鉆柱拉力扭矩模型在側(cè)鉆水平井中的應(yīng)用

《鉆柱拉力扭矩模型在側(cè)鉆水平井中的應(yīng)用》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、鉆井工程天然氣工業(yè)2007年1月3鉆柱拉力扭矩模型在側(cè)鉆水平井中的應(yīng)用1,2123張寶增王瑞和張春玲李子豐(1.中國石油大學(xué)2.中國石油大港油田集團有限公司3.燕山大學(xué))張寶增等.鉆柱拉力扭矩模型在側(cè)鉆水平井中的應(yīng)用.天然氣工業(yè),2007,27(1):68271.摘要在油氣井作業(yè)中,由于鉆柱和井壁接觸所產(chǎn)生的軸向阻力和扭矩?fù)p失對鉆井和修井作業(yè)均有很大的影響,甚至成為作業(yè)成敗的關(guān)鍵。鉆柱的拉力和扭矩分析是水平井和大位移井設(shè)計和施工的重要內(nèi)容。為此,介紹了鉆柱拉力扭矩分析的數(shù)學(xué)模型、鉆柱穩(wěn)定性判別方法和屈曲后的附加壓力和附加應(yīng)力的鉆柱強度校核方法。對鉆進過程中的G10425CP12側(cè)鉆

2、水平井鉆柱的各種運動狀態(tài)進行了力學(xué)分析。計算表明,在正常施工過程中鉆柱一直處于穩(wěn)定狀態(tài),具有比較大的安全系數(shù)。主題詞鉆井鉆柱拉力扭矩大港油田水平井鉆柱拉力—扭矩模型有兩類:軟鉆柱模型和硬其中et、en和eb分別為鉆柱變形線的切線方向、主法鉆柱模型。軟鉆柱模型應(yīng)用較早,簡單且有一定精線方向和副法線方向的單位向量。度,硬鉆柱模型應(yīng)用稍晚、復(fù)雜、精度高。1983年C.(3)鉆柱拉力扭矩微分方程。鉆柱拉力扭矩微A.Johansick考慮了定向井鉆柱拉力、重力和井眼軌分方程組為:跡,首先建立了定向井鉆柱拉力—扭矩模型(軟鉆柱dMt=f1RoN+m0模型)。1987年,美國NL公司何華山博士提

3、出了硬dl鉆柱拉力—扭矩模型,克服了軟鉆柱模型的缺點,使dFt+EIKdkBb-f2N-Cv-B+qket=0dldl該研究有了新的進展。1992年,李子豐建立了定向2dkb2水平井鉆柱穩(wěn)態(tài)拉力—扭矩模型,并獲得了成功的-EI2+kbFt+EIknkb+knkbMt(1)dl應(yīng)用。+Nn+f1Nb+qken=0一、鉆柱拉力扭矩模型-d(EIknkb+kbMt)-EIkdkbn+Nbdldl(1)基本假設(shè)。①鉆柱處于線彈性變形狀態(tài);②-f1Nn+qkeb=0鉆柱橫截面為圓形或圓環(huán)形;③井壁呈剛性;④鉆柱τ02μ3+其中:m0=2πRoω;與井壁連續(xù)接觸;⑤井內(nèi)流體密度為常數(shù),賓厄姆流

4、v2+(R2Dw-2Rooω)體;⑥摩擦系數(shù)在某一口井或某一井段為常數(shù);⑦鉆2πRoτ0v2πμB=;C=柱中動載不大,略去;⑧略去鉆柱的溫度變化;⑨略v2+(Roω)2Dwln2Ro去剪力對作業(yè)管柱彎曲變形的影響;⑩把一切引起軸向阻力和旋轉(zhuǎn)扭矩增加的因素都等價于鉆柱與井f1=Roωf;f2=vf;2222v+(Roω)v+(Roω)壁摩擦系數(shù)的變化。22(2)坐標(biāo)系。采用如下兩個坐標(biāo)系:①直角笛卡N=Nb+Nn爾大地坐標(biāo)系ONED,原點O取在井口處,N軸向式中:Mt為鉆柱內(nèi)的扭矩,N·cm;l為從井口開始北,單位矢量為i;E軸向東,單位矢量為j;D軸向的井眼軸線的弧長,cm;Ro

5、為鉆柱的外半徑,cm;N下,單位矢量為k。②自然曲線坐標(biāo)系(et,en,eb),為鉆柱與井壁的線接觸壓力,N;Ft為鉆柱的軸向拉3本文系中國石油天然氣集團公司科技攻關(guān)項目。作者簡介:張寶增,1964年生,博士研究生,教授級高級工程師;1986年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院鉆井工程專業(yè);2005年于南開大學(xué)工商管理碩士研究生畢業(yè),現(xiàn)任中國石油大港油田集團有限公司副總經(jīng)理。地址:(300283)天津市大港區(qū)大港油田。電話:(022)25966116。E2mail:zhangbz@tjdgoil.com·68·第27卷第1期天然氣工業(yè)鉆井工程2力,N;E為鉆柱材料的彈性模量,N/cm;I為鉆柱式中

6、:α為井斜角,(°);rb為井筒半徑與鉆柱外半徑4截面慣矩,N/cm;Kb為井筒曲率,(°)/30m;v為鉆之差,cm。柱起出速度,m/s;q為單位長度鉆柱的浮重,N/cm;2.正弦屈曲狀態(tài)K為直角笛卡爾大地坐標(biāo)系ONED的單位矢量,垂2EIqsinαEIqsinα若-2≤Ft<-2直向下;Kn為井筒撓率;Nn為N在en方向上的分rbrb量,N;Nb為N在eb方向上的分量,N;ω為鉆柱的(7)角速度,rad/s;τ0為鉆井液的動切力,Pa·s;Dw為則桿管柱處于正弦屈曲狀態(tài)。發(fā)生正弦屈曲后,會井筒直徑,cm;f為鉆柱與井壁的摩擦系數(shù)。有附加的鉆柱與井壁的正壓力產(chǎn)生,但數(shù)值不大,且(

7、4)邊界條件。難以計算,故略去。附加彎曲應(yīng)力為:0.921)監(jiān)測鉆柱與井眼的摩擦系數(shù)、鉆柱受力狀態(tài)σ2yrb0.08EIqsinαbc≈0.3151(-Ft)-Ft-2和鉆柱與井壁的接觸壓力。Irb通過作業(yè)過程中測得的大鉤負(fù)荷和轉(zhuǎn)盤扭矩,(8)可以監(jiān)測鉆柱與井眼的摩擦系數(shù)、鉆柱受力狀態(tài)和式中:y為計算點到鉆柱彎曲中性面的距離,cm。鉆柱與井壁的接觸壓力。3.螺旋屈曲狀態(tài)Ft(L)=02EIqsinα若Ft≤-2(9)rbMt(L)=0①起下鉆過程(2)則桿管柱處于螺旋