钻柱摩阻计算与分析(10)

全系数来反映钻柱的安全性。另外，由于井斜和狗腿是对钻柱的摩阻贡献最大，为反映这两个参数与摩阻的关系，在钻柱的拉力/扭矩——井深曲线图上也一并绘出这两个参数。此外，由于钻柱存在摩擦阻力的根源在于法向正压力的存在，因此，为了清晰反映摩阻的变化，在钻柱的拉力/扭矩——井深曲线图上还要绘出法向正压力。为了反映钻柱是否发生屈曲，该在曲线图中将钻柱的稳定性情况也一并绘出。基于上述考虑，最后绘出钻柱的综合拉力/扭矩——井深曲线图，如图3.7所示。为了清晰表示出各个参数，这里借用了测井曲线图的绘制方法，即采用多轨曲线绘制方法，不同参数绘制在不同轨道中。在目前已有的摩阻分析软件中，此种绘制方法尚不多见，然而由于该方法能够在一张图中清晰反映出钻柱的受力和摩阻情况与其关键影响因素的关系，因此代表了钻柱摩阻曲线绘制方法的发展方向。与传统摩阻曲线绘制方法绘制的摩阻曲线不同，图3.7更能清楚反映钻柱的受力和摩阻与井斜及狗腿的关系。

图3.7综合拉力/扭矩-井深曲线图（静态分析）

在动态摩阻分析中，由于仅考虑井口载荷的变化，因此在绘制井口拉力/扭矩——钻头深曲线时，仅绘出拉力和扭矩曲线，另外，由于摩擦系数取值的准确度问题，在此图中分别绘出对应不同摩擦系数取值的拉力/扭矩的上下限，即给出的是拉力/扭矩的变化范围，这对于指导钻井设计和施工更具有实际意义，因为实际的摩擦系数在事前是根本无法确知的，但其大致范围是大致明确的。图3.8

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是动态摩阻分析时的井口拉力/扭矩——钻头深曲线图。

图3.8综合拉力/扭矩-井深曲线图（动态分析）

3.3.5 摩阻预测与分析

分析和预测摩阻是钻柱摩阻研究的核心问题，本章前几节建立了钻柱摩阻分析的数学模型和分析方法，本节主要讨论钻柱摩阻分析的具体过程，涉及输入数据、计算方法和分析结果三方面的内容。 1）输入数据

在确定用于摩阻分析的模型和分析方法后，需要准备用于执行分析计算的数据，这些数据主要包括：

（1）工程数据

指与工况或管柱在井筒内运动状态有关的数据，而其他诸如井眼轨迹数据、井身结构数据、管柱数据、泥浆数据等另列。这里所指工程数据包括：

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⑴ 工况——指滑动钻进、转盘钻进、起钻、下钻、离底空转、划眼、倒划眼等钻柱工作状态。

⑵ 钻头深——进行静态摩阻快照分析计算时钻头深度，单位：m； ⑶ 当前井深——当前井底的深度，用于判断当前钻具组合和井身结构（套管层次与井眼直径），单位：m；

⑷ 钻压——正常钻进时作用在钻头上的平均钻压，单位：kN； ⑸ 钻头扭矩——正常钻进时作用在钻头上的平均扭矩，单位：kN.m； ⑹ 管柱运动速度——起下钻中钻柱运动速度，钻进时的机械钻速，或下套管时套管的运动速度，单位：m/min；

⑺ 钻柱转速——旋转钻进或划眼钻进时转盘的平均转速，单位：rpm； ⑻ 套管摩阻系数——套管内的平均摩阻系数，无量纲； ⑼ 裸眼摩阻系数——裸眼段的平均摩阻系数，无量纲； （2）井身结构数据

包括套管层次、井眼直径、套管内径、套管下深、套管顶深等数据。 如果要进行套管柱的摩阻分析计算，则需要输入具体套管柱组合的数据，具体内容可参照钻柱组合的数据内容。

（3）钻柱组合数据

钻柱组合数据包括钻柱组合编号、最大钻深、钻头直径以及工艺数据如钻压、钻柱转速、泵压、排量等。工艺数据与工程数据互为补充，二者有一即可。对于具体的钻柱组合包括如下项目；

⑴ 钻具类型——构成一套钻具组合的各具体钻具的类型，如钻头、钻挺、钻杆等；

⑵ 钢级——不同钻具的材料性质，主要针对钻杆、钻挺、加重钻杆； ⑶ 外径——不同钻具的外径（通径），单位：mm； ⑷ 内径——不同钻具的外径（通径），单位：mm； ⑸ 单位重量——每米钻具在空气中的重量，单位：kN／m； ⑹ 密度——用于计算钻柱在泥浆中的浮重系数，kg/m3； ⑺ 长度——不同钻具的段长，单位：m； ⑻ 屈服强度——用于强度校核，单位：kpa；

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⑼ 抗拉强度——取本体和接头抗拉强度之小者，单位：daN；

⑽ 抗扭强度——取本体和接头抗扭强度及上扣扭矩之小者，单位：daN； ⑾ 弹性模量——用于计算钻柱的刚性变形，单位：kpa； （4）井眼轨迹数据

不论是设计轨迹还是实钻轨迹，参与摩阻计算的轨迹数据从形式和内容都是一致的，轨迹数据包括测深（m）、井斜角（?）、方位角（?）三项内容。

（5）泥浆性能数据 泥浆性能数据包括

⑴ 泥浆密度——用于计算钻柱在泥浆中的浮重系数，单位：kg/m3； ⑵ 泥浆粘度——用于计算钻柱所受粘滞力，单位：cp； ⑶ 泥浆切力——用于计算钻柱所受粘滞力，单位： （6）实测载荷数据

实测载荷数据主要用于摩擦系数的反演、粘卡及其他异常情况的监测和事后分析。主要包括如下数据：

⑴ 钻头深度——测量数据时的钻柱组合的钻头深度，单位：m；

⑵ 工况——测量数据时钻柱所处的工况，指起钻、下钻、滑动钻进、转盘钻进、离底空转、划眼或倒划眼等。不同工况可能需要测量后面的几项或全部数据，例如起下钻时就不存在扭矩和钻压数据，离底空转时就不存在钻柱移动速度数据等。在进行摩擦系数反演时，工况最好选择离底空转，因为此时的转盘扭矩几乎完全反映了钻柱所受到的摩擦情况；而起下钻则是分析轴向摩擦（离底旋转工况下可能存在局部小规模的转动摩擦）的最佳工况；如无特殊需要，建议不要选择钻进工况进行摩擦系数反演，以避免钻压和钻头扭矩测量不准的影响。

⑶ 钩载——或悬重，实际测量的大钩载荷，单位：kN； ⑷ 转盘扭矩——实际测量的转盘扭矩，单位：kN.m； ⑸ 钻压——钻进时钻柱作用给钻头上的压力，单位：Kn； ⑹ 钻头扭矩——钻进或划眼时钻头处的扭矩，单位：kN.m；

⑺ 钻柱轴向移动速度——指起下钻时提放钻柱的速度和钻进时的机械钻

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速，单位：m/min；

⑻ 钻柱转速——也就是转盘旋转速度，单位：rpm；

显然实测数据包含了大部分第（1）项数据——工程数据中所描述的大部分数据，但不包括摩擦系数，取而代之的是钩栽和转盘扭矩，因此由第（2）~（6）项数据，即可以反演出摩擦系数。

原则上，有了上述（1）~（5）项数据即可进行摩阻分析计算，第（6）项数据只是用于摩擦系数的反演和校核。但是除了这些数据，还应包括摩阻分析井的名称等信息，尽管这些信息对于摩阻计算本身并无价值，但可用于标识分析档案。

另外，需要补充说明的是，为进一步提高摩阻模型的理论精度，可将管柱内外的液体密度区别对待，以便更精确地计算管柱浮重；倘如此，则需要分别输入管柱内外的液体密度。再者，如果进行漂浮下套管的摩阻分析，则需要输入漂浮接箍的下入深度。 2）计算方法

由于摩阻的计算的实质对每一个计算单元求解一个非线性方程阻，而每一个计算单元的边界条件与相邻单元相关，因此，在计算摩阻时，应该从管柱端部开始，因为，只有管柱的端部才存在已知的边界条件。清楚了这一点，就容易理解，为什么计算摩阻时常常从管柱的底部开始，由下至上逐单元进行计算了。

需要注意的是，由于单元体的划分与轨迹数据点并不完全对应，需要对单元体端点的轨迹参数进行插值计算获得，关于插值方法详细讨论参见第3.5节（实钻井眼轨道参数 …… 此处隐藏：1359字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……