大斜度井,水平井套管扶正器最佳间距计算

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1、维普资讯http://www.cqvip.com苇5卷第4期中国海上油气(工程)Vol5．Not】993年8月CHINAOFFSHOREOILANDGAS(ENGINEERING)Aug，1993大斜度井、水平井套管扶正器最佳间距计算／望△渤海技术服务公司7摘要本文介绍j大斜井、水平井毒管扶正器最佳间距的计算方法。以前计算喜管扶正器安装间距的方法没有考虑管内、外液体密度差，在1-斜度井和直井中由密度差产生的径向力可以忽略不计，但在大斜度井、水平井中这种力是不可忽视的。该方法在原计算方法的基础上补充并考虑j全

2、角方位变化率(严重狗腿度)对径向力的影响。，关键词：大斜度井水平井固质量套管扶正器最佳间距’，～一丁一～～一、前言提高大斜度井、水平井固井质量的关键是合理使用套管扶正器以保证套管在环空井眼中居中，井在固井时活动套管。众所周知，在定向井内，因套管柱自身质量所产生的径向力随井斜角的增加而增大，活动套管时，由径向力产生的摩阻力也随并斜角的增加而增大。摩阻力的上升提高了套管柱的轴向力，同时也增加了套管柱的径向荷载。在一般定向井中，由于井斜角较小，套管内外液体密度差产生的径向力可忽略不计。但在大斜井、水平井中这种力需

3、给予重视。大斜度井、水平井由于井斜角度较大，方位角的任一变化都会产生严重的全角变化率，从而导致径向力的增加。所以在设计大斜度井、水平井的套管扶正器最佳间距时，除了考虑重力因素，还要考虑摩阻力、三维空间井眼曲率的变化及管内外液体密度整等因素的变化。二、套营柱质量和管内外液体密度差所产生的径向力的计算套管内外密度差所产生的径向力，是考虑水泥浆将出套管鞋时，管内充填水泥浆的井段计算水泥浆密度和相同井段环空钻井液密度差产生的径向力。W，一0．0785(pG,d一pG．D)+W(1)式中：——套管在环空中的单位长度当

4、量质量，kg／m}维普资讯http://www.cqvip.com第5卷第4期谭树人t太{度井水平井套管扶正毒屉佳间距计算IV,——套管在空气中的单位长度质量，kg／mf岛-——浮力系数，Br=l—p(1-／7．85}P——水泥浆密度，kg／]}P(r一泥浆密度，kgllfd——套管内径，CiTtID——套管外径，CiTt。则套管柱自身质量和套管内外液体密度差所产生的径向力：N．一sin口．(2)式中tⅣl——套管柱质量和管内外液体密度差产生的径向力，kgf，(1kgf=9．8N)f4己一所要计算井段的套管

5、长度，mf——计算井段顶部井斜角和底部井斜角的平均值．=(+一．)／2三、稳斜井段和水平井段的轴向力计算所研究井段套管柱的两端承受着轴向荷载。此轴向荷载是套管柱的重力和活动管时所产生的摩阻力的合力．=∑[(c0s+sin)](3)J’(4)一1=一虬(cos+sin)式中t——被研究井段套管柱两端的轴向力f——裸眼井段或者在上一层套管柱内的摩阻系统{sin——由摩阻力产生的轴向荷载。其它符号表示内容同前。四、造斜井段的轴向力计算1．三维空间井眼全角变化率计算(1)井斜变化率L=(一qr_1)／△L(5)(2

6、)垂直平面曲率半径R：=57．3△

7、L／(口．一口一．)(6)(3)水平投影位移^．=R：(cos一cos一1)(7)(4)方位角变化率=(一．)／A，(8)J_____●'●^-_●。●。。。。。。__一(5)井眼全角变化率，(。)／30mDLS=30~，b：sin‘+，：(9)2．所研究井段的曲率半径，mR=57．3／DLS(10)3．造斜井段的轴向力计算计算条件：(1)计算所研究造斜井段的剖面时，要把该井段的井眼全角变化率(狗腿度)作为此剖面维普资讯http://www.cqvip.com中国海上袖气

8、(工程)l993年的造斜速率。(2)该造斜速率在所研究井段是一恒定值。(3)套管在造斜段与井壁垒面接触，并和该井段的井眼剖面有同一剖面曲线。如图1所示：在起下钻作业过程中，长度为△L的微分单元在．27轴和轴上的力的平衡方程式轴：r丁+ZXT)cos(△2)一Tcos(△2)一F，尺A．p_、一WR／',dpsin(P+△2)0(11)轴：(了1+△71)sin(△2)+Tsin(△2)+ⅣR△一WR△cos(+△2)一0(12)F，一lⅣl(13)当微分单元和井眼在高边接触时径向力是负值。3当△趋近于0时，

9、对式(11)、(12)和(13)微分，若圉i遣拿1井段音向力分析Ⅳ()≥0，则可推导出d7()／d一一r(∞+WR(cos+sin(14)若Ⅳ(≤0t则d丁()／d俨=丁()一u，-R(coss；n(15)起钻时：Ⅳ(cos一丁()／R(16)求得式(14)和(15)的解，当≥≥时：丁(∞竺[丁(儡)一Asin一Bcos体]一’+Asin+Bcos(17)当≥≥竹时，丁()=[丁()+Asn一Bcos]^’一As