本科創(chuàng)新基金項目定向井管柱摩阻與扭矩計算申報書(編輯修改稿)
2025-06-27 16:38 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 扭矩分析的綜合力學(xué)模型 。 2) 分析目前 已有 的鉆 柱 屈曲計算模式和計算公式，建立適合于 定向 井摩阻扭矩力學(xué)分析的鉆柱屈曲計算模式 。 3) 分析摩阻扭矩的具體應(yīng)用，探討摩阻扭矩模型在井眼軌道設(shè) 計、鉆柱優(yōu)化設(shè)計、漂浮下套管分析、摩阻扭矩的實時監(jiān)測分析、以及井眼環(huán)空凈化等方面的具體應(yīng)用 。 關(guān)鍵問題在于 理解鉆柱屈曲影響，于 定向 井鉆井的特殊性，摩阻的作用往往使得鉆柱受壓產(chǎn)生屈曲，屈曲的鉆柱又將進一步的增大摩阻， 定向 井中鉆柱的屈曲不可避免，因此研究鉆柱的屈曲問題非常重要。根據(jù)屈曲的形態(tài)鉆柱的屈曲可分為正弦屈曲和螺旋屈曲，諸多文獻都給出了鉆柱屈曲的計算公式。鉆柱的屈曲對摩阻和扭矩有很大的影響，對于 ，垂直井段和 傾斜井段， Wu Jiang博士建立了螺旋彎曲后的軸向載荷的微分方程，根據(jù)不同的井眼條件對上微分方程 進行了求解，得到軸向載荷計算公式。正弦屈曲很易發(fā)生， 正 弦屈曲對摩阻扭矩的影響不大，而螺旋屈曲將很大程度地增加側(cè)向載荷，從而增大摩阻和扭矩，當井斜較大時，螺旋屈曲不易發(fā)生，反而在井斜較小或直井中螺旋屈曲是很容易發(fā)生的。 研究的主要方法 鉆柱單元體摩擦力的計算 鉆柱單元體摩擦力的計算 在鉆井作業(yè)中，鉆柱與井壁的摩擦力分布于整個鉆柱上，其影響主要體現(xiàn)在大鉤載荷和扭矩載荷的變化上，為了便于分析，將整個鉆柱分為若干單元段，通過每一個單元桿件進行受力分析，再疊加，從而求得結(jié)果。一般情況下，鉆柱表面某點的運動實際就是一種復(fù)雜的螺旋運動。在彎曲井段中，取一鉆柱單元，如圖一所示， V 為鉆柱表面某點的絕對速度， Vt 為鉆柱表面某點的軸向速度，即鉆進速度， Vn 為鉆柱表面某點的周向速度，與轉(zhuǎn)速有關(guān)。 Ff 為鉆柱表面的摩擦力， Ft 為鉆柱表面沿軸向摩擦力分量， Fn 為鉆柱表面沿周向摩擦力分量。 其中， f 為摩擦系數(shù)， N 為鉆柱與井壁間的擠壓力。 當是動力鉆具鉆進時，鉆柱不轉(zhuǎn)動，鉆柱軸向 摩擦力即是總摩擦力 F= f N t 。 鉆柱單元體軸向力和扭矩的計算 在彎曲井段中，取一鉆柱單元 ds 長度，位于空 間一斜平面上，如圖二所示。其中， N 為鉆柱與井壁間的擠壓力；單位長度鉆柱在鉆井液中的重為 Wg； T 為鉆柱單元一端部的軸向力； M 為鉆柱單元一端部的扭矩； θ 和 φ 分別是井斜角和方位角； r和 R 分別是鉆柱半徑和該微段的曲率半徑。根據(jù)受力分析，并略去高階無窮小量進行化簡，可得 為研究方便，作如下假設(shè)：井斜角和方位角沒有同時變化；鉆柱全長與
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