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《侧钻水平井作业管柱的稳态拉力_扭矩模型和应用_李子丰》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、7114石油钻末工艺99年第9卷第期侧钻水平井作业管柱的稳’态拉力一扭矩模型及应用李子丰于洪江朱振锐韩淑鹃大庆石油学院石油工程系大庆石油管理局禾油工艺研充所,考虑井、、、摘要根据侧钻水平井的作业过程眼执进作业管柱的重力液体的浮力作业管柱,,与井壁的摩徐力等因素的影响建立了侧钻水平升作业管柱的德态拉力和扭矩模型结合大庆油田,。第一口侧钻水平井的设计过程给出了该模型的应用实例主题词侧钻水平井管柱力学分析方程,。,作者简介李子丰1962年生1983年毕业于大庆石油学院钻井专业1986年于该院石油机械;992田开发.1992工程专业获工学硕士学位J年于石油大学获油气工程专业工学博士学
2、位一1994年为哈尔滨工业大学航天工程与力学系博士后。现任石油工程力学研究室主任、副研究员、叉,。龙江省振动工程学会常务理辛兼副秘书长SPE会员,在油井作业中由作业管柱和井壁接触所产生的轴向阻力和扭矩损失对作业有很大的影,,,。响甚至成为作业成败的关键为此必须对油气井作业管柱的拉力和扭矩进行深入的研究,、、先进的拉力和扭矩模型尤其在与先进的地面扭矩大钩载荷井底扭矩和钻压的测量仪器结,可:合使用时达到,;(1)优选井眼轨迹使整个作业管柱的摩擦阻力和扭矩损失最小,;(2)选择和校核地面设备优化作业管柱设计;(3)监测井下问题;(4)指导下管柱作业(5。)确定作业管柱与井壁的接触压
3、力,垂直油气井作业管柱的拉力和扭矩研究已有较长的历史而定向井作业管柱拉力一扭矩,、。的研究仅有10年的历史但是理论发展迅速推广快定:。,向井钻柱拉力一扭矩模型有两类软钻柱模型和硬钻柱模型软钻柱模型应用较早;,、。,..简单且有一定精度硬钻柱模型应用稍晚复杂精度高1983年CAoJhansick考虑了定向井钻柱拉力、重力和井眼轨迹,首先建立了定向井钻柱拉力一扭矩模型(软钻柱模型)。此后,....。,MCeard和EEMa记lahSP对该模型进行了改进该类模型虽可以满足工程需要但有。198,一个缺点未考虑钻柱的刚度7年美国NL公司何华山博士提出了硬钻柱拉力一扭—“”“..”国家九
4、五科技攻关课题侧钻水平井作业苦柱力学分析的阶段成果李子丰等侧钻水平井作业管柱的德态拉力一扭矩模型及应用,,。,矩模型克服了软钻柱模型的缺点使该研究有了新的突破1992年李子丰建立了定向水平,。井钻柱稳态拉力一扭矩模型并获得了成功的应用,,本文在稳态拉力一扭矩模型的基础上考虑侧钻水平井作业管柱的特点建立了较为完,。善的侧钻水平井作业管柱稳态拉力一扭矩模型并结合第一口侧钻水平井的设计进行了应用一、基本假设(”作业管柱处于线弹性变形状态;(2)作业管柱横截面为圆形或圆环形;(3)井壁呈刚性;,,(4)在研究作业管柱的几何参数时认为作业管柱中心可以用井眼中心代替并与井壁连续接,;(5
5、)井内流体为宾汉流体密度为常数;(6)口井或某一井段为常数;(7)作触摩擦系数在某一,;;业管柱中动载不大可略去(8)作业管柱的温度变化对本文研究的作业管柱的受力影响不大(9)略去剪力对作业管柱弯曲变形的影响。二、坐标系,,。为了表达方便采用如下两个坐标系见图1,,(l)直角笛卡尔大地坐标系ONED原点O取在井口处N,,,;;轴向北单位矢量为字E轴向东单位矢量为了D轴向下单位矢量为龙。:,。,,:、。eee、eee、(2)自然曲线坐标系为()其中和分别为作业管柱变形线的切线方向、主法线方向和副法线方向的单位向量。三、几何方程,根据假设(4)作业管柱中心线的几何参数可用井眼轴线
6、的图1坐标系几何参数表示。设井眼轴线任意一点矢径为汽一汽l(),其中l为井眼轴线的弧长。由微分几何可知d汽et一丽det一den一dl一k、en(1)ne、bet=k一kdeb二于宁-一kdl1.Z之了1.lwe、1I1
7、dZ
8、,`七n汽d汽ó.,之虎.~刁2了雨了`丛__、(2)、’些’些尸Z3dldldl一*乏四、运动平衡方程取作业管柱微元受力如图2所示,其中户表示作业管柱的内力,万表示单位长度作业管,,柱上的外力耐表示作业管柱的内力矩碗表示单位长度作业管柱上的外力对作业管柱中心石油钻采工艺年第卷第期的力矩。通过受力分析,建立如下运动平衡方程M+△MF+△Fd户了`、`、
9、月户、尹.,一片任八jdl一d耐书_一一二;-一et厂一mOl1.作用在作业管柱上的外力作用在作业管柱上的,,;外力有(l)浮重垂直向下(2)井内液体的粘滞力与运,;动方向相反(3)作业管柱与井壁的正压力在接触点垂,;直于作业管柱表面(4)作业管柱与井壁的滑动摩擦力与运动方向相反;(5)摩擦力所产生的扭矩。为此万一己+舜+了+户(5)图2作业管柱徽元受力分析图(l)浮重矢量云一杯(6)nenbeb(2)正压力矢量可一N+N(7)(3)滑动摩擦力矢量。作业管柱在工作时,既有轴向运动,又有绕自身轴线的转动Z
