大位移井钻柱扭矩摩阻及轴向强度分析
大位移井摩阻扭矩力学分析新模型
N 2 = [ A ( s) A ( s) + B ( s) B ( s) ]/ (1 + Cf22 )
A ( s)
=
d2 Mb ds2
-
[ kb T + kn ( kb Mt + kn Mb )
+ qn ]
B ( s)
=
d ds
(
kb
Mt
+ kn Mb )
+
kn
d Mb ds
-
qb
式中 : T 为轴向拉力 ; Mb 为弯矩 ; Mt 为扭矩 ; E I 为
(收稿日期 2006205227 编辑 钟水清)
新疆三油田今年天然气产量将突破 150 亿立方米
近期 ,中国工程院院士康玉柱表示 :到今年年底 ,新疆三大油田天然气产量将突破 150 亿立方米 。康玉柱说 ,经过 50 多年 的油气勘探 ,新疆在准噶尔 、塔里木 、吐哈等盆地已发现了 80 多个油气田 ,但勘探潜力仍然巨大 。近年来 ,新疆石油工业依靠 科学技术 ,创新发展模式 ,不断取得突破 。天然气勘探开发后来居上 ,去年塔里木油田产气 57 亿立方米 ,今年将突破 114 亿立 方米 ;克拉玛依 、吐哈油田今年的产气量也将接近 50 亿立方米 。近些年来 ,新疆每年探明油气储量 1～2 亿吨 ,原油产量每年 增加 100～200 万吨 。到目前 ,准噶尔盆地已经打了 2600 余口井 ,但勘探程度还只有 20 % ;塔里木盆地打井 690 口 ,勘探程度 只到 10 %。这充分说明 ,新疆油气资源勘探潜力大 、前景好 。康玉柱院士预测 ,根据国家和新疆经济发展的需要 “, 十一五”期 间将是新疆油气储产量快速增长时期 。塔里木 、准噶尔盆地油气勘探将会出现空前规模的大好局面 ,并成为我国石油天然气 工业生产的重要接替区 。
大位移井摩阻扭矩分析
矩 的计 算 方法 ， 为大 位移 井 技术 在现 场 的 合理 实施 提供 了理
论 基础 。
参 考文 献
［ １ ］ 闰铁 ， 张凤 民， 刘 维 凯， 邹 野， 毕雪亮． 大位 移井钻 井极
６ ００
良好 的控 制 ， 是 大位 移 井施 工成 功 与 否的 关键技 术 与难 点 问
题。 因此 ， 对 磨阻扭矩进 行预测 ， 在大位移 井的设计 以及施 工过 程 当中 ， 都 有着 特别 重要 的意义 ， 并 以及 引起 了相关技 术人 员
＝ Ｃ Ｏ Ｓ ０ ６＝ ｓ ｉ ｎ０
３ 结论
本文 通过 一 种软 模 型 ， 建立 了大位 移 井磨 阻扭 矩 的计 算
降低钻 柱摩 阻扭 矩 。 本井主要研 究如何对 轨道进行优 化设计 以
进而 通过推 导得 到 了两 种 工况条件 下 ， 大 位移井 磨 阻扭 减小磨 阻扭矩 ， 采用 的方法主要 为运用钻 柱摩阻扭矩 的相关数 模 型 ，
大位移井摩阻扭矩分析
李海 东 （ 长城 钻探 工程 公司 钻井技 术服 务 公司 ， 辽宁 盘 锦 １ ２ ４ ０ １ ０ ）
摘要 ： 大位移 水平 井钻井 工艺及 其相 关的各项技 术 ， 在全 球范 围 内的石 油勘探 开发领 域里 ， 都 具有较 为广泛 的的使 用前 景。 但 在 其具 体 实施 时， 因为会 受到 目标地 区环境 等的制约 ， 往往会造 成钻井 的效果远远 未能达到计 划的预期 。 针对这一 问题 ， 本文首先 建 立 了大位移 井磨 阻扭矩 的计算模型 ， 进 而通 过推导得 到 了各个 工况条件 下， 磨 阻扭 矩的计算 方法 ， 从计 算磨 阻扭 矩这一 问题 出发 ，
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。
钻柱旋转对大位移井井眼净化影响规律的研究
钻柱旋转对大位移井和水平井的井眼清洗和摩阻压耗的影响第一篇理论模拟钻柱旋转对大位移井井眼净化影响规律的研究摘要为了研究钻柱旋转对井眼净化效果的影响规律, 选择直径215.19 mm井眼及<127.10 mm钻柱作为环空尺寸, 取钻柱的偏心度为0.5, 选择20 m作为轴向长度构造物理模型。
采用欧多相流数学模型对问题进行分析处理, 内边界条件设定为旋转, 外边界条件为井壁(不考虑其摩擦效应) 。
数值模拟结果认为, 钻柱旋转带动液、固相做周向旋转运动, 其与轴向流动耦合使得环空内固相运动方式与钻柱无旋转时有很大的不同, 类螺旋流动是液、固相的主要运动方式, 钻柱旋转不仅能降低环空内固相含量, 而且还会使固相移动速度增加, 从而促进水平井段的井眼净化。
关键词井眼净化钻柱旋转大位移井沉积床数值模拟引言大位移井与常规井最大的区别在于其有较长的水平位移, 使得井下钻屑经过较长的时间才能到达井口, 在这个过程中固相沉积床的形成使井眼净化变得十分困难。
影响井眼净化效果的因素很多, 钻柱旋转是其中之一。
研究中考虑钻柱旋转将更加接近于大位移井钻井实际, 对旋转影响的研究有很重要的理论意义和工程价值。
1 欧拉多相流数学模型根据前人的研究成果[ 7 - 10 ]及大位移井的钻井实际情况, 笔者选择215.19 mm 井眼及127.10mm钻柱作为环空尺寸, 同时取钻柱的偏心度为0.5, 根据计算机CPU及内存的实际情况, 选择20m作为轴向长度构造物理模型。
通过理论分析、比较及对现场实际情况的调研, 笔者采用欧拉多相流数学模型对问题进行分析处理。
所建立的数学模型如下面所述。
1.1 体积分数体积分数的计算公式1.2 流体连续性方程根据实际情况，环空内液相之间没有相互的质量传递1.3 流体运动方程q相受力包括: 质量力、虚拟质量力、相间相互作用力、共有压力等q相受力包括: 质量力、虚拟质量力、相间相互作用力、共有压力等1.4 边界条件物理模型为偏心环形空间, 其一侧端面为液、固2相混合入口, 另一侧端面为液固2 相混合出口; 环空内壁为钻柱, 不考虑接头的影响, 内边界条件设定为旋转; 外边界条件为井壁(不考虑其摩擦效应) 。
大斜度井作业管柱摩阻力学的模型
大斜度井作业管柱摩阻力学的模型摩阻分析对水平井施工具有重要的影响,尤其对于大斜度井而言,因其具有长水平段、大井斜角等特点,摩阻的预测和控制是成功地完成大斜度井修井的关键和难点所在。
准确计算套管柱的轴向载荷,以便进行套管柱强度设计与校核。
事实上,在整个钻进、完井及修井过程中,管柱的摩阻研究都很重要,它对井眼设计,包括钻井设备选择、轨道形式与参数、钻柱设计、管柱下入,施工过程中轨道控制和井下作业等阶段都具有指导意义。
在水平井及大斜度井中,由于管柱自重及井眼弯曲等多种因素的作用,导致了较大的摩阻力。
管柱的摩阻计算虽是整个磨铣打捞管柱力学分析的一小部分,但提高其摩阻计算精度仍是完成井下作业修井工作的一个重点,这主要是因为:①精确计算出摩阻,可以预侧套管柱下入的难度,以便选择合理套管柱组合和正确的下入方法,或考虑是否需采用特殊工具;②能够准确计算套管柱的轴向载荷,以便进行套管柱强度设计与校核。
1.大斜度井三维摩阻扭矩模型国内外学者对摩阻扭矩进行了大量的研究工作,分别建立了软绳模型和刚杆模型。
两种模型各有自己的优点和适用范围,软绳模型忽略了钻柱刚度及稳定器的影响,在曲率不大的光滑井眼条件下,用来计算由刚度较小的常规钻杆组成的钻柱段的摩阻扭矩能够给出足够的精度。
因此,现在有的商业软件仍在采用,但应用在井眼曲率变化较大或钻柱刚性较大的单元,会产生明显的误差;刚杆模型在曲率较大的井眼或由刚度较大的加重钻杆组成的钻柱段条件下,其计算结果具有更高的精度,但用于曲率较小刚度较小的平滑井眼中,计算结果收敛困难,对测点数据敏感,解的稳定性较差。
1.1大斜度井三维摩阻扭矩分析刚杆模型建立如图1所示的坐标系。
N轴、E轴、H轴分别指向地理北向、地理东向、重力方向,它们相互垂直,组成固定坐标系。
、、分别是井眼轴线的切线方向、主法线方向、副法线方向的单位矢量,它们相互垂直,组成自然坐标系。
图1 三维摩阻分析的坐标系图在钻柱上取一单元段ds,通过力学分析,可得下面方程组:力学模型力学模型大斜度井摩阻其中: 大斜度井大斜度井作业管柱摩阻力学模型摩阻式中:T为轴向拉力;为弯矩;为扭矩;EI为抗弯刚度;q为钻柱单位长度有效重量;力学模型分别为管柱在井眼内的轴向和周向摩阻系数;为管柱外径;N为钻柱单位长度所受的横向支承力;分别为钻柱变形线的曲率和挠率。
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。
大位移井摩阻和扭矩分析及其对钻深的影响_王秀亭
引
言
响, 并对模型进行了改进。 1988 年, 何华 山以大 变形为基础, 并考虑了钻柱刚度的影响 , 提出了改 进的拉力、扭矩模型。 1992 年, 杨姝提出 的修正 模型综合考虑了井眼轨道和井眼状态, 特别考虑了 钻柱的运动状态、钻井液粘滞力和结构力的影响。 美国得克萨斯大学的 Cheng Y an 博士开发了圆管的 弯曲模型 , 该模型考虑了三维实际井眼 , 以及钻柱 的刚性影响。国外的摩阻、扭矩模型大都采用了管 柱变形曲线与井眼曲线一致的假设, 基本上能够满 足工程技术的需要。 国内 对 摩阻、扭 矩 的 研 究始 于 八五 七五 和
[ 9]
1 位移为 3 000 m 大位移井钻井和下套管过程 中的摩阻分析 利用摩阻分析软件对位移为 3 000 m 大位移井 采用水基钻井液在钻井和下套管过程中的滑动钩载、 扭矩进行了分析, 计算结果如表 2 、表 3所示。
表 2 位 移为 3 000 m 大位移井钻井过程中的摩阻分析
井眼直径 311 mm 垂深 / m 井深 / m 1 000 2 659 1 500 2 821 井眼直径 216 mm
滑动 滑动 旋转钻井 旋转钻井 井深 / 钩载 / 钩载 / 扭矩 / 钩载 / 钩载 / 扭矩 / m kN ( kN m ) kN ( kN m ) kN kN 232 364 515 583 20 9 3 459 20 8 3 621 87 230 540 582 31 2 30 1
注 : 垂深为 1 500 m 时 , 用 127 mm 钻杆和 127 mm 加重钻杆 组成倒装组合; 垂深为 1 000 m 时 , 须使用钻铤才 能保证滑动钻井 时的加压 , 大斜度段必须用 139 7 mm 钻杆才能避免屈曲失稳。
基于钻柱动力学大位移井钻具接头可靠性研究
２０２４年第５３卷第２期第１页石油矿场机械犗犐犔 犉犐犈犔犇 犈犙犝犐犘犕犈犖犜２０２４，５３（２）：１９文章编号：１００１ ３４８２（２０２４）０２ ０００１ ０９基于钻柱动力学大位移井钻具接头可靠性研究沈吉阳１，孙晨皓２，王建民１，张木楠１，邹树江１，彭 勇３（１．中国石油集团海洋工程有限公司，天津３００４５１；２．中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京１０２２４９；３．中国石油集团海洋工程有限公司，北京１０００２８）①摘要：以埕海区块大位移井的钻具组合与井身结构为基础，通过钻柱动力学技术计算相同钻压、排量、转速条件下，不同井深底部钻具组合所承受的动态载荷。
结果表明：随着井深的增加，随钻测量系统ＭＷＤ承受的轴向载荷均值逐渐降低，扭矩载荷均值逐渐增大，弯矩与井眼曲率直接相关，且随着井深的增加载荷幅值在变大，并利用随钻测量数据对井眼狗腿度和钻具承受的弯矩载荷进行验证，证明了动力学计算的有效性。
从动力学计算结果中选出２个工况环境恶劣的载荷谱，并将极限载荷施加在ＭＷＤ工具接头上，分析螺纹静强度，结果表明：外螺纹应力最大位置都是位于距台肩面的第２个齿根部，内螺纹最大应力位于端面到第１个螺纹处，螺纹根部的Ｍｉｓｅｓ应力低于材料屈服强度；在交变载荷作用下分别循环作用１．０×１０７次，接头螺纹的疲劳安全系数为１．１～１．２，在井下工况复杂多变的情况下仍存在一定风险。
关键词：接头螺纹；大位移井；钻柱动力学；疲劳安全系数中图分类号：ＴＥ９２１．２０２ 文献标识码：Ａ 犱狅犻：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ ３４８２．２０２４．０２．００１犛狋狌犱狔狅狀犚犲犾犻犪犫犻犾犻狋狔狅犳犇狉犻犾犾犻狀犵犜狅狅犾犑狅犻狀狋犻狀犈狓狋犲狀犱犲犱犚犲犪犮犺犠犲犾犾犅犪狊犲犱狅狀犇狉犻犾犾犛狋狉犻狀犵犇狔狀犪犿犻犮狊ＳＨＥＮＪｉｙａｎｇ１，ＳＵＮＣｈｅｎｈａｏ２，ＷＡＮＧＪｉａｎｍｉｎ１，ＺＨＡＮＧＭｕｎａｎ１，ＺＯＵＳｈｕｊｉａｎｇ１，ＰＥＮＧＹｏｎｇ３（１．犆犘犗犈，犜犻犪狀犼犻狀３００４５１，犆犺犻狀犪；２．犆犺犻狀犪犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犘犲狋狉狅犾犲狌犿（犅犲犻犼犻狀犵），犅犲犻犼犻狀犵１０２２４９，犆犺犻狀犪；３．犆犘犗犈，犅犲犻犼犻狀犵１０００２８，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＢＨＡａｎｄｗｅｌｌｂｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｅｘｔｅｎｄｅｄｒｅａｃｈｗｅｌｌｓｉｎＣｈｅｎｇｈａｉ，ｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓａｍｅＷＯＢ，ＲＰＭ，ａｎｄｆｌｏｗｒａｔｅ，ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｌｏａｄｂｏｒｎｅｂｙＢＨＡａｔｄｉｆｆｅｒ ｅｎｔｗｅｌｌｄｅｐｔｈｓｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈｅｍｅａｎｖａｌｕｅｏｆａｘｉａｌｌｏａｄｏｎＭＷＤｄｅｃｒｅａｓｅｓａｎｄｔｈｅｍｅａｎｖａｌｕｅｏｆｔｏｒｑｕｅｌｏａｄｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔｉｓｄｉｒｅｃｔｌｙｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｗｅｌｌ ｂｏｒｅｃｕｒｖａｔｕｒｅ，ａｎｄｔｈｅｌｏａｄａｍｐｌｉｔｕｄｅｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｗｅｌｌｄｅｐｔｈ．ＭＷＤｉｓｕｓｅｄｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｄｏｇｌｅｇｄｅｇｒｅｅｏｆｔｈｅｂｏｒｅｈｏｌｅａｎｄｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔｌｏａｄｂｏｒｎｅｂｙｔｈｅｄｒｉｌｌ① 收稿日期：２０２３ ０９ ０５ 基金项目：中国石油天然气集团有限公司科学研究与技术开发项目“海洋油气开发及工程关键技术研究”（２０２１ＤＪ２５０２）。
大斜度井段钻井扭矩分析及控制策略
大斜度井段钻井扭矩分析及控制策略摘要：近年来,在国际上摩阻/扭矩问题的研究仍然受到重视。
影响摩阻/扭矩的因素按可预测的准确程度可以分为定量因素和定性因素。
目前，可以定量计算的因素为重力、摩阻系数、测斜数据和钻柱变形;而只能定性分析的因素为岩屑床厚度、井眼缩径与坍塌、棵眼井璧岩石的力学性质、泥饼厚度和压差等。
本文系统地阐述影响摩阻/扭矩的因素、预测方法和可采用的控制技术措施。
最后,给出一个工程应用实例。
关键词：大斜度井；摩阻/扭矩；定量因素；定性因素；控制措施大斜度井是最大井斜角超过55°的定向井,其长稳斜井段的安全高效钻进具有重要的经济价值。
较准确地掌握该井段钻井作业的摩阻/扭矩规律是安全高效钻进的重要前提之--,例如,能较好地解释加不上钻压(俗称托压)的原因;钻井摩阻/扭矩对断钻具事故的预报具有指导作用。
摩阻是斜井中钻柱轴向力的重要组成部分,对比实际状态和理想状态(即零摩阻状态)的轴向力,它们之差即为摩阻。
扭矩是使下部钻柱转动而需要施加的力矩,钻柱上任--点离钻头越远,则承受的扭矩越大。
因此，摩阻/扭矩要通过计算钻柱轴向力得到。
1摩阻/扭矩的影响因素分析1.1重力与摩阻系数在正常条件下,钻柱承受的重力与摩阻是产生其轴向力/扭矩的内因。
为了建立计算三维井眼中钻柱轴向力的通用模型,首先考虑两井眼轨迹测点之间的一个钻柱单元，建立轴向力和与其相关的因素之间的关系式。
在推导过程中,假设:①钻柱单元的曲率为常数;②钻柱轴线和井眼轴线重合,此假设隐含钻柱单元的曲率和井眼曲率相同;③两测点之间的井眼轨迹位于一个空间平面内;④钻柱的弯曲变形仍在弹性范围之内。
在上述假设的基础上,经过推导与合理简化，可得:(1)式中,为钻柱单元上端的轴向力,N;。
为钻柱单元下端的轴向力,N;。
为单位长度钻柱在钻井液中的重量,N/m;为平均井斜角,rad;。
为轴向的摩擦系数或摩阻系数,无量纲;为由钻具.重量轴向力、井眼弯曲、钻柱弯曲和屈曲等产生的正压力,N/m;为钻柱单元的长度,m。
钻柱受力分析及强度校核
1
钻柱的工作状态
一、起下钻
整个钻柱被悬挂起来，在自重力的作 用下，处于拉伸的直线稳定状态
二、正常钻进
在部分自重压力、公转离心力和旋转 扭矩等因素的作用下，钻柱处于弯曲状态。
2
钻柱的受力分析
钻柱承受的基本载荷主要有以下几种：
（1）轴向力和压力： 钻柱在垂直井眼中处于悬挂状态，由于其自身的重量 ，钻柱受到拉伸，最下端的拉力最小（等于 0），最上端 的拉力最大。当井眼内充满钻井液时，钻柱还受到钻井液 对其产生的浮力，而作用在钻柱内外表面的侧向静液压力 ，虽然合力为零，但对钻柱管体形成侧向挤压作用，两种 力综合作用相当于使钻柱的线重减轻。 正常钻进时，部分钻柱的重力加到钻头上作为钻压。 钻压使钻柱的轴向拉力都减小一个相应数值，且下部钻柱 受压缩应力的作用。鲁宾斯基在此提出了中性点的概念
y d p Ks d p Ks 1 t 2 LS 2 LS
2
1 2
12
钻柱的强度校核
三是拉力余量法。考虑钻柱被卡时的上提解卡力，以钻柱 的最大允许静拉力小于最大安全拉伸力的一个合适余量来确保 钻柱不被拉断。
Fa FP MOP
4
钻柱的受力分析
1、钻柱的轴向应力计算 （1） 钻柱在空气中悬空时（图a） 分析：受重力、拉力 任一截面的拉力： ……………………（1） 式中： Fo——空气中任一截面上的拉力，kN； qp、qc——分别为钻杆、钻铤单位长度的重力，kN； Lc、——钻铤长度，m； Lp——截面以下钻杆长度，m；
5
9
钻柱的受力分析
6、纵向振动 n 在中性点处会产生交变的轴向应力； n 当纵向振动的周期和钻柱本身固有的振动周期相同（或成整 数倍时），就会产生共振，称之为“跳钻”。后果是严重的。 7、扭转振动
大位移井管柱摩阻扭矩分析概述资料重点
T1
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为法向量的第三转钻进时的摩阻系数
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
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）
• 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
6
三维井眼中的管柱单元
t
Vt
Vm2 Vt2
a
Vm
Vm2 Vt2
Vt
2n
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。
海油陆采玉1X井摩阻扭矩分析及控制技术
海油陆采玉1X井摩阻扭矩分析及控制技术摘要：玉1X井是海南福山油田的一口海油陆采预探定向井，设计井深4967.57m，水平位移2671.86m。
针对该井使用50钻机施工会因摩阻扭矩大而导致钻机载荷不足、转盘转不动等问题，施工中将摩阻扭矩的控制作为施工重点。
通过采取一系列技术措施，较好地控制了全井的摩阻扭矩。
关键词：海油陆采；摩阻；扭矩；螺旋清砂钻杆引言玉1X井是海南福山油田的一口海油陆采预探定向井，设计井深4967.57m，垂深3864.01m，井底水平位移2671.86m。
针对该井存在的钻压传递困难、井眼清洁困难、摩阻扭矩控制难度大等问题，极易造成50钻机因摩阻扭矩大而导致钻机载荷不足、转盘转不动等问题的出现。
通过施工前的摩阻扭矩分析，认为：该井摩阻扭矩大，各施工载荷已达50钻机的极限。
但施工中只要控制住摩阻扭矩，应用50钻机施工是可行的。
施工中将摩阻扭矩的控制作为全井施工的重点，采取了优化剖面、控制全井的狗腿严重度、及时监测摩阻扭矩变化及时采取短起下及定期循环等降摩扭措施、使用螺旋清砂钻杆清除岩屑床、50钻机安装70顶驱、优选钻井液体系等技术措施，较好地控制了全井的摩阻扭矩，顺利完成了该井的施工任务。
实际完钻井深4994m，最大水平位移为2532.28m，钻井周期107d，较设计节约13%；全井最大载荷2070KN，最大摩阻730KN，最大扭矩43.75KN.m，均控制在预测值之内。
玉1X井的完成，为海南福山油田海油陆采的进一步开发提供了经验。
1井身剖面及结构的优化设计1.1井身剖面的优化设计玉1X井设计为2个靶，1靶垂深:2314.01 m，闭合距:1892.02 m；2靶垂深:2864.01 m，闭合距:2393.97 m；井底设计垂深：3864.01 m，井眼方位：10.24°，二靶间稳斜角为42.38°。
该井剖面设计的优化原则为：（1）控制井深，尽量不要超5000m。
水平井摩阻扭矩分析(第六章)
第六章水平井、大位移井摩阻扭矩分析水平井、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地钻成大位移井的关键和难点所在。
开展摩阻、扭矩预测技术研究，在大位移井的设计（包括钻井设备选择、轨道形式与参数、钻柱设计、管柱下入设计等）、施工（轨道控制、井下作业等）阶段都具有十分重要的意义。
第一节摩阻扭矩研究及存在的问题钻井界早就认识到摩阻扭矩预测、分析和减摩技术在大位移井中的重要性。
摩阻问题贯穿从设计到完井和井下作业的全过程，其重要性为：●根据摩阻扭矩分布设计选用钻杆强度和各钻柱组件（钻杆，钻铤和加重钻杆）分布。
●地面装备（顶驱功率和扭矩，起升能力、泵功率和排量压力）需要根据摩阻扭矩预测来选用，并考虑到预测误差需留有足够的富余能力。
●钻井液设计及润滑性要求。
在某一特定地区，使用水基钻井液钻大位移井，其水平位移受摩阻扭矩限制会有一个极限长度。
超过该极限值，靠加减摩剂维持钻井会遇到技术困难，经济效益不佳或风险大。
但是，在一定的可控制的摩阻扭矩范围内，使用水基钻井液具有显著技术经济和环保效益。
●井眼轨迹的设计和轨迹控制技术往往受摩阻扭矩限制。
在当前普遍采用的旋转导向钻具控制轨迹条件下，在扭方位或以较高井眼曲率增降井斜角的井段必须放在滑动态能钻井的深度。
●充分考虑完井、井下作业或修井可行性。
如果在钻井阶段，钻柱可旋转下入或倒划眼起出，那么就需考虑套管或尾管是否需要旋转才能下入、生产油管、连续油管或其它测试管柱能否下入等问题。
从上述分析看出，摩阻、扭矩预测的准确性至关重要，但是提高摩阻扭矩预测精度仍是大位移钻井的一个难点。
1、研究现状国内外学者对定向井、水平井、大位移井的摩阻、扭矩问题进行了大量的研究，建立了对应的力学模型。
1983年，Johansick，首先提出了在定向井中预测钻柱拉力和扭矩的柔索模型，为改进井眼轨迹设计和钻柱设计、现场事故诊断和预测提供了理论依据。
冀东深层大位移井钻柱安全分析与对策
5600
3519.00
4013.00
89.00
300
表2
冀东大位移井前期复杂情况统计
井号
复杂情况描述
井深 4282m 遇阻，下放悬重至 600kN，上提悬重最大至 2000kN。上下活动仍然无效，
转顶驱扭矩较大，
最大憋至
NPXX-1
NPXX-5
50kN·m。四开尾管下放至 4600m 后有阻卡现象
钻进期间扭矩 42~45kN·m 摩阻 600kN，钻具因疲劳破坏，发生连续 8 次钻具本体刺穿事件。井底位移大（2990m），摩
D0——钻柱外径，
m。
3
大位移井钻柱摩阻扭矩分析
以冀东典型大位移井为例，进行相关分析。该井
造斜点为 500m，技术套管下深 4203m，设计/实钻井深
为 5376m，设计剖面和实钻轨迹垂直剖面见图 1。钻井
液参数：密度 1.40g/cm3，滑动钻压 120kN，旋转钻进钻
压 60kN，钻头处扭矩 5.50kN·m。裸眼段模型系数为
阻大，
定向期间托压严重，且 PDC 定向易憋泵。尾管下入至 5250m 时有阻卡现象
NPXX-3
摩阻高达 1000~1200kN，
扭矩最高 50kN·m，
偶尔憋停顶驱；
钻具因疲劳破坏，
发生连续 8 次钻具本体刺穿事件
作业中，杆柱的横截面上不会产生太大的剪切力，对于
起下钻等钻进摩阻和扭矩计算公式：
小曲率井眼，忽略刚度的影响，在工程上可以得到足够
如井身剖面、
井眼几何特性、
明显的软地层造斜率要求低，上部造斜段长（700m 左
井眼净化、管柱结构、钻井液性能、钻遇地层性质等
[1-3]
大位移井钻具组合设计及摩阻扭矩分析
一、 涉及的几个基本概念
1． 三轴应力 三轴应力通常叫做当量米塞斯应力 （ Von Mises Von Mises Equivalient （ VME ） ） 或称 Von Mises 应力， 应力不是一个存在的应力， 而是轴向、 弯曲、 扭转应 力的组合， 为钻具某一位置所受的总应力； 三轴应力 的强度分析方法， 基于 Von Mises 的畸变能密度准 “ Strain Energy Of Distortion ”， 则 不同于主应力（ 抗 拉、 抗扭） 。 2． 侧向力 井壁侧向力主要由拉力和狗腿引起， 侧向力的 恶果是引起套管磨损和套管热龟裂， 严重者把套管 造 磨穿或发生热龟裂后导致无法继续钻进或卡钻 ， 成钻具、 工具仪器落井等恶性井下事故， 损失巨大。 3． 屈曲分析 屈曲分析是研究钻具在轴向力的作用下是否产 生屈曲， 是否能够正常向前钻进的问题。一旦轴向 压力超过了正弦临界屈曲力， 钻柱会发生正弦屈曲
第 35 卷
Vol. 35
第1 期
No. 1
钻
采
工
艺
DRILLING ＆ PRODUCTION TECHNOLOGY
· 25·
（ 蛇形） 。在这个阶段， 钻柱会沿着井眼的低边如蛇 状弯曲。继续增加钻压， 将导致钻柱的轴向压力继 如果超过了螺旋临界屈曲力， 钻柱将由正弦 续增加， 弯曲过渡到螺旋弯曲， 即沿着井壁盘成螺旋状， 受力 情况如图 1 。
施工过程中， 不均匀转动和震动得到了较好的控制 ， 达到了设计的预期目的。
计算结果显示， 在旋转导向系统旋转钻进的条 件下， 实际轴向载荷没有与正旋屈曲和螺旋屈曲载 荷相交， 说明不会发生正旋和螺旋屈曲， 可以确保正 也证实了没有屈曲发生。 常钻进。实际施工过程中， 2． 三轴应力校核 根据 钻 井 设 计 中 设 计 的 钻 井 参 数， 输入进 DOX2． 0 软件， 在旋转钻进条件下， 三轴应力校核结 果见图 4 。
深层页岩气水平井钻柱动态摩阻扭矩分析
造成影响的文献较少ꎮ 为此ꎬ 笔者建立了实钻井眼
阻扭矩模型是 Ｃ Ａ ＪＯＨＡＮＣＳＩＫ 等 [２] 提出的一种在
轨迹的三维全井钻柱系统动力学数值仿真模型ꎬ 针
对软绳模型的局限性ꎬ Ｒ Ｇ ＷＨＩＴＴＥＮ [３] 提出考虑
对 深 层 页 岩 气 水 平 井 摩 阻 扭 矩 大 的 问 题ꎬ 以
义ꎮ 由于水平井的日均产气量和最终产气量都为垂
斜度井三维非线性动力学模型和动态扭矩阻力模
直井的 ３ ~ ５ 倍ꎬ 且效率高ꎬ 故水平井已成为页岩
型ꎬ 结合全井钻柱系统动力学模型和数值仿真ꎬ 探
时ꎬ 钻柱所受摩阻扭矩大ꎬ 能量传递效率低ꎬ 托压
进问题ꎮ 吴泽兵等 [１６] 和 ＬＩＵ Ｊ Ｘ 等 [１７] 基于有限元
摩擦模型ꎬ 探究了钻柱屈曲与钻压之间的关系ꎮ 张
２５％ [１] ꎮ 因此ꎬ 针对钻柱所受摩阻扭矩分布及变化
的影响ꎮ
托压问题ꎬ 提高钻井效率ꎮ
阻扭矩的研究多停留于静态摩阻扭矩ꎬ 利用有限元
段机 械 钻 速 不 超 过 ２ ｍ / ｈꎬ 仅 为 平 均 水 平 的
规律进行研究ꎬ 可以有效减轻钻进过程中所产生的
密集ꎬ 同时钻柱接触力在水平段和增斜段都为低边接触ꎻ 每当钻柱因井斜角、 方位角变化而弯曲
时ꎬ 其所受应力、 接触力和摩阻扭矩都会明显增加ꎬ 且增加快慢与钻柱的弯曲程度呈正相关ꎮ 所
得结论可为深层页岩气水平井钻井参数优选及提速方案制定提供理论依据ꎮ
关键词: 深层页岩气ꎻ 水平井ꎻ 摩阻扭矩ꎻ 钻柱振动ꎻ 接触力ꎻ 顶驱转速ꎻ 应力分布
能研究中心 ３ 中国石油集团川庆钻探工程有限公司)
刘伟吉ꎬ 冯嘉豪ꎬ 汪洋ꎬ 等. 深层页岩气水平井钻柱动态摩阻扭矩分析 [Ｊ]. 石油机械ꎬ ２０２３ꎬ ５１ (８): １８－２５.
国内大位移井轨迹控制中降低摩阻技术现状及应用分析
水 力加 压 器是 用 于 克服 钻井 作 业过 程 中的摩 阻 比 较 先进 的工具 之一 ， 其 主要结 构 包括 ： 伸 缩 接头 ， 一级 、 二 级 和三 级 活塞 ， 缸筒 ， 上接 头 等部 件组 成 。水 力 加压 器 借 助 高压 钻 井 液 作 用 于 活 塞 上 、 下 端 面 上 的压 差 来
虽然大位移井对油气 田开发具 有巨大的优势 ， 但 是在作业 过程中同样也存在诸多 困难 ， 制 约着大位移 井 技 术 的 发展 。其 中 ， 一 个 比较 突 出 的 问题 就 是 定 向 作业过程中 ， 在滑 动 钻进 的状 态 下 ， 钻 具 管柱 与井 壁 之
间接 触 产 生较 大 的摩 阻 ， 制 约 了轨 迹 控 制 的效 果 和 钻 井 效 率 。钻 进 过程 中 ， 钻 具摩 阻 的影 响因 素有 很 多 ， 其 中包 括 ： 钻 具组 合 、 井 洁 状
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产生压力 ， 并通过伸缩杆传递给钻头 ， 连续不断地使活 塞 和钻头 向下 移动 形成 机械 进 尺 ］ 。
水力 加 压器 直 接将 循 环泵 所 提供 的液压 能 转换 为
机械能 ， 改 变 钻 井施 工 由钻 柱 自身 所受 重力 产 生 钻 压
的模式 ， 使钻进过程 中施加 的钻压更加平稳 减小钻压 引起 的振 动 。
作者简 介 ： 祝靖（ １ ９ ８ ６ 一 ） ， 男（ 汉族 ） ， 山东东 营人 ， 助理工程师 ， 现从事定 向井技术服务和钻井工艺科研工作 。
中 图分类 号 ： Ｔ Ｅ ２ ４ ２ 文献标 识 码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ４ — ５ ７ １ ６ （ ２ ０ １ ３ ） １ ０ — ０ ０ ５ １ — ０ ４ 大位 移 井 （ Ｅ ｘ ｔ ｅ ｎ ｄ ｅ ｄ Ｒ ｅ ａ ｃ ｈ Ｄｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ） 在 国际上 的定
大位移井钻井液关键技术问题
大位移井钻井液关键技术问题我国原油开发通过了长时间的发展，在现代化社会当中，大部分油田的实际开采量不断减少，如若依然使用传统开采手段，一方面难以提高其生产能力，另一方面造成其开采成本支出提高。
针对这样的情况，大位移井钻井液关键技术快速崛起。
基于此，本文就钻具磨阻与扭矩控制技术问题、井壁稳定技术问题以及井眼净化技术问题三个方面分析了大位移井钻井液关键技术，期望经过本研究为未来的有关研究提供相应参考。
标签：大位移井;钻井液;关键技术随着社会进步与经济快速发展，大部分油田所储备的原油量不断减少。
因为钻探设施设备的价格比较高，如若使用传统的钻探技术，会造成其成本支出逐步提高，这样已经没有办法和时代进步与社会发展实际需求相符。
在这样的情况下，要想有效降低原油储存量，根据实际分布情况运用先进的钻进技术。
在实际开采油田的时候，应该将大位移井钻井液关键技术充分运用其中，促进我国油田事业的健康可持续发展。
一、钻具磨阻与扭矩控制技术问题就大位移井而言，因为具备裸眼段比较长以及井斜大等特征，所以在实际钻井的时候，经常会出现井眼偏离，在这样非常长的裸眼井段当中，井壁和钻具之间的接触面在逐步增加，进而对正常作业时候钻井关注所肩负的阻力不断提高，这样会对大位移井的有效延伸起到很大程度上的制约影响。
与此同时，也会对井壁可靠性以及稳定性产生不良影响。
在这样的情况，经过完善且健全的改良钻井液体系，保证钻井液的实际润滑程度，这样能够更好的减弱钻具所具备的阻力，合理有效地拓宽大位移井具体性能。
所以要构建科学合理的钻井液体系。
现阶段，在我国大位移钻井实际开采作业的时候，经常会使用三种钻井液体系，首先，对于油基钻井液体系而言，主要将油当做是油包水乳形式的钻井液，将其所具备的抗污染作用全面发挥出来，这样可以保证井壁安全性与稳定性，也能够减少对油气层产生严重影响。
然而对此体系进行运用的时候，其成本支出比较高，难以更好的保护自然环境。
其次，对于合成基钻井液体系而言，此体系主要是在油基钻井液体系的前提下经过研究与开发得来的，此体系当中运用最为宽广钻井液主要是第二代合成基钻井液，和油基钻井液体系之间进行对比分析，此体系的环保特性非常明显。
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doi：10.3969/j.issn.1004-275X.2019.05.045大位移井钻柱扭矩摩阻及轴向强度分析张燊(西安石油大学,陕西西安710065)摘要：井眼轨迹优化技术,井眼清洁技术,减小摩阻扭矩技术等都属于大位移井钻井技术。
钻井时效直接受到来自于大位移井钻井的扭矩影响,分析扭矩对把控井眼轨迹的变化大有帮助,也能减少和预防井下事故。
关键词：大位移井;钻柱;扭矩摩阻;轴向强度;中图分类号：TE243.1文献标志码：A文章编号：1004-275X（2019）05-111-03A n a l y s is o f T o rq u e F ric t io n a n d A x ia l S t re n g t h o f D rill S t ri n g i n L a rg e D is p l a c e m e n t W e llZhang Shen（Xi’an Petroleum University,Xi’an710065China）Abstract:Well trajectory optimization technology,wellbore cleaning technology,and friction reducing torque technology are all large-displacement well drilling technologies.According to the research,the drilling aging effect will be directly affected by the torque from the large displacement well drilling.The analysis of the torque will greatly help to control the change of the wellbore trajectory and also reduce and prevent downhole accidents.Key words:large displacement well;drill string;torque friction;axial strength1扭矩摩阻产生的原因及危害1.1井眼净化和泥浆不适产生的摩阻1)地层特性,由于地层的化学成分和颗粒大小等因素,不同的地层岩性具有不同的润滑特征;2)流体的黏性力会对井眼摩阻产生影响;3)下钻时由于泥浆填充钻杆产生的流体密度差;4)井眼净化不佳,由于形成的岩屑床给井眼带来了机械障碍问题,这可能会导致岩屑压实; 5)井眼稳定性差,页岩吸水后膨胀、井眼直径缩小、井壁脱落或垮塌;6)压差卡钻,这种情况是由于井内压力高于地层的孔隙压力,导致钻杆被推进井壁的泥饼;7)循环漏失可能会导致泥浆润滑性能下降。
1.2井眼轨迹造成的摩阻1)钻杆和刚硬的井底钻具组合,井底钻具组合是坚硬而不易弯曲的钻柱,扶正器会与地层相互作用或碰撞,这会产生较高的井眼摩阻,特别是当井底钻具组合处于一个高狗腿井段时; 2)钻柱的重量,使用低重量钻杆可以在超长位移井的钻井作业中发挥良好的效果;3)钻柱和套管表面的粗糙度,以及钻杆接头的影响;4)狗腿度。
1.3摩阻扭矩的危害1)起钻时钻柱承受了大量的负荷,下钻时钻头受到了较大的阻力;2)滑动钻进时钻压很小,加压受阻,钻头速度过低;3)钻柱旋转钻进时由于扭矩过大,造成强度被损坏;4)套管和钻柱之间发生摩擦作用,造成套管的磨擦损伤,严重时会被磨透;5)套管下入困难,甚至下不到底。
2钻柱软杆模型油田钻井是大风险、高投资、技术要求较高的一项工程。
根据经验分析,认为通过建立软模型实现对现场实际大位移井摩阻扭矩的计算是比较好的。
软杆模型有以下几条假设前提:1)钻柱是一条柔软的绳子,轻微的刚性,基本可忽略不计;2)钻柱的部分形态可以被忽略,比如钻杆的接头等会直接影响到摩阻扭矩;3)每当受力均衡,钻柱横截面的剪力会产生影响;4)忽略钻柱动态因素的影响。
计算简易,方法可行是软杆模型的突出特点,缺点是使用范围受到限制。
计算思路如下: 1)由井眼轨迹来测量分点的数据为对应的计算单元;111--（下转第115页）2)每个微元已知单元长度的浮重,结合轴向力可得出接触正压力和摩阻扭矩;3)最底端的微元下方轴向力即钻压,从下到上计算每个微元即可得到管柱的摩阻扭矩。
单位钻杆的受力分析如图1。
由图1可知,①管柱微元体现在斜平面上;②该平面是经过管柱微元的中点切线方向的垂直面。
管柱微元的中点是原点,以管柱微元中点的切线,主、副法线方向为坐标轴建立成微元随动坐标系。
1)分解重力,则有:W t =W cos α2+cos α12cos(γ/2)W n =W cos α2-cos α12cos(γ/2)(1)W b =W sin α1sin α2sin Δφsin γ狗腿角的计算可用鲁宾斯基公式计算:cos γ=cos α1cos α2+sin α1sin α2sin Δα(2)2)由于管柱微元的合力是零,则有:T 1cos(γ/2)=T 2cos γ/2+F +W t N n =T 1sin γ/2=T 2sin γ/2+W n (3)N n =W b上述方程中有三个独立未知数T 1,N n ,W b ,可求解。
3)求解以上方程式,管柱微元正压力可得:N n =N n 2+n b 2√=[(2T 2+W t )sin γ/2+W n ]2+W b 2√(4)在稳斜段,井眼轨迹是直线,所以此时的管柱与实际一样也是直的,狗腿角为0,管柱微元正压力是本身浮重沿着垂直接触面方向的分力。
N =W sin α(5)4)摩阻扭矩计算递推公式对于一段单元管柱来说,已知的力有T 2和W b ,当根据式(4)或者(5)求出管柱与井壁的正压力之后,就可以计算出摩阻F 和扭矩M 。
由于求得的本段T 1正是其上一段单元管柱的T 2,从最下端的单元管柱对每段求解,累计隔断摩阻力和扭矩M ,即整个摩阻扭矩。
可以看出,首先需知最下端单元管柱的T 2,不同工程的边界条件可以决定值的大小。
①起下钻工况起下钻,井眼中管柱轴向运动,此时管柱没有扭矩,摩阻为:F =N ×f T 1=T 2+W t ±F (6)式中的±,起钻的时候取正,当下钻时取负。
起下钻时,单元管柱下方的轴向力为零。
②划眼工况分解综合摩擦系数:θ=tan -1(πnD 0/60V a )f a =f cos θ(7)f c =f sin θ式中:θ为过渡参数;V a 为轴向的运动时速,m/s ;n 为转动时速,r/min ;D 0为外部直径,m ;f a 为综合摩擦系数的分量。
划眼摩阻扭矩:F =Nf aT 1=T 2+W t ±F (8)M=12Nf c D 0式中:倒划眼取正,正划眼取负,最下端的单元管柱下方的轴向力为零。
③旋转钻进工况管柱轴向运动的同时也转动,可按照正划眼分析,最下端=-WOB 。
④滑动钻进工况此时管柱只是轴向往下运动,按照下钻工况分析即可。
3修正软杆模型如果发现井眼曲率变化大,应该引起重视,由于井眼的约束产生了附加接触正压力:N g =96EI [1-cos(K ΔL )K -(D-D 0)]ΔL -3(9)式中:E 为弹性模量;I 为惯性矩;K 为井眼曲率;D 为井眼直径;D 0为钻柱的外部直径;ΔL 为附加刚性正压力的管柱长度,ΔL =[24(D-D 0)/K ]1/2。
4屈曲对钻柱摩阻扭矩的影响计算钻柱摩阻扭矩是以钻柱未发生屈曲为前提的,下部钻柱往往由于压力影响,当轴向力超出临界压力,钻柱屈曲,与此同时钻柱和井壁的凝聚力增加,钻柱摩阻扭矩也增大了。
图1单元钻柱受力分析图112--（上接第112页）4.1钻柱的屈曲临界载荷正弦屈曲和螺旋屈曲都是钻柱的屈曲变形的两种主要表现形式。
当刚开始超出临界值,首要表现为正弦屈曲;压力增加,达到另一临界值,则表现为螺旋屈曲。
4.2钻柱屈曲引起的附加接触阻力附加压力的计算,当钻柱正弦屈曲,如下:ΔN=rT28EI(10)附加压力的计算,当钻柱螺旋屈曲,如下:ΔN=rT24EI(11)式中:ΔN为附加接触压力;T为轴向力;I为惯性矩;r为井眼与钻柱直径差值的一半。
I=仔(D4-d4)32(12)得出钻柱惯性矩。
式中D4为外部直径,mm, d4为内部直径,mm。
5结论摩阻扭矩是大位移井钻井技术的核心技术。
笔者认为,在不影响工程质量和要求的情况下可以近似的运用较为简单的软杆模型来分析摩阻扭矩,刚杆模型和有限元模型不适合现场的运用,只适合在实验室中研究,而且对工作者的计算要求,数学水平有很严格的要求。
本文所总结的软杆模型适用于狗腿角变化较小,井眼轨迹较为光滑的井眼,狗腿度严重的井计算结果误差比较大。
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3植物油脂肪酸分析实验的结论通过对基于气相色谱方法的植物油脂肪酸分析实验进行研究得知,利用气相色谱方法,植物油的脂肪酸进行甲酯化处理,可以准确的判断植物油的脂肪酸种类,通过确定植物油的脂肪酸种类,计算植物油含有的脂肪酸的百分比含量,通过这次研究,加深实验人员对植物油的脂肪酸种类和植物油含有的脂肪酸的百分比含量的认识和理解。
4结语综上所述,随着我国对基于气相色谱方法的植物油脂肪酸分析工作的不断关注和重视,基于气相色谱方法的植物油脂肪酸分析实验取得了圆满的成功。
对基于气相色谱方法的植物油脂肪酸分析过程,有了更加深刻的认识和理解。
同时,对通过运用定性和定量分析、色谱柱的选择、甲酯化体系的选择、反应温度影响、精密度和稳定性实验、实际样品测定及植物油脂肪酸组成特点、聚类分析等分析方法,对基于气相色谱方法的植物油脂肪酸分析实验结果进行全面合理的分析。
除此之外,为了推广气相色谱方法的使用,越来越多的学者投入到关于“基于气相色谱方法的植物油脂肪酸分析探究”的研究中,不断提升自身的专业素养,为最大限度的发挥气相色谱方法的应用价值奠定了一定理论基础。