么在高井斜角井和大位移井中，其扭矩和摩阻值比在直井中更大。
狗腿附近的张力在张力作用下，由于钻柱本身倾向于拉伸自己，因此，它被引向狗腿一方，这些狗腿可能是钻进中有意造成的，或者是在降斜段形成的，或者是无意弯曲形成的。
有些井壁作用力是由于在井眼弯曲段，钻柱弯曲所产生的。
许多计算表明，这些力比上面所描述的那种井壁作用力更小，即使对刚性钻铤来说，也是这样。
钻柱的重量对井壁作用力也会产生一些影响，特别是在水平井中，重力的作用使钻具贴近井眼低边。
因此，如果使用重量轻一点的钻具，将有助于减少这些作用力。
接触面的性质由于光滑的接触面比粗糙接触面所产生的扭矩更小，因此，套管井比裸眼井所产生的摩擦力要小。
扭矩的含义 扭矩的计算公式和单位
扭矩的含义扭矩的计算公式和单位扭矩是什么：扭矩是使物体发生转动的力。
发动机的扭矩就是指发动机从曲轴端输出的力矩。
在功率固定的条件下它与发动机转速成反比关系，转速越快扭矩越小，反之越大，它反映了汽车在一定范围内的负载能力。
扭矩和功率一样，是汽车发动机的主要指数之一，它反映在汽车性能上，包括加速度、爬坡能力以及悬挂等。
它的准确定义是：活塞在汽缸里的往复运动，往复一次做有一定的功，它的单位是牛顿。
在每个单位距离所做的功就是扭矩了。
是这样的，扭矩是衡量一个汽车发动机好坏的重要标准，一辆车扭矩的大小与发动机的功率成正比。
举个通俗的例子，比如，像人的身体在运动时一样，功率就像是身体的耐久度，而扭矩是身体的爆发力。
对于家用轿车而言，扭矩越大加速性越好;对于越野车，扭矩越大其爬坡度越大;对于货车而言，扭矩越大车拉的重量越大。
在排量相同的情况下，扭矩越大说明发动机越好。
在开车的时候就会感觉车子随心所欲，想加速就可加速，贴背感很好。
现在评价一款车有一个重要数据，就是该车在0-100公里/小时的加速时间。
而这个加速时间就取决于汽车发动机的扭矩。
一般来讲，扭矩的最高指数在汽车2000-4000/分的转速下能够达到，就说明这款车的发动机工艺较好，力量也好。
有些汽车在5000/分的转速左右才达到该车扭矩的最高指数，这说明力量就不是此车所长。
扭矩在物理学中就是力矩的大小，等于力和力臂的乘积，国际单位是牛米Nm，此外我们还可以看见kgm、lb-ft这样的扭矩单位，由于G=mg，当g=9.8 的时候，1kg=9.8N，所以1kgm=9.8Nm，而磅尺lb-ft则是英制的扭矩单位，1lb=0.4536kg;1ft=0.3048m，可以算出1lb-ft=0.13826kgm。
在人们日常表达里，扭矩常常被称为扭力(在物理学中这是2个不同的概念)。
现在我们举个例子：8代Civic 1.8 的扭矩为173.5Nm@4300rpm，表示引擎在4300 转/分时的输出扭矩为173.5Nm，那173.5N 的力量怎么能使1 吨多的汽车跑起来呢?其实引擎发出的扭矩要经过放大(代价就是同时将转速降低)这就要靠变速箱、终传和轮胎了。
转动的摩擦力矩计算公式
转动的摩擦力矩计算公式在物理学中，摩擦力矩是指在物体转动时由于摩擦力而产生的力矩。
摩擦力矩的大小取决于物体的摩擦系数和受力点到转轴的距离。
在工程和物理学中，我们经常需要计算物体受到的摩擦力矩，以便设计和分析各种机械设备和结构。
本文将介绍转动的摩擦力矩的计算公式及其应用。
转动的摩擦力矩计算公式如下：\[ M_f = r \cdot F_f \]其中，\( M_f \) 是摩擦力矩，单位为牛顿·米（N·m）；\( r \) 是受力点到转轴的距离，单位为米（m）；\( F_f \) 是摩擦力的大小，单位为牛顿（N）。
在实际应用中，摩擦力矩的大小取决于摩擦系数和受力点到转轴的距离。
摩擦系数是描述两个物体之间摩擦程度的物理量，通常用 \( \mu \) 表示。
不同材料之间的摩擦系数不同，通常需要通过实验或者文献资料来确定。
受力点到转轴的距离是指受到摩擦力的点到物体转轴的距离，通常用 \( r \) 表示。
在实际工程中，我们经常需要计算物体受到的摩擦力矩，以便设计和分析各种机械设备和结构。
下面将通过几个实际例子来说明摩擦力矩的计算及其应用。
例一，转轴上的风扇叶片。
假设有一个风扇叶片，叶片的长度为0.5米，叶片上受到的风力为10牛顿。
假设叶片与轴之间的摩擦系数为0.2，我们需要计算叶片受到的摩擦力矩。
根据上面的公式，摩擦力矩等于受力点到转轴的距离乘以摩擦力的大小。
受力点到转轴的距离为0.5米，摩擦力的大小为10牛顿，摩擦力矩为0.5米乘以10牛顿，即5牛顿·米。
例二，车辆制动。
在汽车制动系统中，制动盘受到刹车片的摩擦力而产生转动的摩擦力矩。
假设一辆汽车的制动盘的半径为0.2米，刹车片对制动盘的摩擦系数为0.3，汽车在制动时受到的刹车力为200牛顿，我们需要计算制动盘受到的摩擦力矩。
根据上面的公式，摩擦力矩等于受力点到转轴的距离乘以摩擦力的大小。
受力点到转轴的距离为0.2米，摩擦力的大小为200牛顿乘以0.3，即60牛顿·米。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4. 软模型的管柱微元
受力分析
• 将重力向随动坐标系三 个坐标轴方向上分解， 则有： cos 2 cos1 Wt W 2 cos / 2 cos 2 cos1 Wn W 2 sin / 2 sin1 sin 2 sin Wb W sin
起 钻 取 正； 下 arctan n Do 60Va 钻 取 a cos 负 sin
c
摩阻扭矩的计算
7. 软模型摩阻扭矩计算一般步骤
• 收集数据，包括：井眼轨迹测斜数据（对于设计轨 道来说是其分点计算数据）、管柱组合数据（包括 各段长度、外径、内径、接头外径、扶正器外径、 每米重量等）、泥浆密度、钻压、转速、套管下深、 摩阻系数、井眼直径等； • • 将管柱组合划分为若干个微元； 采用摩阻扭矩递推计算公式求解。
① 根据井眼轨迹测斜数据或分点计算数据将管柱分为 相应的计算单元(微元)； ② 对于每个微元来说，它的单位长度的浮重是已知的， 只要知道微元的下端轴向力就可以计算出该微元的 接触正压力、摩阻摩扭和上端轴向力； ③ 最下面一个微元的下端轴向力就是钻压或为零，这 样自下而上逐个微元进行计算就可以计算出整个管
摩阻扭矩的计算
黄根炉 2011.4
摩阻扭矩的计算
1. 主要模型
• 根据是否考虑管柱刚性力可将现有的摩阻扭矩计算模 型分为三种：软模型、硬模型和半软半硬模型； • 不管哪种计算模型其核心都是通过合理地假设以便求 出管柱与井壁的接触正压力，从而求出摩阻扭矩； • 相同的模型，采用不同的计算方法，需要的假设条件 也不一样，有的计算方法需要假设管柱与井眼轴线形 状一致，且与井壁连续接触；有的计算方法需要假设 管柱与井壁的接触位置；还有的计算方法需要的假设 较少。
摩阻扭矩的计算
2. 软模型的假设条件
• 管柱类似于软绳，其刚性很小，可以忽略； • 管柱与井眼轴线形状完全一致，且与井壁连续接触； • 井壁为近似刚性的； • 忽略管柱和井眼局部形状如钻杆接头、扶正器、井径 扩大等对摩阻扭矩的影响； • 忽略钻柱动态因素的影响。
摩阻扭矩的计算
3. 软模型的计算步骤
2
2
摩阻扭矩的计算
6. 软模型的摩阻扭矩计算递推公式
• 有了接触正压力计算公式，就可以按下式递推算出 各段摩阻扭矩大小： F ：微元摩阻力，N ；
F N a T1 T2 Wt F M N D 2 c o
M ：微元摩扭矩，N-m ； N ：微元接触正压力，N ； ：摩擦系数； a ：微元轴向摩阻系数分量； c ：微元切向摩阻系数分量； T1 ：微元上端轴向力，N ； T2 ：微元下端轴向力，N； Do ：管柱外径，m； n：微元转速，rpm Va：微元轴向速度，m/s
柱的摩阻扭矩和大钩载荷。
摩阻扭矩的计算
4. 软模型的管柱微元受
力分析
• 右图所示，1平面为管柱 微元所在的斜平面，2平 面为过微元中点切线方 向的铅垂面 以微元中点为原点，分 别以中点的切线、主法 线和副法线方向为三个 坐标轴的方向建立微元 随动坐标系(et ,en ,eb)；
1 o R
en T1 N eb et
1 o R
en T1 N eb et
T2 F W
2
摩阻扭矩的计算
4. 软模型的管柱微元
受力分析
• 根据管柱微元的合力在 三个坐标方向上均为零 列平衡方程，则有：
1 o R
en T1 N eb et
T2 F W
T1 cos / 2 T2 cos / 2 F Wt N n T1 sin / 2 T2 sin / 2 Wn N W b b
上述方程组中有3个独立未知数T1，Nn, Nb，3个方程3个未知数，故可以求解。
2
摩阻扭矩的计算
5. 软模型的管柱微元
正压力计算
• 解上述方程组并化简， 则有：
2 2
en T1 R
eb et
o 1 N
T2
N N n Nb
F
W
2 2T2 Wt sin Wn Wb 2