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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·mR — 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。
由图2-2 V V F V F r t s t t 22/+= (2-3) V V F V F r t s r r 22/+= (2-4)F s = f N (2-5)式中 F S — 钻柱单元的静摩擦力，N ；f — 摩擦系数；N — 钻柱单元对井壁的挤压力，N 。
[])sin ()22sin (θθθφW T T N +∆+∆= (2-6)式中 T — 钻柱单元底部的轴向力，N ；W —钻柱单元在钻井液中的重量，N ；θ, △θ,Δφ—钻柱单元的井斜角，井斜角增量。
文章编号:1000-7393(2006)06-0001-03大位移井摩阻/扭矩预测计算新模型*宋执武1高德利1马健2(1.中国石油大学石油与天然气工程学院,北京102249;2.长庆油田公司采油一厂,陕西延安716000)摘要:井下摩阻/扭矩预测是大位移井钻井成功的关键技术之一。
常用的预测模型大都忽略了井眼的间隙,因此无法判断钻杆接头和本体与井壁的接触情况。
通过假设井壁对钻柱的支承点按一定的间隔分布,将钻柱在支承点处断开,相邻两断点间的钻柱作为一跨,根据加权余量法在每一跨内计算出钻柱的转角与弯矩的关系;根据相邻两跨在断开点处的转角相同,求出弯矩的迭代方程;再由已知的边界条件计算出各点的弯矩;进而计算出各支承点处支反力的大小和方向,根据这一方向逐渐调整钻柱在井眼中的位置;推导出一套新的没有忽略井眼间隙的摩阻与扭矩计算公式。
新模型能够计算出钻柱与井壁的接触情况,为合理的确定减扭接头或钻杆保护器等工具在钻柱上的安放位置提供更准确的依据。
关键词:大位移井;摩阻;扭矩;加权余量法中图分类号:TE22文献标识码:A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实施大位移井的关键和难点所在。
摩阻扭矩分析是大位移井轨道优化设计的基础,是选择合理的钻井和下套管工具的前提。
在实钻速,通过预测值和实测值的对比,可以了解井下的情况。
所以建立一个符合实际情况的,正确合理的摩阻扭矩计算模型是很有意义的。
国内外有多篇文献对摩阻/扭矩计算模型进行过研究[1-12],但这些模型大都忽略了井眼的间隙,即假设钻柱与井壁处处接触,因此无法判断钻杆的接头和本体与井壁的真实接触情况。
笔者根据加权余量法和三弯矩方程法的思想,推导出一套新的摩阻与扭矩计算公式,该套公式没有忽略井眼的间隙。
在分析中采用如下基本假设:(1)井壁对管柱呈刚性支承;(2)管柱与井壁的摩擦为滑动摩擦;(3)忽略管柱的动力效应。
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。
基于井眼清洁效果的大位移井钻井参数与钻井液性能优化方法
研究与实践
李根;王磊;李乾;杨雪峰
【期刊名称】《海洋石油》
【年(卷),期】2024(44)2
【摘要】针对东海油气田大位移井在钻井过程中易形成岩屑床,井眼清洁困难,导致摩阻扭矩大甚至频繁出现憋泵憋扭矩等复杂的问题,提出了一种基于井眼清洁效果的钻井参数设计和钻井液性能优化方法。
首先,分析大位移井井眼清洁的主要影响因素,使用VIRTUALMUD软件对影响大位移井井眼清洁性能的钻井液排量、机械钻速等工程参数和钻井液6转3转读数等钻井液参数进行优化设计。
然后,通过优选合适的基础油、乳化剂和重晶石等方法对现场使用的油基钻井液进行性能改进。
在大位移井A井应用优化后的钻井参数及钻井液体系,井眼清洁效果好,钻井液携岩效率高,在作业过程中未发生憋钻卡钻等复杂情况,起下钻顺利。
现场应用情况表明,该方法具有较好的可行性和有效性,对于提高钻井效率和降低钻井成本具有重要意义。
【总页数】6页(P94-99)
【作者】李根;王磊;李乾;杨雪峰
【作者单位】中海石油(中国)有限公司上海分公司;中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司
【正文语种】中文
【中图分类】TE254
【相关文献】
1.大位移井井眼清洁技术研究与实践——以胜利油田庄129-1HF井为例
2.长北大井眼大斜度井段钻井液体系改进与实践
3.疏松地层大位移井钻井液性能优化技术研究
4.浅层大位移井井眼清洁效果评价及优化方法
5.考虑井眼清洁条件下的小井眼钻井液性能优化研究
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浅谈大位移井摩阻控制技术【摘要】摩阻与扭矩控制技术伴随着钻井技术的发展而发展，本文详细分析了摩阻扭矩影响因素，以桩106-平15井为例介绍了胜利油田大位移井摩阻与扭矩控制技术现状，最后就摩阻控制技术现状提出建议。
【关键词】胜利油田大位移井摩阻控制润滑井眼清洁固相控制大位移井在油气田勘探开发中，尤其在浅海、海洋油气田的勘探开发中显示出巨大的潜力。
大位移钻井的水平位移大、钻穿油层的井段长导致钻进过程中摩阻和扭矩较大，大位移井核心技术之一就是摩阻的控制技术。
1 摩阻影响因素摩阻是指钻柱与套管、井壁之间的接触摩擦力，摩擦力的大小与钻柱承受拉压及井眼的狗腿度、井眼井径，钻柱重量和井身轨迹有关。
其主要影响因素有：（1）剖面曲线类型的选择；（2）井眼轨迹的圆滑度；（3）钻井液的润滑性；（4）钻井液的携岩能力和井眼的清洁度等。
在设计阶段要对钻达地质目标的各种轨道进行优选，选择合理的井眼轨迹线形、稳斜角大小和造斜点深度，尽量增加井眼延伸距离减少井眼的“狗腿”。
在钻井现场控制摩阻方法是优化井身结构和增加钻井液润滑性能和清洁度。
2 摩阻控制技术2.1 钻井液润滑技术在钻井过程中如果摩阻和扭矩值超过正常递增值，则必然存在以下影响因素：（1）地层岩性发生变化。
（2）当钻遇大段泥岩，钻井液性能发生了很大的变化。
（3）泥浆润滑剂降低。
（4）钻井液没有良好的流变性等。
因此钻井液的润滑性是控制摩擦的主要因素，而它本身很大程度依靠钻井液类型和地层类型而确定。
根据井眼轨迹，针对不同的井斜，在混原油的基础上适时适量地复配石墨、极压润滑剂，能很好地解决因水平位移大、井斜角大，携岩、拖压问题突出、摩阻扭矩大、井眼清洁和防卡难度大的问题。
2.2 井眼清洁技术井眼清洁就是要保证钻井液良好的携砂效果。
要达到有效的携砂效果应从以下几个方面入手：（1）流体的类型。
在钻大位移井中，要保证钻井液流型为层流或紊流，避免使用过渡流。
特别是对于复杂的页岩层，油基或准油基钻井液同时被认为可改善井眼的稳定性、减少井眼扩大率和岩屑在井眼中的沉积。
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究，建立了对应的力学模型。
1983年，Johansick，首先提出了在定向井中预测钻柱拉力和扭矩的柔索模型，为改进井眼轨迹设计和钻柱设计、现场事故诊断和预测提供了理论依据。
