石油钻井管柱摩阻扭矩计算课件.ppt

1、石油钻井管柱的摩阻扭矩计算石油钻井管柱的摩阻扭矩计算l 随着水平井、大位移井等大斜度定向井的出现，摩阻扭随着水平井、大位移井等大斜度定向井的出现，摩阻扭矩问题逐渐被人们认识和重视。矩问题逐渐被人们认识和重视。l 大斜度井的突出特点是水平位移较大，且大部分井段井大斜度井的突出特点是水平位移较大，且大部分井段井斜超过斜超过60，这使得在钻进、起下钻和下套管等作业过，这使得在钻进、起下钻和下套管等作业过程中摩阻扭矩问题非常突出。程中摩阻扭矩问题非常突出。l 摩阻扭矩过大，轻则会增加施工难度，延长作业时间，摩阻扭矩过大，轻则会增加施工难度，延长作业时间，重则使作业无法进行，导致井眼提前完钻或报废。重则

2、使作业无法进行，导致井眼提前完钻或报废。l 钻柱起钻负荷很大，下钻阻力很大；钻柱起钻负荷很大，下钻阻力很大；l 滑动钻进时加不上钻压，钻速很低；滑动钻进时加不上钻压，钻速很低；l 旋转钻进时扭矩很大，导致钻柱强度破坏；旋转钻进时扭矩很大，导致钻柱强度破坏；l 钻柱与套管摩擦，套管磨损严重，甚至被磨穿；钻柱与套管摩擦，套管磨损严重，甚至被磨穿；l 套管下入困难，甚至下不到底。套管下入困难，甚至下不到底。l 计算模型主要有三种：计算模型主要有三种：、计算模型其计算模型其都是都是从而求出摩阻扭矩。从而求出摩阻扭矩。l 软模型和硬模型都假设软模型和硬模型都假设，且，且。尽管硬模型考虑了管柱的刚性对摩阻

3、扭矩的影响，。尽管硬模型考虑了管柱的刚性对摩阻扭矩的影响，但其计算精度有时还不如软模型，因为但其计算精度有时还不如软模型，因为与与“”是不符合实际情况的。是不符合实际情况的。l 有限元模型假设与实际很接近，精度高，但有限元模型假设与实际很接近，精度高，但计算困难计算困难。WT1T2NF12eteneboRWT1T2NF12eteneboR 2/sin2coscossinsinsinsin2/cos2coscos122112 WWWWWWbntWT1T2NF12eteneboR bbnntWTTNWNWFTT2/sin2/sin2/cos2/cos2121 三个独立的未知数三个独立的未知数(T

4、T1 1，N Nn n,N Nb b，)，三个方程，故可以求解。三个方程，故可以求解。WT1T2NF12eteneboR 222222sin2 btnbnWWTWNNN 221octaDNMFWTTNF F：微元摩阻力，：微元摩阻力，N；M：微元摩扭矩，：微元摩扭矩，N-m；N：微元接触正压力，：微元接触正压力，N；：摩擦系数；：摩擦系数；a：微元轴向摩阻系数分量；：微元轴向摩阻系数分量；c：微元切向摩阻系数分量；：微元切向摩阻系数分量；T1：微元上端轴向力，：微元上端轴向力，N；T2：微元下端轴向力，：微元下端轴向力，N；Do：管柱外径，：管柱外径，m；n：微元转速，：微元转速，rpmVa：

5、微元轴向速度，：微元轴向速度，m/s起钻“+”下钻“-”sincos60arctancaaoVDnFWTTNFt21起钻起钻“+”；下钻；下钻“-”sincos60arctancaaoVDn、最下面的单元管柱下端的轴向力最下面的单元管柱下端的轴向力T2=0221octaDNMFWTTNF221octaDNMFWTTNFFWTTNFt21最下面的单元管柱下端的轴向力T2=WOBsincos60arctancaaoVDn、4500400035003000250020001500100050000100200300400500600700井口大钩载荷，(kN)井深，(m)17-1/2英寸井眼中 12-1/4英寸井眼中 8-1/2英寸井眼中 6英寸井眼中