大斜度井作业管柱摩阻力学模型.pdf

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1、研穷与分析·机械研究与应用·大斜度井作业管柱摩阻力学模型郑伟，张强，汪国欣，李燕青，胡珊珊(长江大学机械工程学院，湖北荆州434023)摘要：摩阻分析对大斜度井施工具有重要的影响，因其具有水平段、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。在归纳总结前人工作基础上，建立了磨铣打捞管柱摩阻的力学模型和数学模型，对钻柱设计、管柱下入和井下作业等阶段都具有重要的指导意义。关键词：大斜度井；摩阻；力学模型中图分类号：TH12文献标识码：A文章编号：1006—4414(2010)05—0039—02Frictionalresistance

2、forcemodelofoperationstringinlargedisplacementwellZhengWei，ZhangQiang，WangGuo—xin，LiYan—qing，HuShan—shan(Mechanicalengineeringcollege，Yangtzeuniversity，JingzhouHubei434023，China)Abstract：Frictionalresistanceforceanalysisisimpo~anttolargedisplacementwel1．Becauseofitslevelandlargeang

3、lecharacteristics，thecontroloffrictionalresistanceforceisvitaltolargedisplacementwell，anditisthekeyanddificult，basedonthesummaryofpreviouswork，themechanicalmodelandmathematicalmodelareestablished，ithasalotofguidingsignificancetothem．Keywords：largedisplacementwel；frictionalresistanc

4、eforce；forcemodell前言计算结果具有更高的精度，但用于曲率较小刚度较小摩阻分析对水平井施工具有重要的影响，尤其对的平滑井眼中，计算结果收敛困难，对测点数据敏感，于大斜度井而言，因其具有长水平段、大井斜角等特解的稳定性较差。点，摩阻的预测和控制是成功地完成大斜度井修井的2．1大斜度井三维摩阻扭矩分析刚杆模型关键和难点所在。事实上，在整个钻进、完井及修井建立如图1所示的坐标系。Ⅳ轴、E轴、轴分过程中，管柱的摩阻研究都很重要，它对井眼设计，包别指向地理北向、地理东向、重力方向，它们相互垂括钻井设备选择、钻柱设计、管柱下入，施工过程中轨直，组成固定坐

5、标系。e，、ee分别是井眼轴线的切迹控制和井下作业等阶段都具有指导意义⋯。线方向、主法线方向、副法线方向的单位矢量，它们相在水平井及大斜度井中，由于管柱自重及井眼弯互垂直，组成自然坐标系。曲等多种因素的作用，导致了较大的摩阻力。提高摩阻计算精度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，可以预测钻柱下人的难度，以便选择合理钻柱组合和正确的下入方法，或考虑是否需采用特殊工具；②能够准确计算钻柱的轴向载荷，以便进行套管柱强度设计与校核。2大斜度井三维摩阻扭矩模型J，H国内外学者对摩阻进行了大量的研究工作，分别图1三维摩阻分析的坐标系图建立了

6、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，软绳模型在曲率不大的光滑井眼条在钻柱上取一单元段ds，通过力学分析，可得下件下，用来计算由刚度较小的常规钻杆组成的钻柱段面方程组：的摩阻能够给出足够的精度。因此，现在有的商业软a件仍在采用，但应用在井眼曲率变化较大或钻柱刚性-ir+／(2E)]：一g±Cf,ⅣQs较大的，会产生明显误差；刚杆模型在曲率较大的井=。[A(5)+CB(s)]／(1+)眼或由刚度较大的加重钻杆组成的钻柱段条件下，其·项目：省部共建”石油天然气装备”教育部重点实验室资助项目(2006STS02)收稿日期：2010—08—27作者简

7、介：郑伟(1985一)，男，湖北宜昌人，在读硕士，研究方向：石汕钻井及机械设备。·39·研夯与分析·机械研究与应用·Ⅳn=[e(s)一CA(s)]／(1+c)AT=qLcosa±Fd=qL(CO$Ot+fsina)式中：起升管柱时，取“+”号；下放管柱时取“一”号。警ND2则轴向载荷：其中：=[A(s)A(s)+B(s)B(s)]／(1+c)=一AT3．2垂直井段部分A(s)：一+bM+b)+qn]nS可认为垂直井段磨铣打捞管柱无接触摩阻，而只受浮重作用，这时计算井段管柱摩阻力为零，轴力增)=未M+k．M)警量为管柱浮重，即△=qL。式中：为轴向拉力；M为弯

8、矩；M为扭矩；E／为抗3．3弯曲井段弯刚度；q为钻柱