水平井管柱下入摩阻分析及应用

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1、水平井管柱下入摩阻分析及应用作者：眭满仓　孟坤六　杜镰发布人：xilu222发布时间：2006-4-26上午11:06:42浏览次数：805【关键词】水平井,管柱,摩擦阻力,理论模型,计算【摘要】水平井造斜后井迹弯曲，使管柱入井时受到的阻力远比直井大，给钻井作业增加了难度，因此对管柱摩擦阻力的分析计算是保证管柱顺利入井的关键。通过建立管柱受力平衡方程，推导出水平井管柱入井时摩阻计算的力学模型，分析计算了在稳定和旋转方式下管柱入井时的大钩载荷和井口扭矩等重要技术参数的解析公式。实例计算分析表明，摩擦阻

2、力计算结果可为钻井设备选型、优化管柱参数和井身结构以及选择下入方式提供可靠依据。浏览字体设置：-10pt　+10pt12pt14pt16pt 　　SuiMancang(JianghanPetroleumUniversity,JingzhouCity,HubeiProvince),MengKunliu,DuLian.Analysisoffrictionondrillstringinhorizontaldrilling.CPM,1999,27(2):5～8　　Toensurethedrillstring

3、trippingsmoothlyinhorizontaldrilling,thefrictiononthestringmustbeanalyzedandcalculated.Byestablishingforceequilibriumequations,amechanicalmodelforcalculatingthefrictiononthestringissetup,andtheanalyticalformulasforcalculatingthehookloadandwellheadtorqu

4、ewhenthestringistrippedin.Anexampleoffrictioncalculationshowsthatthecalculationresultsprovideabasisfortheselectionofdrillingequipment,optimizationofdrillstemparametersandwellborestructure,andtheselectionoftrippingmodesofthedrillstring.　　SubjectConceptT

5、erms　　horizontalhole　　drillstring　　frictionalforce　　theoreticalmodelcalculation　　水平井造斜后井迹弯曲，使管柱入井时受到的阻力远比直井大，给钻井作业增加了难度。为解决管柱顺利下入井内的问题，国内外许多学者对其力学问题做了大量研究工作［1，2］。笔者认为，对管柱摩擦阻力即摩阻的分析计算，是保证管柱顺利下入井内的关键。目前，国内外关于摩阻计算的力学模型分为两大类：一类为柔杆模型［1～4］；另一类为柔杆加刚性模型［5］。尽管国

6、外学者在这方面做了大量工作，但能直接引用去指导生产的却非常少。我国在这方面所做工作很少。笔者将介绍研究水平井管柱下入摩阻计算的平面柔杆模型的建模与求解方法，以及计算实例。该项研究成果已在现场应用。管柱受力模型与求解　　保证水平井管柱顺利入井是一个相当复杂的问题，影响因素很多。为便于分析求解，假定井迹曲线为一平面曲线，井的曲率半径较大(中、大曲率半径)，可把管柱看作柔性杆，且井迹光滑无“狗腿度”，如图1所示。图1　井迹曲线1.水平段(CD)受力分析　　水平段管柱受力如图2所示。图2　水平段管柱受力　　

7、由此建立水平段管柱力学模型表达式　　　　　　　　　　　　　　　　　(1)　　由式(1)得到水平段轴力的解析式　　　　　　　　　　　　　　　　　　Fc=-We0LHμg(2)式中负号表示管柱受轴向压力。2.造斜段(BC)受力分析　　造斜段是水平井中管柱受力最复杂的一段，取BC弦上一微段，画出受力图如图3所示。图3　造斜段管柱受力　　按受力平衡条件列方程，经整理建立该段管柱平面模型力学表达式为　　　　　　　　　　　　　　　(3)　　以上公式为一阶线性常微分方程，由此可求出该模型的解析解　　　　　　　　　

8、　　　　(4)　　　　　　　　　　　(5)　　从以上两式可以看出，在BC段底部，管柱下入时所受轴向力为负，即轴向受压，此处N＞0；而处于上部时，受轴向拉力，N＜0。由于受力条件的连续性，在BC段一定存在一点，使N=0，此点对应的圆心角α=α1，且α0≤α1≤α2，该点一般称为临界点。当α0≤α≤α1时，N≥0，满足式(4)；当α1＜α≤α2时，N＜0，满足式(5)。　　在该井身曲线下，α0=0，故式(4)简化为　　　　　　　　　　　　(6)　　当0≤α≤α1时，将相应