水平井鉆柱穩(wěn)態(tài)拉力—扭矩模型及其應(yīng)用

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1、維普資訊http://www.cqvip.com(『，。)I第2O卷第4期石油鉆探技術(shù)Vo1．20，No．41992年l2月PETRClLEUMDRILLLN'GTECHNIQUF．SDec．，1992●水平井鉆井技術(shù)專題●縮者按：水平井鉆井，它同三維地震一道，被譽為八十年代石油行業(yè)具有革帝性的兩大技術(shù)，近幾年來，國外正在飛速發(fā)展，并不斷完善提高。這項技術(shù)廣泛用于提高鉆探效益廈原油采收翠，見到了顯著的牡臺經(jīng)濟(jì)效益。我國的水平井技術(shù)，尚處于起步階段。水平井鉆井技術(shù)已列為國家八五重點科技攻差項目，有差油田、科研單位及院校正在進(jìn)行聯(lián)臺攻羌為配臺和推動這項技術(shù)的發(fā)展，本期刊出四篇具有代表性的水平井鉆井

2、技術(shù)專題論文。但水早井技術(shù)難題很多，發(fā)展很快，四篇論戈遠(yuǎn)不能滿足讀者的需要。以后本刊將陸續(xù)報道各類油藏水平井井位及井眼軌道設(shè)計、軌跡測量與控制、取芯、鉆井液與完井寢、套管柱設(shè)計與固井施工、工是儀器及計算機(jī)軟件應(yīng)庠等方面的羈研成果及現(xiàn)場經(jīng)驗望廣大鉆井工作者踴躍投稿，相互交流，共同提高，推動我國水平井技術(shù)的不斷發(fā)展。水平井鉆柱穩(wěn)態(tài)拉力一扭矩模型及其應(yīng)用＼／6一rI三卜李子豐到益圣撮要綜合考慮鉆柱、井眼環(huán)境、作業(yè)過程的影響后，建立了鉆柱糖態(tài)拉力一扭矩模型．主要包括鉆柱糖態(tài)扛力一扭矩擻分方程蛆和善作生垃程的邊界難件。在NMH—I水平井中，應(yīng)用諼模型確定了鉆柱與井壁的摩擦未敷}分析了鉆柱的受力狀態(tài)峭定了

3、井下動力鉆進(jìn)的實際鉆壓I選擇了井身剖面-確定了水平井段i大可鉆長度。主題調(diào)水平井一鉆柱扛力扭矩模型應(yīng)用一——一和結(jié)構(gòu)力的影響。本文在硬鉆柱拉力一扭矩引言模型的研究基礎(chǔ)上，綜合考慮鉆柱、井眼軌水平井鉆柱拉力和扭矩的研究有助于改跡和井眼狀況，特別是考慮了鉆柱的運動狀進(jìn)水平井剖面設(shè)計、減少阻力和扭矩、合理態(tài)和鉆井液的結(jié)構(gòu)力和粘滯力的影響后，建選用鉆機(jī)和設(shè)計鉆柱。通過比較實測和預(yù)測立了鉆柱穩(wěn)態(tài)拉力一扭矩模型，并在扭矩及阻力，有助于識別井下存在的同題。NMH—l水平井中進(jìn)行了驗證，給出了應(yīng)用1983年，c．A．Johansick考慮了定向井中鉆實例。柱的拉力、重力和井眼軌跡等參數(shù)，首先建一、模型的建立立

4、了鉆柱拉力一扭矩模型，浹模型的特點是簡單，不考慮鉆柱的剛度[1]。1987年何華山(一)影響鉆撞拉力和扭矩的因素提出了硬鉆柱拉力一扭矩模型[2]，使該項研影響鉆柱拉力和扭矩的因素可分為鉆柱究有了新的突破。但模型仍存在一些問題：構(gòu)成、井眼環(huán)境、作業(yè)過程及參數(shù)三類。(1)未考慮鉆柱的運動狀態(tài)，模型在某些情鉆柱構(gòu)成包括各鉆桂段的尺寸、形狀、安況下出現(xiàn)謬誤}(2)未考慮鉆井液的粘滯力放位置和材質(zhì)?！ぼ囄南蛋宋鍑抑攸c科技攻關(guān)項甘“術(shù)平鉆井技術(shù)”的部分內(nèi)窖-參加此項研究工作的還有大港石油管理局鉆井公司王鍋普櫥健樂、劑步亭等同志．維普資訊http://www.cqvip.com石油鉆探技術(shù)井眼環(huán)境包括井眼

5、幾何尺寸(井徑、井深、井斜角、方位角、曲率、撓率等)、鉆柱-4-△與井壁的接觸狀態(tài)、接觸力、摩擦系數(shù)、鉆村-r井液的密度、粘度、切力。作業(yè)過程可分為起鉆、下鉆、井下動力鉆進(jìn)、旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)和特殊作業(yè)五種。其工程參數(shù)為起下鉆速度、鉆壓、轉(zhuǎn)速等。(二)鉆柱穩(wěn)態(tài)拉力一扭矩微分方程為了建模方便，特做如下假設(shè)；圖2微單元鉆柱受力圖①井壁呈剛性；百dM=FXf+(2)②鉆柱與井壁均勻接觸，鉆柱中心與井和費雷內(nèi)公式[3]眼中心一致；③泥漿為賓漢液體，密度為常數(shù)；’’dt=月，④摩擦系數(shù)在某一口井或某一井段為常dn數(shù)l面=一KbI+K(3)⑤鉆柱內(nèi)動載不大，略去。一一K．n為了表達(dá)方便，建立直角大地坐標(biāo)系ONED、

6、空間曲線坐標(biāo)系OPO、直角伴隨三棱及滑動摩擦定律等，可以導(dǎo)出鉆柱穩(wěn)態(tài)拉力形隨動坐標(biāo)系Ptnb，見圖1在0NED中，一扭矩微分方程組：0為井口，N軸向北，E軸向東，D軸向下}~flrnq-m。在OPO中，O為鉆頭處，P為井眼軸線的任意一點}在Ptnb中，I為鉆桂的切線方向的+EIKhN—CV—B單位向量，^為鉆柱的主法線方向的單位向+尸k·I0量，b為鉆柱的副法線方向的單位向量。傲單元鉆柱受力見圖2。一E1T+ElK~．Kb++_Ⅳ+flNb+Pk·^=0dl(EIK．Kb+KbM)一ElKdKb一+Nb-fl+Pk·b=O，rd、其中．F=n+F^+FbDgK)M一一M+M曲一一M+EIK圈1

7、三個坐標(biāo)系H蘭尸通過鉆柱的力平衡方程，一一，2M+(Ⅳ+，】Ⅳb)+(NbdF?H，一，Ⅳ)6力矩平衡方程一一flrN+mo維普資訊http://www.cqvip.com第20卷第4期李子豐劉希圣：水平井鉆柱穗態(tài)拉力一扭矩模型及其應(yīng)用·3·～=．害F蕭，在此計算過程中，鉆柱組合、井眼軌跡、摩擦系數(shù)等都是已知參數(shù)，邊界條件如下：=耳i，①起下鉆鉆柱下端的拉力和扭矩為零，即N：to1fTM((0)=