钻柱摩阻计算与分析

3钻柱摩阻计算与分析 ...................................................................................................... 1

3.1 摩阻研究的意义、现状及存在问题 ....................................................................................... 1

3.1.1 研究目的和意义 ........................................................................................................... 1 3.1.2 研究现状和发展趋势.................................................................................................... 2 3.1.3 摩阻分析存在的主要问题 ............................................................................................ 3 3.2 钻柱动力学基本方程 .............................................................................................................. 5 3.3 钻柱摩阻预测与分析 ............................................................................................................ 11

3.3.1 摩阻分析方法与对象.................................................................................................. 11 3.3.2 三维刚杆摩阻模型 ..................................................................................................... 13 3.3.3 三维软杆摩阻模型 ..................................................................................................... 22 3.3.4 摩阻分析结果的表述.................................................................................................. 29 3.3.5 摩阻预测与分析 ......................................................................................................... 31 3.3.6 摩擦系数反演 ............................................................................................................. 35 3.3.7 摩阻影响因素分析 ..................................................................................................... 35 3.3.8 计算结果验证与分析.................................................................................................. 37 3.4 钻柱的屈曲 ............................................................................................................................ 39

3.4.1 斜直井中杆管柱屈曲的微分方程 .............................................................................. 39 3.4.2 水平井段钻柱几何线性屈曲的数学模型 .................................................................. 44 3.4.3 水平井段钻柱几何非线性屈曲的数学模型 .............................................................. 45 3.4.4 斜直井段钻柱正弦屈曲和螺旋屈曲的临界载荷 ...................................................... 46 3.4.5 无重钻柱的几何线性螺旋屈曲 .................................................................................. 50 3.4.6 无重钻柱的几何非线性螺旋屈曲 .............................................................................. 52 3.5 实钻井眼轨道参数的插值计算............................................................................................. 55

3.5.1 概述 ............................................................................................................................. 55 3.5.2 典型轨迹模型插值 ..................................................................................................... 55 3.5.3 典型曲线的曲率和挠率.............................................................................................. 58

4 钻柱强度分析与校核 ................................................................................................... 64

4.1 钻柱应力状况分析 ................................................................................................................ 64

4.1.1 轴向拉力产生的拉应力.............................................................................................. 64 4.1.2 扭矩产生的剪应力 ..................................................................................................... 64 4.1.3 钻柱弯曲产生的弯曲应力 .......................................................................................... 65 4.1.4 屈曲产生的应力和接触压力 ...................................................................................... 65 4.1.5 内压力产生的拉应力.................................................................................................. 66 4.2 钻柱强度分析模型 ................................................................................................................ 67

4.2.1 钻柱抗拉强度 ............................................................................................................. 67 4.2.2 钻柱抗弯强度 ............................................................................................................. 68 4.2.3 钻柱抗扭强度 ............................................................................................................. 69 4.2.4 钻柱三轴应力强度 ..................................................................................................... 71 4.3 钻柱强度校核 ........................................................................................................................ 72

I

3钻柱摩阻计算与分析

3.1 摩阻研究的意义、现状及存在问题

3.1.1 研究目的和意义

随着油气田勘探开发的进行，钻井重点向深部、西部和海上发展。大位移深井、水平井、定向井钻井工作量显著增加。提高斜井、水平井、大位移井钻井技术水平，已成为石油工业的一个重要课题。

在钻井中，通常所钻井眼不可能完全垂直，钻柱与井壁间存在着接触压力，在钻柱运动时，由于摩擦作用，就会在钻柱上施加轴向阻力和旋转扭矩，使得轴向载荷增加、旋转扭矩增大，尤其是在大位移井和水平井中，由于其具有长水平位移段、大井斜角及长裸眼稳斜段的特点，因此存在较大的摩阻和扭矩。为了保证钻进作业的安全，避免钻柱发生强度破坏而造成井下复杂事故，对钻柱进行摩阻估计和计算，从而进行受力分析和强度校核是非常重要的。在大斜度、大位移深井钻井过程中，摩阻/扭矩的预测和控制往往是成功地钻井的关键和难点所在。开展摩阻、扭矩预测技术研究，在大位移井、大斜度深井的设计（包括钻井设备选择、轨道形式与参数、钻柱设计、管住下入设计等）和施工（轨道控制、井下作业等）阶段都具有十分重要的 …… 此处隐藏：5810字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……