本科创新基金项目定向井管柱摩阻与扭矩计算申报书(编辑修改稿)

本科创新基金项目定向井管柱摩阻与扭矩计算申报书(编辑修改稿)内容摘要：

扭矩分析的综合力学模型。 2) 分析目前 已有 的钻 柱 屈曲计算模式和计算公式，建立适合于 定向 井摩阻扭矩力学分析的钻柱屈曲计算模式。 3) 分析摩阻扭矩的具体应用，探讨摩阻扭矩模型在井眼轨道设 计、钻柱优化设计、漂浮下套管分析、摩阻扭矩的实时监测分析、以及井眼环空净化等方面的具体应用。 关键问题在于 理解钻柱屈曲影响，于 定向 井钻井的特殊性，摩阻的作用往往使得钻柱受压产生屈曲，屈曲的钻柱又将进一步的增大摩阻， 定向 井中钻柱的屈曲不可避免，因此研究钻柱的屈曲问题非常重要。 根据屈曲的形态钻柱的屈曲可分为正弦屈曲和螺旋屈曲，诸多文献都给出了钻柱屈曲的计算公式。 钻柱的屈曲对摩阻和扭矩有很大的影响，对于 ，垂直井段和 倾斜井段， Wu Jiang博士建立了螺旋弯曲后的轴向载荷的微分方程，根据不同的井眼条件对上微分方程 进行了求解，得到轴向载荷计算公式。 正弦屈曲很易发生， 正 弦屈曲对摩阻扭矩的影响不大，而螺旋屈曲将很大程度地增加侧向载荷，从而增大摩阻和扭矩，当井斜较大时，螺旋屈曲不易发生，反而在井斜较小或直井中螺旋屈曲是很容易发生的。 研究的主要方法 钻柱单元体摩擦力的计算 钻柱单元体摩擦力的计算 在钻井作业中，钻柱与井壁的摩擦力分布于整个钻柱上，其影响主要体现在大钩载荷和扭矩载荷的变化上，为了便于分析，将整个钻柱分为若干单元段，通过每一个单元杆件进行受力分析，再叠加，从而求得结果。 一般情况下，钻柱表面某点的运动实际就是一种复杂的螺旋运动。 在弯曲井段中，取一钻柱单元，如图一所示， V 为钻柱表面某点的绝对速度， Vt 为钻柱表面某点的轴向速度，即钻进速度， Vn 为钻柱表面某点的周向速度，与转速有关。 Ff 为钻柱表面的摩擦力， Ft 为钻柱表面沿轴向摩擦力分量， Fn 为钻柱表面沿周向摩擦力分量。 其中， f 为摩擦系数， N 为钻柱与井壁间的挤压力。 当是动力钻具钻进时，钻柱不转动，钻柱轴向 摩擦力即是总摩擦力 F= f N t。 钻柱单元体轴向力和扭矩的计算 在弯曲井段中，取一钻柱单元 ds 长度，位于空 间一斜平面上，如图二所示。 其中， N 为钻柱与井壁间的挤压力；单位长度钻柱在钻井液中的重为 Wg； T 为钻柱单元一端部的轴向力； M 为钻柱单元一端部的扭矩； θ 和 φ 分别是井斜角和方位角； r和 R 分别是钻柱半径和该微段的曲率半径。 根据受力分析，并略去高阶无穷小量进行化简，可得 为研究方便，作如下假设：井斜角和方位角没有同时变化；钻柱全长与。