1、管柱的摩阻和扭矩
钻大位移井时，由于井斜角和水平位移的增加而扭矩和摩阻增大是非常突出的问题，它可以限制位移的增加。
管柱的摩阻和扭矩是指钻进时钻柱的摩阻和扭矩，下套管时套管的摩阻和扭矩。
（1）钻柱扭矩和摩阻力的计算
为简化计算，作如下假设：
*在垂直井段，钻柱和井壁无接触；
*钻柱与钻井液之间的摩擦力忽略不计；
*在斜井段，钻柱与井壁的接触点连续，且不发生失稳弯
曲。
计算时，将钻柱划分为若干个小单元，从钻柱底部的已知力开始逐步向上计算。若要知道钻柱上某点的扭矩或摩阻力，只要把这点以下各单元的扭矩和摩阻力分别叠加，再分别加上钻柱底部的已知力。
钻柱扭矩的计算
在弯曲的井段中，取一钻柱单元，如图2—1。
该单元的扭矩增量为
M R F r （2—1）
式中一钻柱单元的扭矩增量，Nm
R—钻柱的半径，m ；
F—r 钻柱单元与井壁间的周向摩擦力，N 该单元上端的扭矩为
式中M —从钻头算起，第j个单元的上端的扭矩,
N m ；
M—o 钻头扭矩（起下钻时为零），N?m，
△ M I —第I 段的扭矩增量，N.m。
钻柱摩阻力的计算（转盘钻）转盘钻进时，钻柱既有旋转运动，又有沿井眼轴向运动, 因此，钻柱表面某点的运动轨迹实为螺线运动。在斜井段中取一钻柱单元，如图2-2图2中，V为钻柱表面C 点的运动速度V t，V r分别为V沿钻柱轴向和周向的速度分量；F为C 点处钻柱所受井壁的摩擦力，其方向与V相反；Ft，Fr分别为F沿钻柱轴向和周向的摩擦力的分量，即钻柱的轴向摩擦力和周向摩擦力。
由图2-2
F t V t F s/ V2V2 F r V r F s/ V2 V2
s =F f N (2-3)
(2-4)
(2-5)
式中 F S—钻柱单元的静摩擦力，N ;
—摩擦系数；
—钻柱单元对井壁的挤压力，N。
N 式中
(T sin )2 (T Wsin
T—钻柱单元底部的轴向力，N ;
W钻柱单兀在钻井液中的重量，N ；
2
)(2-6) 0 , —钻柱单元的井斜角，井斜角增
量。
减小管柱扭矩和摩阻的措施
为减小管柱在大位移井中的扭矩和摩阻，在大位移井的设计与施工中要采取各种必要的措施。
(1) 优化井身剖面。
(2)增强钻井液的润滑性
用润滑性能好的低毒性钻井液。许多大位移井采用油基钻井液，一般来说，润滑基对油基钻井液性能影响较小，而油水比对润滑性影响较大。
(3)优化钻柱设计、使用高强度钻杆底部钻具组合可少用钻
铤，而使用高强度加重杆。
(4)使用降扭矩工具使用不转动的钻杆护箍可有效地减小扭
矩。
(5)对于套管，可在套管上加箍或使用加厚套管。近几年国
外应用选择性浮动装置下套管技术，可降低套管的摩阻。这
种技术的原理是在套管内全部或部分地充满空气，通过降低
套管在井内的重量来降低套管的摩阻。用的较多的是部分充
气，这种方法可使套管的法向力降低80%。
(6)提高地面设备的功率
(7)使用顶部驱动系统
2、钻柱设计钻柱设计包括底部钻具组合设计和钻杆设计。
在大位移井中一般使用高强度薄壁钻杆，以减少扭矩和摩阻。
对底部钻具组合（BHA），尺寸越大，钻柱的扭矩和摩阻也越大，这并不利于大位移井钻进，所以在保证钻压需要的前提下应使底部钻具组合的尺寸尽量减小。
（1）钻柱设计应考虑的因素尽量减小压差卡钻的可能性。
使用螺旋钻铤和螺旋扶正器，以增大环空间隙和减小钻柱
与井壁之间的接触面积。
尽量减少丝扣连接的数量。采用井下可调稳定器。尽量
减少在大斜度井段使用加重钻杆的数量。选用高强度钻
杆，使之具有足够的抗扭转力和抗磨能力。
给钻头施压时尽量不使钻杆发生弯曲。
（2钻）压设计大位移井的钻柱设计主要是钻压设计。在直井段底部和弯曲井段，钻柱的弯曲是不可避免的。在斜井段，可通过底
部钻具的足够重量给钻头施加足够的钻压来避免钻柱的弯曲。为减少钻柱的扭矩和摩阻，在大位移井中底部钻具组合可部分的或全部的使用加重钻杆施加钻压。
若用常规钻杆对钻头施加钻压，要考虑钻杆的弯曲问
题。设计的原则是钻杆某点受到的压力载荷，不应超过钻杆的临界弯曲载荷。在大斜度井中，井斜角有利于钻杆的稳定性，所以钻杆在直井中的临界弯曲载荷适用于大斜度井。在直井中，钻杆的临界弯曲载荷用下式计算，
c『ElWasin
F CRIT 2
V R
式中CR IT—临界弯曲载荷，lb;
—杨氏模量，psi;
—惯性矩，in4;
W占杆在空气中的重量，lb/ft;
b —浮力系数，无因次；
0 —井斜角，度；
—钻杆和井眼间的径向间隙，in。
上式提供了加重钻杆在直井中施加钻压的限制范围。钻杆所受的压力与上式计算的临界弯曲载荷相比，可以确定钻杆是否发生弯曲，如果发生弯曲，则要降低钻压，或更换具有更大的临界弯曲载荷的钻杆。
如上所述，钻杆所能施加的钻压可由下式确定，
WOBF CRIT+W BS
式中WOB—设计钻压；
B W S —钻杆的浮重
3、大位移井轨道到设计
轨道设计的原则
大位移井轨道设计，要求对所有参数进行优化，尽量降低井眼对管柱的扭矩和摩阻，提高管柱和测量工具的下入能力，并能尽量增大大位移井的延伸距离。
国外大位移井井身剖面的主要类型：
（1）增斜—稳斜剖面这种剖面的造斜率低，井斜角及测深增幅缓慢，但可降低钻柱的扭矩、摩阻和套管的磨损。
（2）小曲率造斜剖面这种剖面的特点是造斜点较深，井斜角大，能降低扭矩和摩阻，而且随目标深度的增加，旋转扭矩的增幅较小。
（3）准悬链线剖面准悬链线剖面有许多优点，它不但对管柱的扭矩和摩阻低（钻柱与井壁之间的接触力近似为零），而且使套管的下入重量增加。目前这种剖面在大位移井中广为应用。
石油大学的韩志勇教授在准悬链线剖面的基础上提出了侧位悬链线剖面的设计方法，这种剖面比准悬链线剖面的扭矩和摩阻小。
侧位悬链线轨道设计方法：
轨道关键参数的计算所谓轨道关键参数是指所有设计计算轨道的参数中需首先求出的参数。只要求出这些参数，轨道上的所有参数都可求得。
图2—3为大位移井轨道，轨道的关键参数为a b和L W。
关键参数的求法：
已知a b求L w
1 CO S
1 (D D a) lntg —
4
b
—St
2
1 cos b lntg b Sin b
1
cos b 1
用下式计算特征参数A
S t L w sin b
1
COS b
求出轨道的关键参数和特征参数之后，就可进行轨道的节点和分
点参数计算。
节点参数的计算
设计轨道是由垂直段、造斜段和稳斜段组成，相邻两个井段的分界点称为节点。上图轨道中，a、b为节点，a点的参数已知，b点的井深、垂深和水平位移为：
L b D a atg b
b
D b D a alntg —
4 2
S b a —1— 1
cos b
所谓分点的参数，就是在各井段内，以上节点为始点，每隔30米为一个分点，每个分点需计算的参数有井深、垂深、井斜角、水平位移、东西坐标、南北坐标和造斜率7 项。
4．大位移井的井壁稳定问题
1．大位移井的井壁不稳定性
影响大位移井井壁不稳定的因素主要有以下几种：
(1)狭窄的泥浆密度范围
一般地，当井眼倾角增加时，泥浆要提供足够大的压力来防止井壁坍塌。同时，出现裂缝的可能性也增加了。简言
之，防止井壁坍塌的泥浆密度范围较小。
(2)高的当量循环密度(ECD)
大位移井井眼长，泥浆循环时环空压降大，而泥浆密度工作范围窄，泥浆的高的当量循环密度容易达到井壁的破裂压
力，而使井壁破裂。
( 3)抽吸和激动压力
在大位移井中，由于狭窄的泥浆密度范围，井壁对抽吸压力和激动
压力相当敏感。可能导至井壁坍塌或破裂。
( 4)时间关系
井壁在低密度泥浆中长期侵泡，特别是水基泥浆的情况下，非稳性尤为明显，常常会造成许多钻井事故。
5)化学反应
钻井液和地层间的化学作用也影响井壁稳定性，水基钻井液和油层上部的泥页岩经常发生强的化学反应，泥页岩膨胀，造成缩径或井壁坍塌。
2. 井壁稳定性的机理
（1）井眼（井壁）应力
原始地应力分为三项主应力，即上复应力S （亦称最大主应力）、最大水平应力0和最小水平应力S，如下图a。
打开井眼之后，原始地应力消失，而沿井壁重新分布，即平行于井眼轴线的应力S Z、周向应力S e和径向应力S R ,如下图b。
（2）岩石的破坏
*压缩破坏当作用于岩石上的压力大于岩石的抗压强度时产生压缩破坏（井眼坍塌）。
*拉伸破坏当作用于岩石的拉力大于岩石的抗拉强度时拉伸破坏（井壁破裂）。
（岩石力学规定压应力为正，拉伸应力为负。）
（3）大位移井眼的不稳定性
随着井斜的增加，井壁的不稳定性增加。井眼由垂直变为
水平，其应力状态的变化如下图
在正常压实地层，S H= S h ，S v > S H。
在井眼某深度，原地应力是固定的，井壁的周向应力S。沿周边位置变化，其大小也发生变化，且必然存在Se min和S o ma,这就导致井壁有破裂和坍塌的可能。
井壁破裂（拉伸破坏）
井壁破裂与Se mn有关。研究表明，在斜井中，随着井斜的增加，S e mn减小，并趋于拉应力状态，当拉伸应力So min超过岩石的抗张强度时，岩石发生破裂。
对直井e S n= 2 S H - P W- P P（1）
对水平井Se min= 3S H -S V - F W- P P(2)
式中P W -泥浆柱压力；
P P -- 地层孔隙压力。
对比式（1）和（2）, 3S H -S V总是小于2 0，所以水平井中的S e mn总是小于直井中的S e mn，更具有拉伸性。
井壁坍塌（压缩破坏）
井壁坍塌与Se max有关。研究表明，在斜井中，随着井斜的增加，S e max也增加，且更趋于压应力状态，当Senax 的值超过岩石的抗压强度时，岩石发生压缩破坏，即井壁坍塌。
对直井S e mxa= 2 S H - P W- P P （3）对水平井S e max= 3S v -S H - P W- P P （4）
同样，水平井的S e max总是大于直井的Se max,更容易发生井壁坍塌。
5．大位移井的井眼的清洗
大位移井同其它类型井一样,好的井眼清洗和净化以提高钻速、降低扭矩、缩短作业时间、节省费用等。
提高井眼清洗效率的措施
（1）高泵排量和环空返速都有利于井眼净化
通常要用井眼净化模型来计算井眼净化的最小排
量和最优钻井液流变性。大排量可以提高泥浆的流速，增加携岩能力。然而，大排量需要高的泵压，在
大位移井中，泵压可能会受到限制。为使泥浆以紊流循环，
可以增大钻杆尺寸来增加给定泵压下的环空返速。
（2）钻井液的流变性良好的钻井液流变性对任何类型的井都非常重要，
对大位移井更是如此。要保证钻井液的流型为层流或紊
流，避免过渡流，因为过渡流的携岩能力差。在砂岩油
层段会发生漏失，钻井液流变性必须保持低值，以降低
当量循环密度。
（3）钻具转动由于大位移井的位移不断增加，井眼的最
优排量难以达到，这就需要其它的井眼净化技术，如提高转盘旋转速度和倒划眼。
（4）固相控制在大位移井中，钻屑将在环空钻井液中长
期滞留，使钻屑变的更细，更难以携带，如要钻井液保持
良好状态，就必须有良好的固控设备。
、6 大位移井的固井、完井技术
在大位移井的固井、完井中，套管的摩阻和磨损是个严重的问题。套管磨损使套管的强度降价，套管摩阻会使套管难以下入到设计井深、造成卡套管或井壁坍塌等问题。特别是在井眼曲率较小的造斜段，套管的联接部分需要有较高的抗弯能力，而且在下套管作业中，联接部分要求有足够的搞拉强度。
（1）井身结构设计井身结构设计要考虑以下几个问题井身结构必须满足完井设计要求。生产井段的井眼应尽可能大，以利于随钻测井工具的下入。
井身结构不能防碍优质固井。
2）套管柱的联结
套管丝扣接头要相互楔牢，以防套管柱通过弯曲井段时脱
扣。
生产管柱的接头应有足够的抗扭强度，以允许注水泥时套管
柱旋转。
如果生产管柱是原始压力容器，其接头应该是密封的。
（3）在大斜度井眼中下套管
在大斜度井中下套管，使套管下入的动力（套管自重）本来就很小，而且还要用来克服阻力，所以要在地面采取措施，帮助管柱下入。采取的措施有接钻铤，靠钻铤的重量将管柱推进。调整泥浆性能，减小摩阻。在套管内充填轻流体或气体，以减小摩阻。
（4）注水泥考虑的问题
由于大位移井的井壁应力，使泥浆密度有很狭窄的工作范围，下套管时的激动压力和注水泥时的循环压降容易引起井壁破裂，发生循环漏失，所以要特别注意泥浆、前置液和水泥浆的特性。
下套管前要部分地稀释泥浆，以防下套管引起过大的
激动压力；注水泥前要彻底稀释泥浆，以防注水泥时的循环
压降过高。
最好使用非加重前置液，这样可降低ECD,但要注
意井壁稳定问题。在保证井内静液柱压力的前提下，应尽量
增大非加重前置液的用量。
要控制水泥浆的自由水含量（自由水含量最好为零），优化水泥浆的稠化时间，保证水泥浆的稳定性，防止固井窜槽。、7 大位移井的轨迹控制
用导向钻井工具（略）。
第二部分大位移井钻井技术
复习思考题
1、大位移井的基本概念、特点及用途。
2、大位移井钻井有哪几项关键技术？
3、示图并分析在斜井段钻柱所受扭矩和摩阻。
4、在斜井段钻柱摩阻的计算方法。
5、在大位移井中减小管柱扭矩和摩阻的主要措施。
6、钻压设计的主要原则是什么？
7、钻杆临界弯曲载荷的实际意义。
8、大位移井轨道设计的原则。
9、什麽大位移井轨道的节点？节点的基本参数是什麽？
10 影响大位移井井壁不稳定的因素有哪些？
11、循环压降、抽吸压力和激动压力对井底压力的影响如何？
12、岩石破坏的基本形式和井壁破坏的表现形式是什麽？
13 用应力分析的观点解释，水平井与直井相比井壁总是容易发生
破裂与坍塌。
14 提高大位移井井眼清洗效率的主要措施。
下套管和注水泥对大位移井的井壁稳定有什麽影响？在这两个过程中要采
取什麽措施保证井壁稳定？
15
钻井过程中摩阻和扭阻监测 1．为什么要监测摩阻? 帮助追踪井下环境和井眼不稳定性问题； 帮助在接立柱前的循环、循环一周或多周、用高粘/高密度/低粘等泥浆密度清洗井眼、短起下等作业时，判断井眼清洁效果； 帮助确认岩屑床（和ECD，震动筛上的岩屑返出量一起进行）； 帮助确定扭矩问题，钻井设备的负荷能力以及最大可钻达深度和最大套管可下入深度； 帮助判断泥浆的润滑性，泥浆比重的效果，泥浆性能的变化； 帮助确定每口井的裸眼和套管摩擦系数，为丛式井施工建立摩擦系数数据库； 判断井眼轨迹增/降斜、增/降方位井段对摩阻的影响； 帮助解决下套管/尾管时遇到的问题； 帮助优化BHA和套管串，以及是否需要使用降扭矩工具。 2．理论摩阻曲线 由D&M根据实际井眼尺寸，实际BHA结构，设计轨迹，正确的泥浆性能等参数建立理论上的摩阻曲线。如果能获得实际井眼测斜数据和实际BHA工具，最好根据这些参数重新绘制； 理论摩阻曲线应显示起钻，下钻和提离井底时的旋转扭矩； 确保考虑了套管和裸眼在根据泥浆性能和实际经验确定的摩擦系数； 非常重要的是，理论曲线中应有一条摩擦系数为0的悬重曲线，这条曲线将用于标定理论曲线。如果理论曲线是正确的，旋转时的悬重将和理论曲线完全吻合。 在理论摩阻表中加入最大悬重曲线，该曲线将用于表明钻具使用或钻井设备极限负荷。 注意：理论摩阻曲线是根据动态摩擦系数来确定的。监测摩阻时，悬重是在钻具开始运动且旋重稳定后的读数。 3．需要监测的参数 总共需要四个参数： 上提旋重：保持同样的速度，上提钻具至少5-6米。 下放旋重：保持同样的速度，下放钻具至少5-6米。 旋转悬重：离开井底至少1-2米后，旋转钻具时的悬重。 扭矩：离开井底以旋转钻进时的转速旋转钻具时的扭矩。 注意：在进行摩阻测试时，也需要记录开始上提钻具时最大的静态悬重，这一数据将用于确定从静态到动态的悬重是否会超过钻井设备或钻具的极限。确保任何时候悬重都不要超过钻具或钻井设备的极限负荷。
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: 12 22 cos [(sin )(sin )]t T W N M Nr N T T W αμμθααα?=±?==?+?+ 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,△θ: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)(sin sin )2(cos cos )] 1exp[()](exp[()](Ai Ai B i i B i i B B i i B i i i i i qR F A F C a A a C a A a A a a A a a l l a a μμμμμ-------=+--+-+=-=---i 起钻)下钻)R= 式中B μ为摩擦系数，li 计算点井深，FAi 为计算点轴向载荷，C1、C2为符
五、水平井钻具的受力分析 水平井钻具的受力分析是一个比较复杂的力学问题，在水平井摩阻与扭矩分析和计算的基础上，我们可以定性的分析在一定井眼条件和一定钻井参数情况下，不同钻具组合对井眼轨迹控制的能力。 钻柱与井壁产生的摩阻和扭矩, 用滑动摩擦理论计算如下: Ｆ ＝μ×Ｎ Ｔr ＝μ×Ｎ×Ｒ 式中:Ｆ 一 摩擦力 μ 一 摩擦系数 Ｎ 一 钻柱和井壁间的正压力 Ｒ 一 钻柱的半径 Ｔr 一 摩擦扭矩 从上式可以看出，μ 和 N 是未知数，通过大量现场数据的回归计算求出：μ＝0.21（钻柱与套管） μ＝0.28～0.3（钻柱与裸眼） 同时我们对正压力也进行了分析和计算。 1、 正压力大小的计算 (1) 弯曲井眼内钻具重量和井眼曲率引起的正压力Ｎ1 现有的摩阻和扭矩计算模式是根据"软绳"假设建立起来的，即钻具的刚度相对于井眼曲率可忽略不计．设一弯曲井眼上钻柱单位长度的重量为Ｗ，两端的平均井斜角为Ｉ，两端的平均方位角为 A 。 如果假定Ｙ轴在垂直平面内,?Ｘ轴在侧向平面内,把Ｎ1沿Ｘ和Ｙ轴分解,则: Ｎ1y=Ｔ×sin Ｉ + Ｗ×sin Ｉ Ｎ1x=Ｔ×sin Ａ×sin Ｉ (2) 钻柱弯曲产生的弯曲正压力Ｎ2 钻柱通过弯曲井段时,由于钻柱的刚性和钻柱的弯曲,便产生了一种附加的正压力Ｎ2。如图所示: Ｒ ＝ 18000/Ｋ/pi (m) Ｌ ＝ Ｒ×2×Φ Φ ＝ 2×Ｌ/Ｒ Ｌ1 ＝ 2×Ｒ×sin Φ (m) 根据力学原理: Ｍ ＝ Ｅ×Ｉm ×Ｋ/18000*pi Ｍ ＝ Ｎ2×(Ｌ1/2)-Ｔ×Ｌ1×sin Φ 则有: Ｎ2 ＝ 2×Ｔ×sin Φ +2×Ｅ×Ｉm ×Ｋ/1719×Ｌ1 这里: Ｋ － 井眼曲率 (°/100米) Ｌ － 井段长度 (米) Ｌ1 － Ｌ的直线长度 (米) I A T SINi w I T N sin sin )sin (1??+?+?=
1、管柱的摩阻和扭矩 钻大位移井时，由于井斜角和水平位移的增加而扭矩和摩阻增大是非常突出的问题，它可以限制位移的增加。 管柱的摩阻和扭矩是指钻进时钻柱的摩阻和扭矩，下套管时套管的摩阻和扭矩。 （1) 钻柱扭矩和摩阻力的计算 为简化计算，作如下假设： * 在垂直井段，钻柱和井壁无接触； * 钻柱与钻井液之间的摩擦力忽略不计； * 在斜井段，钻柱与井壁的接触点连续，且不发生失稳弯曲。 计算时，将钻柱划分为若干个小单元，从钻柱底部的已知力开始逐步向上计算。若要知道钻柱上某点的扭矩或摩阻力，只要把这点以下各单元的扭矩和摩阻力分别叠加，再分别加上钻柱底部的已知力。 钻柱扭矩的计算 在弯曲的井段中，取一钻柱单元，如图2—1。
该单元的扭矩增量为 F r R M =? （2—1） 式中 △M — 钻柱单元的扭矩增量，N ·m R — 钻柱的半径，m ； Fr — 钻柱单元与井壁间的周向摩擦力，N 。 该单元上端的扭矩为 式中 M j — 从钻头算起，第j 个单元的上端的扭矩，N ·m ； Mo — 钻头扭矩（起下钻时为零），N ?m ， △ M I — 第I 段的扭矩增量，N.m 。 钻柱摩阻力的计算（转盘钻） 转盘钻进时，钻柱既有旋转运动，又有沿井眼轴向运动,因此，钻柱表面某点的运动轨迹实为螺线运动。在斜井段中取一钻柱单元，如图2-2。图2中，V 为钻柱表面C 点的运动速 度V t ，V r 分别为V 沿钻柱轴向和周向的速度分量；F 为C 点处 钻柱 所受井壁的摩擦力，其方向与V 相反；Ft ，Fr 分别为F 沿钻柱轴向和周向的摩擦力的分量，即钻柱的轴向摩擦力和周向摩擦力。
第五章扭矩和摩阻 引言 扭矩与摩阻是由于钻柱与井壁之间的摩擦所引起的。 扭矩是指使钻柱在井眼中旋转所施加的旋转力。 摩阻是指钻柱在井眼中起下钻的过程中所附加的力，在大位移井和水平井作业中，由于摩擦力可以减少打擦边井的可能性，因此，搞清形成这些力的因素，以及如何将其降低到最小，这是非常重要的。在钻井设计过程中，为了使钻井作业取得成功，对于扭矩和摩阻的计算，将会影响到可能出现的井眼几何形状，及象技术规范所要求的那种擦边井。 过大的扭矩和摩阻可能会造成许多问题，包括： 钻具扭断 钻具失速 井下脱扣 高卸扣扭矩 卡钻 上提遇阻 划眼受阻 通常，扭矩和摩阻不但可以作为钻井过程中出现问题的参考依据，而且，也可以利用它们来监测井眼状况。在钻井过程中，应时刻注意监测扭矩和摩阻的变化，这可用来优化钻井作业，并且还可为可能存在的一些潜在的问题提供征兆，例如： 压差卡钻 井内键槽 井眼清洁恶化 井眼失稳
井内台肩 影响扭矩和摩阻的因素 影响扭矩和摩阻的因素有： ?井壁作用力 ?接触面的性质（如接触面的类型和粗糙度） ?泥浆润滑性 ?井眼的稳定性 ?井眼的净化 井壁作用力 井壁作用力是推动钻柱或井下钻具贴近井壁的一个有效作用力，这个力越大，扭矩和摩阻值也越高。之所以会有这样的结果，主要是由于井眼倾斜和狗腿附近存在张力。 井眼倾斜 随着井眼倾斜度的增加，井壁所支撑钻柱的重量越多，这就是为什么在高井斜角井和大位移井中，其扭矩和摩阻值比在直井中更大。 狗腿附近的张力 在张力作用下，由于钻柱本身倾向于拉伸自己，因此，它被引向狗腿一方，这些狗腿可能是钻进中有意造成的，或者是在降斜段形成的，或者是无意弯曲形成的。 有些井壁作用力是由于在井眼弯曲段，钻柱弯曲所产生的。许多计算表明，这些力比上面所描述的那种井壁作用力更小，即使对刚性钻铤来说，也是这样。 钻柱的重量对井壁作用力也会产生一些影响，特别是在水平井中，重力的作用使钻具贴近井眼低边。因此，如果使用重量轻一点的钻具，将有助于减少这些作用力。 接触面的性质
基于纵横弯曲梁理论的水平井管柱摩阻扭矩分析方法 李文飞;李玄烨;黄根炉 【摘要】在非常规油气藏水平井钻进过程中,井壁稳定性差导致井眼不规则,钻柱受力复杂,摩阻扭矩计算误差较大.根据纵横弯曲连续梁理论,在井斜平面、方位平面内对钻具组合进行管柱受力及变形分析,从而建立了一种含有虚拟接触点的改进纵横弯曲梁模型分析钻井管柱摩阻扭矩.优点在于指定接触点时不用考虑是否为真实接触点,由此可将接头或接箍、扶正器等直径较大的部位指定为接触点.对于非真实接触点可以按虚拟接触点考虑,从而使模型的应用和求解更加方便、可行.实例分析结果表明,套管下入、旋转钻进、滑动钻进、复合钻进状态下管柱摩阻扭矩理论计算值与实测平均值基本相同,且变化趋势一致,验证了计算模型的准确性. 【期刊名称】《科学技术与工程》 【年(卷),期】2013(013)013 【总页数】7页(P3577-3583) 【关键词】非常规油气藏;水平井;纵横弯曲梁;摩阻扭矩;方法 【作者】李文飞;李玄烨;黄根炉 【作者单位】胜利石油管理局钻并工艺研究院,东营257017;胜利石油管理局海洋钻井公司,东营257000;中国石油大学(华东)石油工程学院,东营257061 【正文语种】中文 【中图分类】TE22
近年来，随着非常规油气藏勘探开发步伐的加快，水平井日益增多。随着水平井水平段长度逐渐增加，井壁稳定性差井眼不规则，使得钻井摩阻扭矩制约性突出，很多情况下关系着钻井工程的成败。井眼轨道设计主要考虑轨道光滑性［1］和最大曲率［2］的限制，为了避免设计的井眼轨道在施工过程中因存在过大摩阻扭矩而导致井眼施工困难或报废，对设计的井眼轨道进行摩阻扭矩的精确分析是非常有必要的。 常用计算分析方法［3］主要包括“软”模型与“硬”模型。“软”模型忽略钻柱的刚性，计算过程简单，但对于复杂结构水平井或曲率大［4］的井，计算精度不高;“硬”模型计算过程复杂，理论分析结果与实际情况误差较大［5］，因此，“软”模型与“硬”模型对于简单的井计算结果能够满足工程需要，但由于非常规油气藏长水平段水平井结构复杂，井眼曲率较大，常规方法精度难以达到要求。根据长水平段水平井井眼轨道的技术要求，考虑钻具组合的力学特点，根据纵横弯曲连续梁的理论［6］，建立了一种修正的摩阻扭矩计算模型。 1 修正的摩阻扭矩计算模型 传统纵横弯曲梁理论［6］需要指定管柱与井壁的接触点，若接触点不合理，需要经过多次试算才能排除，且不合理接触点越多，排除难度越大，甚至出现得不到计算结果的情况。因此，提出了一种含有虚拟接触点的改进纵横弯曲梁模型计算管柱摩阻扭矩。其优点在于指定接触点时不用考虑是否为真实接触点，从而可以将接头或接箍、扶正器等管柱上相对直径较大的部位指定为接触点，对于非真实接触点可以按虚拟接触点考虑，从而使模型的应用和求解更加方便、可行。为便于分析计算，假设: (1)钻柱为弹性体，且变形小［7］; (2)井眼规则;
钻井机械性能 钻井机械性能是指钻井设备在井下作业时所展现的性能特点，包括钻具的钻进效率、转速、扭矩、提钻速度、泥浆输送能力、循环系统的流量和压力以及井下控制设备的稳定性等多个方面。 钻进效率是指钻头在顺利地向下钻井时每接触地层的单位时间的深度，它直接表现了钻头的穿透能力。在同样的井深和钻井条件下，钻进效率越高的钻井机械意味着工作效率更高、时间更节约、成本更低。对于现代钻井活动而言，提高钻进效率也是提高钻井效能的核心。 转速是指钻机电机输出转速，旋转速度越高，钻头和钻具对地层的摩擦也就越强，同时下压力也相应增大，有助于提高钻进效率。然而，转速过高也会导致钻井钻具磨损过快，从而影响井深和井壁的稳定。 扭矩也是钻井机械的重要性能特征。扭矩是指由机床电机或液压推动转动轴承轴转动所产生的旋转力矩，是钻头破坏钻井岩石的主要因素。因此，提高机械扭矩，能使钻头对岩层的钻进效率更高，进而提高钻进效率。 提钻速度是指钻井钻具在实际钻井过程中的停钻时间、吸钻时间等因素综合计算出的钻井效率，包括往返时间、补偿管托时间等等。当提钻速度越快时，井深提高越快，除此之外对于减少非生产时间和维修时间也是至关重要的。
井下循环系统起到举足轻重的作用。它通过泵浦将钻井液抽入井口，将其送进钻孔下端，然后再将其推回井口，既起到带出废液、带入新液的作用，又保持了井眼的稳定性。在高温、高压、极低油气含水率等严酷条件下，循环系统的流量和压力也会影响钻井是败，因此循环系统的性能也是钻井机械的重要组成部分。 井下控制系统一般包括钻杆止钻装置、钻杆旋转装置和柱塞活动控制装置等，用于保障井下设备的稳定性和运行安全。井下控制系统的机械性能越优异，对于机组的稳定性、钻井深度的掌握、钻柱的振动抑制等方面也都有着积极的作用。 综上所述，钻井机械性能的好坏，不仅直接影响到钻井工作的效率与效能，也关系到整个钻井活动的安全性和成功率。因此，钻井设备的设计和改进，需要全面考虑各项性能指标，以满足完全不同的钻井需求。
第三章钻受力分析 3.1 作用在钻柱上的基本载荷 钻柱的受力状态与所选用的钻井方式有关，不同的位置上作用不同的载荷。概括起来，作用在钻柱上的基本载荷有以下几种： （1）轴向力。处于悬挂状态下的钻柱，在自重作用下，由上到下均受拉力。最下端的拉力为零，井口处的拉力最大。在钻井液中钻柱将受到浮力的作用，浮力使钻柱受拉减小。起钻过程中，钻柱与井壁之间的摩擦力以及遇阻、遇卡，均会增大钻柱上的拉伸载荷。下钻时钻柱的承载情况与起钻时相反。循环系统在钻柱内及钻头水眼上所耗损的压力，也将使钻柱承受的拉力增大。钻铤以自重给钻头加钻压，造成钻柱下部处于压缩状态。 （2）径向挤压力。应用卡瓦进行起下钻作业时，由于卡瓦有一定的锥角，在钻柱上引起一定的挤压力。中途测试时，钻柱上也要承受管外液柱的挤压力。 （3）弯曲力矩。弯曲力矩的产生是因钻柱上有弯曲变形存在；引起钻校弯曲变形的主要因素是给定的钻压值超过了钻柱的临界值。在转盘钻井中，钻柱在离心力的作用下，亦会造成弯曲。由于钻柱在弯曲井眼内工作，也将产生弯曲。在弯曲状态，钻柱如绕自身轴线旋转，则会产生交变的弯曲应力。 （4）离心力。钻柱在钻压的作用下会产生弯曲，在一定的条件下，弯曲钻柱会围绕井眼中心线旋转而产生离心力，促使钻柱更加弯曲。 （5）扭矩。钻头破碎岩石的功率是由转盘通过方钻杆传递给钻柱
的。出于钻柱与井壁和钻井液有摩擦阻力，因而钻柱所承受的扭矩井口比井底大。但在使用井底动力钻具（涡轮钻具、迪纳钻具等）时，作用在钻柱上的反扭矩，井底大于井口。 （6）振动载荷。使钻柱产生振动的干扰力也是作用在钻柱的重要载荷（图 2-1）。在钻井过程中，用钻柱将钻头送至井眼底部并向钻头传递动力，靠钻头的牙齿、切削刃和射流破碎岩石形成井筒；通过钻柱中心的圆管向井下传递高压钻井液，靠钻井液的流动把岩石碎屑携至地面并从钻井液中除掉岩屑。为了控制井眼钻进的方向，靠近钻头的一段钻柱外径和抗弯刚度较大，并在一定位置上安放一定规格的稳定器，下部钻柱只有稳定器和钻头接触井壁，钻柱本体则不与井壁接触。由于钻头牙齿间断地与地层接触或岩石的间歇破碎，导致钻头并带动钻柱振动。钻柱振动按形式分为纵向振动、扭转振动和横向振动三类[13]。 （1）纵向振动。纵向振动指的是钻柱沿其轴向的伸缩运动。该种振动产生的原因是井底不平、钻头牙齿间歇压入岩石和岩石间歇破碎。钻头的振动以弹性波的形式通过钻柱向地面传播，到达地面后再沿钻柱向钻头回传。由于钻井液的阻尼作用，在传播的过程中，振动波形逐步变化，振幅逐步减小但是，当钻头振动的频率为钻柱固有频率的整数倍时，钻柱将处于共振状态。钻柱内的交变应力和振幅相当大，导致钻柱断裂或粘扣。研究钻柱的纵向振动对设计钻柱、设计减振器和选择合适的转速有重要的指导意义。 （2）扭转振动。扭转振动指的是钻柱绕其中心线的旋转运动。该
动力钻具反扭角的计算 目前常用的井底动力钻具，包括涡轮钻具和螺秆钻具，在起动以后，作用于转子上有一个转矩Mr，此转矩超过主轴传给钻头去破碎岩石。作用于定子上有一个与Mr大小相等，方向相反的反转矩，此反转矩将引起钻柱的扭转。但由于钻柱上端被锁在转盘上，所以，钻柱不能自由转动，只能扭转一卜角度。这个扭转角度，在钻柱的不同截面处是不同的。紧靠动力钻具处的钻柱断面扭转角最大(此处正是弯接头所在的位置)，向上扭转角逐渐变小。这种扭转角的方向与钻头转动方向相反。我们把紧靠动力钻具处钻柱断面的扭转角，称为动力钻具反扭角，以φn表示。若从井口俯视φn是反时针方向的；当然，若从井底仰视，φn 乃是顺时针方向的，是与钻柱丝扣的上紧方向一致的。 上节我们讲了弯接头的装置角和装置方位角的计算，那是根据造斜和扭方位的需要而计算的。可是，当动力钻具起动以后，弯接头处将产生一个反扭角φn，这就改变了原先预定好的弯接头方向，显然不能保证原来计算好的装置角。这就告诉我们，在给弯接头定向时，应该考虑反扭角的影响。由此引出弯接头定向方位角的概念。定向方位角(以φs表示)等于装置方位角加上动力钻具反扭角，即 定向方位角如图3—24所示。
一、影响反扭角的因素 影响反扭角的因素很多，但大体上有如下几方面： (1)反扭矩的大小。反钮矩Mr越大，则φn越大。而Mr又与动力钻具本身结构性能有关，与泥浆排量Q或泥浆压力有关，还与钻压大小以及岩性有关。这些因素在钻进中都是经常变化的，所以Mr也是一个可能在相当大范围内变化的参数。要想确定φs保证所需要的φw，就须保持排量和钻压基本上不变。 (2)钻柱尺寸的影响。钻拄尺寸包括钻柱内外的直径和长度。φn与钻柱长度成正比，而与钻柱的断面圾惯性矩成反比。 (3)钻柱与并壁的摩擦力的影响。站住与井壁的摩擦力作用在钻柱表面上，使钻往断面上受到一个摩擦力矩的作用。此摩擦力矩将阻止钻柱产生扭转，使反扭角φn减小。摩接力矩越大，则φn越小。而摩擦力矩的大小，又与井斜角大小有关，与钻柱和井壁间的摩擦系数有关。显然，这是一个更为复杂的影响因素。 (4)弯接头装置角的影响。现场经验证明，当装置角在0—180°范围内，反扭角将小于正常值；当装置角在180°—360°范围内，反扭角将大于正常值。而且装置角对反扭角的影响在井斜角不同的情况下也是不同的。装置角为90°和270°时，对反扭角影响最大；为0°和180°时，影响最小。 由以上分析可知，要准确地算出反扭角φn是很困难的。可是，在工程上又必须确定反扭角φn，只有确定了反扭角φn，才能计算出定向方位角φs所以，人们采取多种方法，以求确定反扭角φn的值。 二、公式法计算反扭角 在我国现场上，过去使用涡轮钻具带弯接头扭方位时，多使用公式计算φn。到目前为止，公开见于书刊上的公式有三种。这三种公式，都是对定向井的实际问题大胆地进行简化，然后推导出计算φn的公式来。这些大胆的简化，往往同实际情况相差太远，所以，计算出来的φn值是很难符合实际的。 一种动力钻具第一次下井，没有任何资料可以借鉴，这时不妨用公式计算φn作为参考。尽管可能不符合实际情况，但作为参考还是可以的。待有了一定的资料或经验之后，就可以不用公式计算了。 上面说有三套公式都不是准确的，所以我们只推荐一套计算较简单的公式。
水平井高摩阻影响因素及解决对策 摘要: 在水平井钻井施工过程中,摩阻通常指的是钻具使用中需要面对的摩擦阻力,通常来自于两个方面,分别是轴向上所存在的扭矩以及摩擦阻力,在钻井过程中需要对工程施工中形成摩擦阻力的不同类型因素进行梳理,制定出针对性的减少摩擦的措施,从而为项目施工的有序进行提供保障｡水平井钻井作业中,钻具面临着造斜段以及水平段不同类型力所带来的影响,而摩擦阻力通常是由于井壁跟管柱之间存在的反扭矩以及轴向上存在的阻力所引起,所以要想促进钻井施工效率和质量的提高,需要对摩擦阻力的影响因素进行分析,制定出针对性的减摩措施｡ 关键词: 水平井；摩阻影响；钻柱；钻具；井眼曲率半径；钻井液；施工效率 1水平井钻井摩阻影响因素分析 1.1钻柱因素 油田企业在进行水平井钻井时,钻柱在使用中会面临各种因素问题,比如由于本身所具有的重量会造成井壁跟钻柱间所存在的摩擦力增加,随着摩擦力的不断提升,可能会引起钻柱出现形状的变化,也就是通常所说的屈曲｡钻柱在发生屈曲变形的情况下,钻壁能够对钻柱形成支撑,钻柱在短期内的稳定性不会受到任何的影响,但是在不断作业的过程中,其所面临的载荷会不断增加,当超出其所能承受的最大值时,就会发生损坏｡在进行水平井钻井的过程中,需要重点关注钻具的选择问题,如果选择钻具组合跟项目施工的要求之间存在偏差,必然会引起钻柱面临的重力持续增加,引起钻井效率的降低,钻具受到的摩擦阻力也会相应增加,甚至造成钻具的损坏｡ (1)钻柱刚度因素｡针对钻柱的刚度进行一系列的研究能够发现,钢柱的强度越高,则其所具有的抵抗变形的能力也会越强,而钻井施工中摩擦阻力跟弯曲段所具有的反力之间存在正相关关联,这种情况跟水平井身段具有的曲率存在着某些
大斜度井段钻井扭矩分析及控制策略 摘要：近年来,在国际上摩阻/扭矩问题的研究仍然受到重视。影响摩阻/扭矩的因素按可预测的准确程度可以分为定量因素和定性因素。目前，可以定量计算的因素为重力、摩阻系数、测斜数据和钻柱变形;而只能定性分析的因素为岩屑床厚度、井眼缩径与坍塌、棵眼井璧岩石的力学性质、泥饼厚度和压差等。本文系统地阐述影响摩阻/扭矩的因素、预测方法和可采用的控制技术措施。最后,给出一个工程应用实例。 关键词：大斜度井；摩阻/扭矩；定量因素；定性因素；控制措施 大斜度井是最大井斜角超过55°的定向井,其长稳斜井段的安全高效钻进具有重要的经济价值。较准确地掌握该井段钻井作业的摩阻/扭矩规律是安全高效钻进的重要前提之--,例如,能较好地解释加不上钻压(俗称托压)的原因;钻井摩阻/扭矩对断钻具事故的预报具有指导作用。摩阻是斜井中钻柱轴向力的重要组成部分,对比实际状态和理想状态(即零摩阻状态)的轴向力,它们之差即为摩阻。扭矩是使下部钻柱转动而需要施加的力矩,钻柱上任--点离钻头越远,则承受的扭矩越大。因此，摩阻/扭矩要通过计算钻柱轴向力得到。 1摩阻/扭矩的影响因素分析 1.1重力与摩阻系数 在正常条件下,钻柱承受的重力与摩阻是产生其轴向力/扭矩的内因。为了建立计算三维井眼中钻柱轴向力的通用模型,首先考虑两井眼轨迹测点之间的一个钻柱单元，建立轴向力和与其相关的因素之间的关系式。在推导过程中,假设:①钻柱单元的曲率为常数;②钻柱轴线和井眼轴线重合,此假设隐含钻柱单元的曲率和井眼曲率相同;③两测点之间的井眼轨迹位于一个空间平面内;④钻柱的弯曲变形仍在弹性范围之内。在上述假设的基础上,经过推导与合理简化，可得: (1) 式中,为钻柱单元上端的轴向力,N;。为钻柱单元下端的轴向力,N;。为单位长度钻柱在钻井液中的重量,N/m;为平均井斜角,rad;。为轴向的摩擦系数或摩阻系数,无量纲;为由钻具.重量轴向力、井眼弯曲、钻柱弯曲和屈曲等产生的正压力,N/m;为钻柱单元的长度,m。 当钻柱提离井底并转动时,转盘扭矩由钻柱和井壁之间的摩阻产生。当旋转钻进时，转盘扭矩由钻柱井壁间摩阻和钻头扭矩共同产生。扭矩的计算步骤和轴向力类似，计算过程中要先计算轴向力和正压力,然后再计算扭矩，单元上端的扭矩由下式计算: （2） 式中,为单元上端的扭矩,N·m;为单元下端的扭矩,N.m;为钻具外壁圆周切向的摩擦系数或摩阻系数,无量纲;为钻柱接头的外径，m。 1.2井眼几何形态 井眼几何形态对钻井作业中摩阻/扭矩有着重要的影响,通常以摩阻/扭矩最小为约束条件最优化井眼轨道设计,可选用的轨道类型包括常规三段制、悬链线、二次抛物线、双增剖面等。如果实钻井眼轨迹偏离了设计方案,那么就会直接影响到钻柱与井壁的接触状态,并造成摩阻系数的增大,进而导致钻井作业的摩阻/扭矩的增加。井眼弯曲程度越高,则摩阻/扭矩越大。 1.3裸眼井壁岩石的力学性质 当井眼直径小于钻具接头时,即使差值(或过盈量)很小,比如0.1mm,也会产生很
钻杆 （1）2-7/8〞钻杆 1)★外径：2-7/8〞（73mm）； 2)内径：2.151”(54.6mm)； 3)★钻杆钢级：G105； 4)★加工形式： EU； 5)壁厚：9.19mm； 6)★重量：10.4ppf 7)总长度（从台肩到台肩）:31ft±0.5ft ； 8)材质硬度：HB(TJ)285-340； 9)★接头扣型:NC31； 10)螺纹旋型：右旋； 11)★接头外径：104.8mm； 12)★接头内径：50.8mm； 13)焊接方法：摩擦焊接； 14)接头扣钳部分长度：10〞 Pin(不含扣长)x12.5〞 Box； 15)吊卡台肩：18°； 16)管子表面：清漆； 17)★内部涂装：TK34； 18)接头和管体材料产地：宝钢； 19)接头耐磨带：母接头端敷焊宽度为3〞ARNCO-100XT的耐磨带,在母扣 18°台肩面上敷焊宽度为1〞的ARNCO-100XT耐磨带。 20)含接头估重：16.5KG/M （2）3-1/2”钻杆 1)★外径：3-1/2〞（88.9mm）； 2)内径：2.764”(70.2mm)； 3)★钻杆钢级：S135； 4)★加工形式： EU； 5)壁厚：9.35mm；
6)★重量：13.3ppf 7)总长度（从台肩到台肩）:31ft±0.5ft ； 8)材质硬度：HB(TJ)285-340； 9)★接头扣型:NC38； 10)螺纹旋型：右旋； 11)★接头外径：127mm； 12)★接头内径：54mm； 13)焊接方法：摩擦焊接； 14)接头扣钳部分长度：10〞 Pin(不含扣长)x12.5〞 Box； 15)吊卡台肩：18°； 16)管子表面：清漆； 17)★内部涂装：TK34； 18)接头和管体材料产地：宝钢； 19)接头耐磨带：母接头端敷焊宽度为3〞ARNCO-100XT的耐磨带,在母扣 18°台肩面上敷焊宽度为1〞的ARNCO-100XT耐磨带。 20)含接头估重：22.21KG/M （3）4”钻杆 1)★外径：4〞（101.6mm）； 2)内径：3.340”(84.84mm)； 3)★钻杆钢级：S135； 4)★加工形式： EU； 5)壁厚：8.38mm； 6)★重量：14ppf 7)总长度（从台肩到台肩）:31ft±0.5ft ； 8)材质硬度：HB(TJ)285-340； 9)★接头扣型:NC46； 10)螺纹旋型：右旋； 11)★接头外径：152.4mm； 12)★接头内径：76.2mm；
螺杆钻具参数 本文介绍了螺杆钻具技术参数，包括钻具型号、外径、流量、钻头钻速、马达压降、工作扭矩、最大扭矩、推荐钻压、最大钻压、最大功率、长度和连接螺纹等信息。 钻具型号包括“C 5 LZ 172 * 7.0 II - D K W F G”，其中“C”表示马达形式，“5”表示转子头数，“LZ”表示螺杆钻具产品代号，“172”表示螺杆钻具规格，“7.0”表示允许使用的转子水眼压降，“II”表示产品改进次数，“D”表示弯钻具弯角形式，“K”表示可调弯壳体钻具结构形式，“W”表示稳定器，分流则表示转子中空，“G”表示钻具耐温特性。 这些钻具型号都有不同的外径、流量、钻头钻速、马达压降、工作扭矩、最大扭矩、推荐钻压、最大钻压、最大功率、长度和连接螺纹等参数。例如，“5LZ60*7.0”的外径为23/8英寸，流量为60，马达压降为2.5MPa，工作扭矩为160N.m，最大扭矩为280N.m，推荐钻压为5kN，最大钻压为10kN，最大功率为6.03kW，长度为3.3m，连接螺纹为1.9TBG。
总之，螺杆钻具技术参数是钻井作业中非常重要的指标，不同的型号和参数适用于不同的作业需求，选用合适的螺杆钻具可以提高钻井效率和质量。 螺杆钻具技术参数(单头) 以下是不同型号的螺杆钻具技术参数，包括外径、流量/中空流量、钻头钻速、马达压降、工作扭矩、最大扭矩、推荐钻压、最大钻压、最大功率、长度和连接螺纹。 LZ127*3.5 钻具型号：LZ127*3.5 外径：5英寸（127毫米） 流量/中空流量：9.5～18.5 钻头钻速：355转/分 马达压降：2.5 MPa
工作扭矩：576 N.m 最大扭矩：1152 N.m 推荐钻压：20 kN 最大钻压：40 kN 最大功率：33.78 kW 长度：5.8米 连接螺纹（API正规）：31/2英寸LZ165*3.5 钻具型号：LZ165*3.5 外径：6.5英寸（165毫米）
第六章水平井、大位移井摩阻扭矩分析 水平井、大位移井具有长水平位移、大井斜角以及长裸眼稳斜段的特点。大位移井钻井过程中的摩阻、扭矩的预测和控制是成功地钻成大位移井的关键和难点所在。开展摩阻、扭矩预测技术研究，在大位移井的设计（包括钻井设备选择、轨道形式与参数、钻柱设计、管柱下入设计等）、施工（轨道控制、井下作业等）阶段都具有十分重要的意义。 第一节摩阻扭矩研究及存在的问题 钻井界早就认识到摩阻扭矩预测、分析和减摩技术在大位移井中的重要性。摩阻问题贯穿从设计到完井和井下作业的全过程，其重要性为： ●根据摩阻扭矩分布设计选用钻杆强度和各钻柱组件（钻杆，钻铤和加重 钻杆）分布。 ●地面装备（顶驱功率和扭矩，起升能力、泵功率和排量压力）需要根据 摩阻扭矩预测来选用，并考虑到预测误差需留有足够的富余能力。 ●钻井液设计及润滑性要求。在某一特定地区，使用水基钻井液钻大位移 井，其水平位移受摩阻扭矩限制会有一个极限长度。超过该极限值，靠 加减摩剂维持钻井会遇到技术困难，经济效益不佳或风险大。但是，在 一定的可控制的摩阻扭矩范围内，使用水基钻井液具有显著技术经济和 环保效益。 ●井眼轨迹的设计和轨迹控制技术往往受摩阻扭矩限制。在当前普遍采用 的旋转导向钻具控制轨迹条件下，在扭方位或以较高井眼曲率增降井斜 角的井段必须放在滑动态能钻井的深度。 ●充分考虑完井、井下作业或修井可行性。如果在钻井阶段，钻柱可旋转 下入或倒划眼起出，那么就需考虑套管或尾管是否需要旋转才能下入、 生产油管、连续油管或其它测试管柱能否下入等问题。 从上述分析看出，摩阻、扭矩预测的准确性至关重要，但是提高摩阻扭矩预测精度仍是大位移钻井的一个难点。 1、研究现状 国内外学者对定向井、水平井、大位移井的摩阻、扭矩问题进行了大量的研
SPE 123710 井眼曲折、扭转、钻井参数和能量：在井眼轨道设计中起什么作用？ Robello Samuel, 哈里伯顿，刘修善，中石化 版权所有2009年，石油工程师学会 这篇论文准备是2009SPE 技术年会上的演示文稿并于2009年10月在美国路易斯安那州新奥尔良展览。 摘要 井身质量通常与井身的“光滑度”相关，它有很多的衡量方法，这些方法都与钻井过程和钻进的效率以及完井成本息息相关。目前，有几个参数如井眼的曲折、曲率、扭转角和钻井的各项指标，都被用于量化的井眼轨迹，或评估钻得光滑井眼的难度。除此之外，没有明确的标准来衡量的井身质量。与定性地量化井眼相比，钻井指数更主观地描述井身质量。在某些情况下，他们仅作为衡量井的难钻程度，而不是实钻井眼多么光滑。 另外一个在计算时被忽略重要参数是井眼的扭转。井眼的扭转描述了井眼轨迹的副法线向量对弧长的旋转速度，或密切面改变副法线方向的程度。它确保光滑的井眼轨并减少大位移和超深大位移井的摩阻扭矩。由于还没有行业标准量化这些参数，它们很容易混淆，在还没有适当的证明和理解时，就互换使用它们。本文提供这些参数，以及它们明确的定义和可以使用环境。几个计算示例以作简单指导。本文还提供了评价相对和绝对项在光滑井眼轨迹上应用这些参数的方法。本文还提供了用于衡量井身质量的最小能量，它是基于薄弹性梁非线性弯曲的数学标准。 介绍 随着更新的、更复杂的井底钻具组合的出现，监测这些工具的性能和井身质量的要求就更加迫切。滑动钻进和旋转钻进的交替进行，导致井眼成螺旋形；经常的滑动钻进，使井眼振荡变的更加明显。对摩阻扭矩定性的质量评价和定性估计在钻井施工的很多阶段相当的重要。当地质导向工具配合使用时，它们可以调