摩阻扭矩的计算

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。
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
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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
T2 F W
•
2
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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
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。
柱的摩阻扭矩和大钩载荷。
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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
2

2
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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
1 o R

en T1 N eb et
T2 F W
2
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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
பைடு நூலகம்
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
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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。
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3. 软模型的计算步骤