水平井钻柱摩阻、摩扭分析 张宗仁 一、文献调研与综述 在水平井中，由于重力的作用，钻具总是靠着井壁（或套管）的，其接触面积就比直井大很多所产生的摩擦力和扭矩将会大大的增加。对管柱的的摩擦阻力和轴向拉力研究计算，保证钻井管柱（钻柱或则套管，油管）的顺利上提和下放。如今，国内外已经有很多关于磨阻计算的力学模型，主要分为两大类：一类为柔杆模型，另一类为柔杆加刚性模型。 1．1约翰西克柔杆模型： 约翰西克(Johansick)在 1983年首次对全井钻柱受力进行了研究，为了研究的方便，在研究过程中.他作了以下几点假设: (1)钻柱与井眼中心线一致； (2)钻柱与井壁连续接触: (3)假设钻柱为一条只有重量而无刚性的柔索； (4)忽略钻柱中剪力的存在: (5)除考虑钻井液的浮力外忽略其他与钻井液有关的因素。 在此假设条件下，建立了微单元力学模型，根据单元的力学平衡，推导出如下的拉力、扭矩计算公式: 1222cos[(sin)(sin) ]tTWNMNrNTTW 式中： T:钻柱单元下端的轴向拉力， N； Mt:钻柱扭矩，N.m； N:钻柱与井壁的接触正压力， N； W:钻柱在钻井液中的重量，N； u:钻柱与井壁的摩擦系数； r:钻柱单元半径； a,△a,△ :平均井斜角，井斜角增量，方位角增量;起钻时取“+”，下钻时取“-”。 1．2二维模型: Maida等人对拉力、扭矩进行了平面和空间的分析，建立了应用于现场的二维和三维的数学模型。他建立的二维模型和三维模型如下: 111211111**[(1)(sinsin)2(coscos)]1exp[()](exp[()](AiAiBiiBiiBBiiBiiiiiqRFA FCaAaCaAaAaaAaallaai起钻)下钻)R= 式中B 为摩擦系数，li 计算点井深，FAi 为计算点轴向载荷， C1、C2 为符号变量，其取值由表1-1 给出： 表1-1 不同工作状况下C1,C2的取值 井段 工况 钻柱与井壁接触情况 C1 C2 增斜井段 起钻 上井壁 +1 -1 下井壁 +1 +1 下钻 上井壁 +1 +1 下井壁 +1 -1 降斜井段 起钻 下井壁 -1 +1 下钻 下井壁 -1 -1 1．3三维模型： 221111( )( )( )( )( )[( )][( )]( )( )* ( )( )* ( )( )* ( )arccos[cos()*sin*sincos*cos]24( )( )(1) 1AuBsNANbpubpiiiiiiiisFq lC l qldlF lqlq lqlR lq lqlq lq b lqlqp lllRaaaaC ll 式中u(l)...
