【正文】 效的一種。其工藝簡(jiǎn)述于下：(1)注開窗水泥塞目前用于注水泥塞的水泥漿體系是 2039kg/m3 的 G 級(jí)配方，添加,水泥成批混合，通過連續(xù)油管作業(yè)機(jī)注入開窗部位，在井底條件下有 5h 的稠化時(shí)間。使用尼龍加強(qiáng)材料可增加磨銑所形成的水泥斜面的耐久性。(2)鉆導(dǎo)引孔在水泥塞上鉆導(dǎo)引孔至開窗點(diǎn)，該點(diǎn)位于新老井眼交匯處。導(dǎo)引孔的形狀確定了其他階段的磨銑操作。鉆導(dǎo)引孔采用常規(guī)的短拋物線型金鋼石鉆頭，接著下 1176。彎外殼可定向的容積式馬達(dá)。導(dǎo)引孔有近邊導(dǎo)引、遠(yuǎn)邊導(dǎo)引和曲線導(dǎo)引三種幾何形狀，大多數(shù)井中采用曲線導(dǎo)引，因其易于定向和可預(yù)測(cè)造斜，且從直井眼段經(jīng)過平緩的導(dǎo)引曲率段到窗口的最高曲率處過渡平滑，減小了井下鉆具組合穿過窗口的阻力。(3)磨銑窗口開窗的最后一個(gè)步驟是磨銑窗口。導(dǎo)引孔鉆至接觸套管壁，使磨銑井下鉆具組合保持在正確的方位上，水泥斜面從開始就支持著磨鞋和馬達(dá)彎外殼產(chǎn)生所需的切削力。開窗井下鉆具組合為：鉆鋌+定向工具+2176。～3176。 雙彎外殼井下馬達(dá)+磨鞋，鉆鋌用于向磨鞋提供所需的鉆壓。在開窗作業(yè)中，最重要的技術(shù)之一是吊打,吊打的關(guān)鍵是鎖住注入頭一段時(shí)間磨銑套管，從而使磨鞋磨進(jìn)套管 。吊打步驟完成以后，恢復(fù)定時(shí)鉆井，如果磨鞋在 左右范圍內(nèi)開始獲得鉆壓，表明磨鞋保徑已經(jīng)切入套管，可以加鉆壓磨銑窗口。隨著起始磨鞋和導(dǎo)引孔的改進(jìn)，吊打的時(shí)間已經(jīng)大大縮短。一趟磨鞋的逐步成熟，使一趟開窗成為可能，不僅節(jié)約了開窗時(shí)間，節(jié)省了費(fèi)用，而且可以避免第二趟磨鞋下井銜接的準(zhǔn)確性問題。(4)側(cè)鉆開窗完成后，首先鉆造斜段和穩(wěn)斜段，最后鉆水平井段，側(cè)鉆工藝與常規(guī)側(cè)鉆類似。第 4 章 連續(xù)油管受力分析及工作特性 連續(xù)油管軸向載荷分析軸荷分析是連續(xù)油管工作力學(xué)特性分析中的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容。為了便于分析，本文將整個(gè)管柱分為若干桿柱單元段，通過對(duì)每一個(gè)單元桿柱進(jìn)行受力分析，疊加摩擦力的影響，從而求得整個(gè)連續(xù)油管柱的軸向載荷。對(duì)連續(xù)油管的軸向載荷分析，本文運(yùn)用兩種模型加以討論：(1)考慮管柱剛度影響的剛桿模型(StiffString Model)；(2)不考慮管柱剛度影響的軟桿模型（SoftString Model)。兩種模型在石油鉆井中都得到了廣泛的應(yīng)用，軟桿模型主要用于井眼曲率變化較小的井眼，而剛桿模型在井眼曲率變化大的井眼中具有更高的精確度(如中小曲率半徑的水平井、側(cè)鉆水平井)。對(duì)于連續(xù)油管，軟桿模型較好。 管柱三維剛桿模型(1)基本假設(shè)條件 管柱與井壁連續(xù)接觸，管柱軸線與井眼軸線一致； 井壁為剛性； 管柱單元體所受重力、正壓力、摩阻力均勻分布； 計(jì)算單元體為空間斜平面上的一段圓弧。(2)模型建立圖 微元段管柱受力分析在井眼軸線坐標(biāo)系上任取一弧長(zhǎng)為 ds 的微元體 AB，并對(duì)其進(jìn)行受力分析，以 A 點(diǎn)為始點(diǎn)，其軸線坐標(biāo)為 s， B 點(diǎn)為終點(diǎn)，其軸線坐標(biāo)為 s十 ds，此單元體的受力如圖 所示[1922] 。曲線坐標(biāo) S 處(A 點(diǎn))的集中力 為： )(sF? (41)()()tsTQnsb????????微元段 處(B 點(diǎn))的集中力 為： ds?)(dsF?? ()()()()(tsdtFTnQbnb?????????? (42)微元段 ds 上的均布接觸力 為： )(sqc? (43)())(btqsNs?????????單位長(zhǎng)度管柱浮重 為： pW (44)pmfqK??式中： 浮力系數(shù)， 為作業(yè)液密度， 為管柱材f smf?/1??s?料密度。由微元段 ds 的受力平衡條件，即： =0 (45)())cpFsdsqd??并將(41)、 (42)、 (43)、 （44) 式代入(45)式，略去微量的乘積得： 0?????? dskqbNdantsbQnTibQnTi jm? (46)化簡(jiǎn)整理可得 (47)0nbnbfmdtNtqKss?????根據(jù)(47 )式，再結(jié)合弗朗內(nèi)一塞雷公式： (48)0ttKdbbsnn???????????????將力向主副法線和切線方向軸上投影可得： (49)2cos0sin0nmfnbfbnmfdTKQNqs Kdqs ???????????????其中： 。22bN??式中： 、 曲線坐標(biāo) S 處的主法線和付法線方向的剪切力， N；nQ、 一主法線和付法線方向的均布接觸力，N ；b摩阻系數(shù)，提管柱時(shí)取“+”，下管柱時(shí)取“”號(hào)。?根據(jù)微元段上的力矩平衡，可得： (410)bndMsKQ??????將(410)式代入(49)式并整理可得全剛度管柱軸向載荷計(jì)算公式： (411)2 22cos0()sin0bmfbbfmfnbdTNqKsdMKdqssN?????????????????其中： ， ， ，222sidrs????dKs?ds??1msKf??式中：—井斜曲率， ；Kmad/?—井斜變化率， ；o—方位變化率， ；?Kmad/?—井眼撓率， ；?—管柱單位長(zhǎng)度重量，N/m；nQ—管柱微段上的內(nèi)彎矩，N；Mb—管柱軸向力增量，N；dT—微元段上的軸向力，N；—井斜角， ；?mad/?—摩阻系數(shù)。?如前所述，本文認(rèn)為井眼軸線相鄰兩測(cè)點(diǎn)為空間斜平面上的一段圓弧，井眼撓率始終位于密切面內(nèi)，由密切面定義可知： 。則(411)式變?yōu)椋??? (412)2 22cos0()sinbmfbnfbmfnbdMTKNqKsdqsN?????????????????整理變形可得： (413) ????????????222 0cos0cosbnfmfnbfmNKqdsMKTqds??式(413)為非線性方程組，本文采用解非線性方程組的擬牛頓迭代法進(jìn)行迭代求解，首先應(yīng)用有限差分中的差分公式： (414)???????????22 )](1([)()(()1shMbsMbdshssTd其中： 。)(EIKsb式中：E—彈性楊氏模量，kN/m 2 ； I—管柱慣性矩， m4；各段的段長(zhǎng)，m。)(1(sh??把常微分方程離散化，求得 T(s+1), Mb(s+1),Mb(s+2)，然后將其代入非線方程組求解，得出主副法線方向上的均布接觸力后，即可計(jì)算出微元段內(nèi)任意井深處的摩阻 F，和軸向力 T。其公式為： (415)0cossusmfuNdTqK?????????式中： 微元段上的摩擦力，N， “ ”代表起下管柱工況，起管柱取“+ ”，下管柱取 “”，以后同。通過以上分析可求得軸向力，具體工況分別為：起、下管柱： (416)0cossmfuTqKdF????正常鉆進(jìn) (417)0sfuWOB?? 管柱三維軟桿模型(1)基本假設(shè)條件計(jì)算單元段的井眼曲率是常數(shù)；管柱接觸井壁的上側(cè)或下側(cè)，其曲率與井眼的曲率相同；忽略鉆柱橫截面上的剪切力，不考慮鉆柱剛度的影響，但可以承受軸向壓力：計(jì)算單元段處在某一空間斜平面上。(2)模型建立取任一單元桿柱 ，如圖 所示，作用在單元桿柱上的力見下表Li[1922]：表 作用在單元桿柱上的力根據(jù)基本假設(shè)，它位于空間斜平面 Ri 上，為了便于分析，分別以集中力代替分布力，并以單元桿柱的中點(diǎn)為原點(diǎn)建立笛卡兒坐標(biāo)系—xyz 坐標(biāo)系，如圖 所示，x 軸為切線方向，xy 平面與 Ri 平面重合，z 軸與 Ri平面垂直向下。在 xyz 坐標(biāo)系中，根據(jù)力平衡原理有如下方程： (418)?????????0)(0)(1zzg yygyiyi xxxixiNFF?圖 單元桿柱受力示意圖 圖 單元桿柱笛卡爾坐標(biāo)系在大地坐標(biāo)系中，向量 , ，可分別表示為： ( 419)(sin,sinco,s)i i iiiFF?????? (420)11111,co)iiiiiiiiiF?? ?式中： , —第 i 單元段上端和下端井斜角；i , —第 i 單元段上端和下端方位角。i?1?利用余弦定理，以上兩向量的夾角 2δ 可表示為： (421)22211iii iiFF???????????斜平面 Ri 的傾角 θ 為合向量 與向量 的夾角，可由下式求解： (422)222111arcosi igigiigiNNF????? ????? ??? ?方程(418)可以表示為如下形式： (423)?????????0sinco 0cossinsico1????????NNFggi為正壓力 N 與 Y 軸的夾角，通過(423)可消除 ，由此可得單元管?柱軸向載荷的求解模型： (424)?????????????????????22 221F 0cossinsinsicocbneg ggiiNLWNFF????????鋼鉆 井 液注：管柱向上運(yùn)動(dòng)時(shí)?。?hào)，向下運(yùn)動(dòng)時(shí)取－號(hào)當(dāng)己知單元桿柱下端的軸向力 ，則由上述方程組可求出單元桿柱上iF端的軸向力 ，由此向上計(jì)算，可求得整個(gè)管柱的軸向力。Fi以上公式中主要符號(hào)意義如下：μ—管柱摩擦系數(shù)，無因次單位；We 一計(jì)算單元段在空氣中的單位重量， N；—計(jì)算單元段的長(zhǎng)度，m；L?β—重力分量 在 平面上的投影與 x 軸的夾角，由下式確定：gNiR (425)arcos(/in)??????其余符號(hào)意義同前。 模型的邊界條件鉆頭處的邊界條件對(duì)模型的計(jì)算結(jié)果影響很大，連續(xù)油管鉆井的工況大概分為:起鉆、下鉆、正常鉆進(jìn)等三種。不同的工況邊界條件不同：起、下鉆：摩阻 = 0，軸向力 = 0oFoT正常鉆進(jìn)：摩阻 = WOB，軸向力 = WOBoo其中，WOB 為鉆頭鉆壓。 側(cè)壓力求解如前所述，作用在各支撐點(diǎn)上的側(cè)壓力應(yīng)該是空間斜平面上的支撐點(diǎn)側(cè)壓力 力平面內(nèi)垂直于空間斜平面方向的側(cè)壓力 的合成，即：nNbN (426)22nb??空間斜平面上的支撐點(diǎn)側(cè)壓力 下式計(jì)算：nN (427)12iiinqLM?式中： —兩跨之間均布橫向載荷集度；f —兩跨之間的長(zhǎng)度；i—兩跨之間的彎矩。1?i由于管柱位于空間斜平面內(nèi)，因此該載荷集度應(yīng)該為管柱在鉆井液中的線重量在空間斜平面上投影，并垂直于管柱的線重量分量。對(duì)于每跨梁之間的橫向載荷集度可由下式計(jì)算： (428)sini iQw???其中參考(425)式進(jìn)行計(jì)算。重力平面內(nèi)垂直于空間斜平面方向的側(cè)壓力 N。由下式計(jì)算： (429) (cos)/2biiNwL??于是，將式(429)、式(427)帶入(426)可得作用在支撐點(diǎn)上的側(cè)壓力 (430)21/nb? 摩阻系數(shù)的處理在前面推導(dǎo)的公式中，摩阻系數(shù)(181。)是一個(gè)非常重要的參數(shù)。摩阻系數(shù)的變化將會(huì)引起管柱軸向載荷的極大變化。因此，如何正確合理地確定摩阻系數(shù)是軸向載荷分析中的一個(gè)重要內(nèi)容。眾多的研究表明：摩阻系數(shù)的大小取決于多種因素，它是材料與各種條件的綜合特性，而不是材料自身的固有特性。在實(shí)際的鉆井過程中，不同的鉆進(jìn)井段摩阻系數(shù)取值不同，不同的潤(rùn)滑體系摩阻系數(shù)取值也不同。不同泥漿體系下的摩擦系數(shù)取值，需要通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定或現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。本文建議采用如表 所示經(jīng)驗(yàn)?zāi)ψ柘禂?shù) [1922]：表 經(jīng)驗(yàn)?zāi)ψ柘禂?shù)表泥漿體系水基油鹽 連續(xù)油管工作特性分析 連續(xù)油管彎曲分析(1)連續(xù)油管下入時(shí)最小彎曲半徑計(jì)算連續(xù)油管從油管滾筒放出，經(jīng)導(dǎo)向架、注入頭，進(jìn)入油井，歷經(jīng) 3 次拉伸—彎曲交替變形。因此，它在一次起、下作業(yè)過程就要經(jīng)受 6 次拉伸一彎曲交替變形。這些拉伸一彎曲交替變形發(fā)生的位置見圖 [23]圖 連續(xù)油管作業(yè)機(jī)工作簡(jiǎn)圖在下井操作中，當(dāng)牽引鏈條把連續(xù)油管拉離卷筒時(shí)，卷筒液馬達(dá)的反向扭矩阻止油管離開，此時(shí)油管受拉，把連續(xù)油管首次彎曲一拉直，圖中示為彎曲動(dòng)作 1。當(dāng)連續(xù)油管進(jìn)人導(dǎo)引架時(shí)，油管由直變彎、導(dǎo)引架彎曲半徑從 54 英寸( 米)