摩阻扭矩的计算

摩阻扭矩的计算黄根炉2011.4摩阻扭矩的计算1.主要模型•根据是否考虑管柱刚性力可将现有的摩阻扭矩计算模型分为三种：软模型、硬模型和半软半硬模型；•不管哪种计算模型其核心都是通过合理地假设以便求出管柱与井壁的接触正压力，从而求出摩阻扭矩；•相同的模型，采用不同的计算方法，需要的假设条件也不一样，有的计算方法需要假设管柱与井眼轴线形状一致，且与井壁连续接触；有的计算方法需要假设管柱与井壁的接触位置；还有的计算方法需要的假设较少。摩阻扭矩的计算2.软模型的假设条件•管柱类似于软绳，其刚性很小，可以忽略；•管柱与井眼轴线形状完全一致，且与井壁连续接触；•井壁为近似刚性的；•忽略管柱和井眼局部形状如钻杆接头、扶正器、井径扩大等对摩阻扭矩的影响；•忽略钻柱动态因素的影响。摩阻扭矩的计算3.软模型的计算步骤①根据井眼轨迹测斜数据或分点计算数据将管柱分为相应的计算单元(微元)；②对于每个微元来说，它的单位长度的浮重是已知的，只要知道微元的下端轴向力就可以计算出该微元的接触正压力、摩阻摩扭和上端轴向力；③最下面一个微元的下端轴向力就是钻压或为零，这样自下而上逐个微元进行计算就可以计算出整个管柱的摩阻扭矩和大钩载荷。摩阻扭矩的计算4.软模型的管柱微元受力分析•右图所示，1平面为管柱微元所在的斜平面，2平面为过微元中点切线方向的铅垂面•以微元中点为原点，分别以中点的切线、主法线和副法线方向为三个坐标轴的方向建立微元随动坐标系(et,en,eb)；WT1T2NF12eteneboR摩阻扭矩的计算4.软模型的管柱微元受力分析•将重力向随动坐标系三个坐标轴方向上分解，则有：WT1T2NF12eteneboRsinsinsinsin2/sin2coscos2/cos2coscos211212软模型的管柱微元受力分析•根据管柱微元的合力在三个坐标方向上均为零列平衡方程，则有：WT1T2NF12eteneboRbbnntWNWTTNWFTT2/sin2/sin2/cos2/cos2121上述方程组中有3个独立未知数T1，Nn,Nb，3个方程3个未知数，故可以求解。摩阻扭矩的计算5.软模型的管柱微元正压力计算•解上述方程组并化简，则有：WT1T2NF12eteneboR222222sin2bntbn摩阻扭矩的计算6.软模型的摩阻扭矩计算递推公式•有了接触正压力计算公式，就可以按下式递推算出各段摩阻扭矩大小：221octaDNMFWTTNFF：微元摩阻力，N；M：微元摩扭矩，N-m；N：微元接触正压力，N；：摩擦系数；a：微元轴向摩阻系数分量；c：微元切向摩阻系数分量；T1：微元上端轴向力，N；T2：微元下端轴向力，N；Do：管柱外径，m；n：微元转速，rpmVa：微元轴向速度，m/s起钻取正；下钻取负sincos60arctancaaoVDn摩阻扭矩的计算7.软模型摩阻扭矩计算一般步骤•收集数据，包括：井眼轨迹测斜数据（对于设计轨道来说是其分点计算数据）、管柱组合数据（包括各段长度、外径、内径、接头外径、扶正器外径、每米重量等）、泥浆密度、钻压、转速、套管下深、摩阻系数、井眼直径等；•将管柱组合划分为若干个微元；•采用摩阻扭矩递推计算公式求解。