大位移井管柱摩阻扭矩分析概述资料重点

L30－1井
摩阻系数取0.2
31
L30－1井
摩阻系数为0.2
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L30－1井
钻具处于悬挂状态时，钻具上作用了静摩阻力 。当钻具悬重为882.9kN（90吨），算得摩阻系 数为0.076；当钻具悬重为981.0kN（100吨）， 算得摩阻系数为0.135。正常情况下，上提钻柱 时大钩载荷为931.95kN（95*9.81+50），算得 摩阻系数为0.105；最高摩阻的情况下，上提钻 柱时大钩载荷为1531.95kN（95*9.81+600）， 算得摩阻系数为0.379。
满足
下一单元
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任一管柱单元中正压力和计算
否
是否轴向压力
是 是否屈曲
否
是 计算屈曲产 生的正压力
计算正常情 况的正压力
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管柱的螺旋屈曲临界载荷
Fhel 2 2
EIq sin
r
E 材料杨氏弹性模量 I 截面的惯性矩 q 轴向分布力
r 管柱和井眼之间的间隙
井斜角
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管柱发生螺旋屈曲时的侧向力
大位移井管柱摩阻扭矩计算软件
1
主要内容
• 问题的提出 • 力学模型 • 计算软件的功能 • 应用实例 • 结论
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摩阻/扭矩分析在大位移井工程中的地位
• 摩阻和扭矩是在大位移井设计和现场施工中备 受重视的两个关键因素。
• 钻前的扭矩和摩阻分析是大位移井可行性研究 的出发点之一，是钻机设备选择或升级改造的 基础，是优化井眼轨迹剖面设计的重要依据。
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北堡西3X1井套管柱轴向力沿井深方向分布 （实钻测斜数据，摩阻系数0.484）
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L30－1井
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L30－1井
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L30－1井
Φ216PDC及牙轮钻头＋Φ214双母稳定器＋Φ159短钻铤 2m＋Φ214稳定器＋Φ159非磁钻铤1根＋Φ127无磁承压 钻杆1根＋Φ127加重钻杆6根+Φ127钻杆63柱＋Φ127加 重钻杆18根＋Φ127钻杆＋133方钻杆
摩阻系数0.3
上提时大钩载荷为1322.36kN（摩阻141.17kN，实测180～
管径 mm 158.8 127.0 127.0 127.0 127.0
接头直径 mm
158.8 165.1 165.1 165.1 165.1
线密度 kg/m 134.7 73.5 29.0 73.5 29.0
壁厚 mm 50.8 25.4 9.19 25.4 9.19
段长 m 30 70 630 180
• 钻后的摩阻和扭矩分析是优选下套管作业方案 的依据。
• 对比预测的扭矩/摩阻和实测的扭矩/摩阻，可 以监测井筒清洗程度。
3
4
直角坐标系和曲线坐标系
5
二维井眼中管柱轴向载荷的解析解
Ti1 Ti Asin i B cos i ei1i Asin i1 B cos i1
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三维井眼中的管柱单元
最后一趟钻具组合简化为下表所示
管径 接头直径 线密度
mm
mm
kg/m
壁厚 mm
段长 m
127.0 165.1
73.5
25.4
33.00
127.0 165.1
29.0
9.19
925.63
127.0 165.1
73.5
25.4
221.25
127.0 165.1
29.0
9.19 3849.12
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Z104/Z104H井
2590
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L30－1井
摩阻系数取0.3
上提时大钩载荷为1324.43kN（摩阻为552.09kN，实测 600kN）；下放时大钩载荷为461.93kN（摩阻为 310.41kN）；摩阻系数为零时大钩载荷为772.34kN。
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L30－1井
下钻
摩阻系数取0.3
29
L30－1井
摩阻系数取0.3
30
20
XJ24-3-A22大位移井：大钩载荷计算值与实测数 据的对比（R1 WT1 Out；摩阻系数取0.29）
21
XJ24-3-A22大位移井：钻215.9 mm井眼的转盘扭 矩的计算值与实测值对比（摩阻系数取0.20）
22
XJ24-3-A22井不同方法下套管时大钩载荷与测深的关系 （阻系数取0.50）
t
Vt
Vm2 Vt2
a
Vm
Vm2 Vt2
Vt
2n
60
Dt 2
μa 轴向的摩阻系数 μ 滑动摩阻系数
Dt 管柱外径
Vt 周向最大运动速度
μt 周向摩阻系数 n 转速，min-1
Vm 轴向运动速度
9
管柱的扭矩计算
M T1
MT2
Fn Ls Dtj
2
MT1 单元上端的扭矩
MT2 单元下端的扭矩
T 为轴向力
为井斜角 为方位角 为管柱单元的全角变化
Ls 为管柱单元的长度 q 为单位长度管柱的有效重量
为切向量
n 为法向量 m 为副法向量 下标0、1和2分别表示管柱单元 的中点、上端点和下端点
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管柱轴向载荷计算模型
T1 T2 Ls cos 2q cosa FE Fn
Fndp
Dtj 管柱接箍外径
μ
Fn 单位长度总正压力 Ls
滑动摩阻系数 管柱单元的长度
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管柱单元的划分
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由下端轴向力计算管柱单元上端轴向力的流程
上一单元
初始假设的 上端轴向力
已知的 下端轴向力
计算正压力
即为上一单元 的上端轴向力
即为下一单元 的下端轴向力
计算上端轴向力
计算结果是否 满足精度要求
不满足
Fnhe l
rT 2 4EI
Ｔ 轴向载荷 r 钻柱接箍外壁和井壁之间的距离
E 弹性模量 I 截面惯性矩
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不同下套管方式的内部状态
Inside State of Different Casing Running
套管
全掏空
常规
漂浮接箍
空气
井眼
常规掏空 钻井液
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XJ24-3-A22大位移井：大钩载荷计算值与实测数 据的对比（R1 WT1 In；摩阻系数取0.27）
T1
Fra Baidu bibliotek
T2
sin
2
n3qLs
Fnp
Lsq m m3qLs
Fn Fn2dp Fn2p Ls
a为平均井斜角
为摩阻系数
Fndp为法线方向的正压力 Fnp为副法线方向的正压力
Fn为单位长度总正压力
FE为和管柱弯曲变形有关的正压力
n3为法向量的第三分量 m3为副法向量的第三分量
8
管柱旋转钻进时的摩阻系数
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Z104/Z104H井
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Z104/Z104H井
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φ215.9mm+φ172mm1.25°单弯6.92m+431×410+LWD5.29m +φ127mm无磁加重DP9.20m+MWD1.51m+411×410 + φ127mm无 磁加重DP9.19m+φ127mmDP925.63m+φ127mm加重DP221.25m+DP