大位移井管柱摩阻扭矩分析概述

1、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2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。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。34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 6三 维 井 眼 中 的 管 柱 单 元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

2、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7管 柱 轴 向 载 荷 计 算 模 型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a轴向的摩阻系数t周向摩阻系数滑动摩阻系数n转速，min-1Dt管柱外径Vm轴向运动速度Vt周向最大运动速度 9管 柱 的 扭 矩 计 算 MT1单元上端的扭矩MT2单元下端的扭矩Dtj管柱接箍外径滑动摩阻系数Fn单位长度总正压力Ls 管

3、柱单元的长度10管柱单元的划分 11已知的下端轴向力初始假设的上端轴向力计算正压力计算上端轴向力计算结果是否满足精度要求满足不满足上一单元下一单元即为上一单元的上端轴向力即为下一单元的下端轴向力由下端轴向力计算管柱单元上端轴向力的流程12是否轴向压力计算屈曲产生的正压力是否屈曲计算正常情况的正压力否否是是任一管柱单元中正压力和计算13管柱的螺旋屈曲临界载荷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14管柱发生螺旋屈曲时的侧向力轴向载荷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1516不同下套管方式的内部状态Inside State of D

4、ifferent Casing Running常规常规掏空全掏空漂浮接箍钻井液空气套管井眼171819XJ24-3-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）20XJ24-3-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）21XJ24-3-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）22XJ24-3-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）23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）24L301井 2

5、5L301井 26L301井 管径mm接头直径mm线密度kg/m壁厚mm段长m158.8158.8134.750.830127.0165.173.525.470127.0165.129.09.19630127.0165.173.525.4180127.0165.129.09.192590216PDC及牙轮钻头214双母稳定器159短钻铤2m214稳定器159非磁钻铤1根127无磁承压钻杆1根127加重钻杆6根+127钻杆63柱127加重钻杆18根127钻杆133方钻杆 27L301井 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

6、（摩阻为310.41kN）；摩阻系数为零时大钩载荷为772.34kN。 摩阻系数取0.3 28L301井 摩阻系数取0.3 下钻 29L301井 摩阻系数取0.3 30L301井 摩阻系数取0.2 31L301井 摩阻系数为0.2 32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

7、系数为0.379。 L301井 33Z104/Z104H井 34Z104/Z104H井 35管径mm接头直径mm线密度kg/m壁厚mm段长m127.0165.173.525.433.00127.0165.129.09.19925.63127.0165.173.525.4221.25127.0165.129.09.193849.12最后一趟钻具组合简化为下表所示 215.9mm+172mm1.25单弯6.92m+431410+LWD5.29m +127mm无磁加重DP9.20m+MWD1.51m+411410 + 127mm无磁加重DP9.19m+127mmDP925.63m+127mm加重DP221.25m+DP 36 上提时大钩载荷为1322.36kN（摩阻141.17kN，实测180200kN）；下放时大钩载荷为1050.51kN（摩阻130.68kN）；摩阻为零时大钩载荷为1181.19kN。 按摩阻为180200kN反算的摩阻系数为：0.3620.390。摩阻系数表明，摩阻稍大。Z104/Z104H井 摩阻系数0.3 37Z104/Z104H井 滑动钻进时大钩载荷与下