水平井摩阻扭矩分析

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1、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

2、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

3、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。Lesage在Johansick的基础上，分起钻、下钻、旋转钻进 三个过程，考虑了钻柱的运动状态对摩阻、扭矩模型的影响，并对模型

4、进行了改 进。 1988 年，何华山以大变形为基础，并考虑了钻柱刚度的影响，提出了改进的 拉力/扭矩模型。 1992 年，杨姝提出的修正模型在综合考虑了井眼轨迹和井眼状 态，特别是考虑了钻柱的运动状态钻井液粘滞力和结构力的影响。美国德克萨斯 大学 Cheng Yan 博士开发了圆管的弯曲模型，该模型考虑了三维实际井眼，以及 钻柱的刚性影响。国外的摩阻扭矩模型大都采用了管柱变形曲线与井眼曲线一致 的假设，这与实际有较大差别，但由于采用了反算摩阻系数的方法，这一误差被 包含进了可变的摩阻系数之中。这对于常规定向井和水平井，基本上能满足工程 技术的需要。2、摩阻扭矩预测和分析存在的主要问题 摩阻、扭

5、矩对大位移井钻井有着重大影响，而目前国内外的研究模型用于计 算大位移井的摩阻、扭矩误差高达20%50%，对其进行正确计算是大位移井钻井 实践提出的一个迫切要求，需进一步研究过去模型中未能考虑的因素，如钻柱的 局部弯曲、与井眼的接触状态、泥浆性能、地层孔隙压力、岩屑床的状况等，尽 量贴近实际，减少理论与实际的误差，并进行优化轨迹设计，降低摩阻技术的研 究，以更好地指导大位移井钻井施工。在摩阻扭矩计算中，“事前”与“事后”又有差别。所谓“事前”是指没有实 测摩阻扭矩，靠分析计算。而“事后”指已知实测摩阻扭矩，通过调整摩阻系数 使计算值与实测值更接近。这对预测同一井下工况的摩阻和积累摩阻扭矩预测经

6、验是有价值的，但总体上仍摆脱不了对摩阻系数的依赖性和摩阻系数取值的随意 性。产生上述问题的主要原因是：现在广泛采用的库化摩擦定理不完全符合井下的摩擦机理，摩阻系数取 值有一定随意性。 钻柱作用于井壁的横向力（正压力）很难准确计算。 有一些重要的因素还没有引进到摩阻扭矩预测模型中，如导向钻具组合 的摩阻或阻卡在模型中未考虑。第二节摩阻/扭矩模型建立1、钻柱三维刚杆模型1.1 基本假设条件钻柱与井壁连续接触，钻柱轴线与井眼轴线一致；井壁为刚性； 钻柱单元体所受重力、正压力、摩阻力均匀分布； 计算单元体为斜斜平面上的一段圆弧。1.2 模型建立与求解在井眼轴线坐标系上任取一弧长为ds的微元体AB,并对

7、其进行受力分析， 以A点为始点，其轴线坐标为s，B点为终点，其轴线坐标为s+ds，此单元体的 受力如图 1所示。图 1 微元段钻柱受力分析曲线坐标S处(A点)的集中为F(s)为： t (s)1)F(S)二(-T(s) Qn(s) Q b(s)n(s) b( s)微元段s+bs处(B点)的集中F(s+ds)为:s+ds)=(T(s+dT)-( Qn+dQ n)-( Q b+d Q b)t (s) + dt2)-n(s) + dnb( s) + ds微元段ds上的均布接触力q (s)为：c3)t ( s )q (s) = (土卩 NN N ) n(s)ca n bb( s)单位长度钻柱浮重w为w

8、P _ W P= q - KP m f 式中 K 为浮力系数f即 K 二1-丫 / yf m s式中：Y :为钻井液密度mY :为钻柱材料密度s由微元段 ds 的受力平衡条件，即:F(s) + F(s + ds) + q ds + W ds = 0cp并将(1)、(2)、(3)、(4)式代入(5)式，略去微量的乘积得:T (t) + QnnQbb + Tt + dTt Qnn dQnn QbbdQb uNtds + Nnds + N dsb + q k ds = 0bm j化简整理可得:dT dQn* t n 5)ds ds ds根据( 3-6)式结合弗朗内-塞雷公式tdQb* -b 土 卩

9、Nt + N n + Nbb + q k = 0 mf6)ddsK0、0-TT0丿n丿 并将力向主付法线和切线方向轴上投影可得:fdT+ KQ u N q k cosads n a m f n + K T + t Qb + N q k cosa7)dsn m f kdQb c z 7 K n Qnt + N q k sm2a= 0dsb m f k现有微元段上的力矩平衡，可得:f dMtD m=u - R - Nds 18)dM b = Qn dst - M + K - M = Q bt b其中: N2=N2 + N2nb式中：Qn、Qb为曲线坐标S处的主法线和付法线方向的剪切力；Nn、 Nb

10、 为主法线和付法线方向的均布接触力；R、 u 为钻柱外半径提管柱时取“+”，相反取“-”号。t将( 8)式代入( 7)式并整理可得大位移井全刚度钻柱摩阻计算模式：dTdM+ K bdsdsdM& jlxRN土 yN - q k cosa 0mfd2Mb + K - T +t (t M + K - M ) + N q k cosa 丄0(9)ds 2bt n m f kd (tM + KM dM “1 .K 八b1 -tb + N - q k sin2a 0 dsds b m fkN 2 N 2 + N2nb其中：d 2 y ds 2 daK 二2 dsdds-1 71 一mYs式中：KaK：井

11、斜变化率：方位变化率Y / madY / mad/m；t ：井眼曲率， Yad q ：钻柱单位长度重量， kN / m ； mM :钻柱微段上的均布接触力，KN；ba :井斜角， Y ；ad y :摩阻系数；Mt：钻柱所受扭矩，kN m；DT:钻柱轴向力增量,KN；T：微元段上的轴向力，Kn。如前所述，本文认为井眼轴线相邻两测点为空间斜平面上的一段圆弧，井叟挠率始终位于密切面内，由密切面定义可知：t 0 则（ 9）式变为dT + KdMb 土 pN - q k cosa = 0 ds dsm fdMtds=pRNd 2 Mkb + K T HFN q k cosa ads 2n m fkKdM

12、b + N k Sin2a型=0ds b fkN 2 = N 2 + N 2nb整理变形可得：dT _dsdM “q k (sin2 a+ cos a pN Nm fKb1 _ pRN dsd 2Mk b + KT + N q k cos a ads 2n m fk10)d2Mb _ KT + N q k sin2 a 型ds2b m fkN 2 = N 2 + N 2,nb10）式为非线性方程组，本文采用解非线性方程组的拟牛顿迭代法进行迭代求解，首先应用有限差分中的差分公式：dT _ T (s +1) T (s)dsh(2 +1) h( s)dMMt(s +1) Mt(s)t _ dsh(2

13、 +1) h( s)dMb _ Mb(s +1) Mb(s)dsh(2 +1) h( s)dMb2 _ Mb(s + 2) Mb(s + 2) + Mb(s) dslh(s +1) - h(s)l其中：Mb(s)=E.I.K(s)式中：E：弹性杨氏模量，KN/m2；I：钻柱惯性矩，m4H （s+1） -h （s）：各段的段长，m。把常微分方程离散化，求得 T（s+1），Mt（s+1），Mb（s+1），Mb（s+2） ，然 后将其代入非线方程组求解，得出主付法线方向上的均布接触力后，即可计算出 距钻头任意井深处的摩阻力F卩摩擦扭矩Mt,大钩载荷及转盘扭矩，其公式形式为: F =卩 Js |N|d

14、s 口a 011）M =卩卜 R|N|dst t 0T = Jsq k cosods 土 F 土 F 土 F0 m fpuy式中：F ：钻井液粘滞力 kN，F :钻井液与地层流体之间压差产生的压差阻力，kN“ ”：代表起下钻，起钻取“ 土 ”，下钻取“-”，以后同。具体工况分别为:uyT = Jsq k cos a ds 土 F 土 F 土 F 0 m fp空转：T = JSq k cos ads|N|ds o m fM = p R Jst t 0转盘钻进（划眼起下钻）：|N|ds + WOBT = JS q k cos ads - p Js 0 m f a 0 M =pRJs |N|dsJ

15、t 0滑动钻进：|N|ds - F - F + WOBu yT = J S q k cosads - p J s0 m fa 0Mt = 0J应用边界条件，随钻井工况不同而不同，具体为起下钻：T = 0, M = 0 ；s=0t空转：T 二 0, M二 0;s=0t s=0转盘钻进：T = -WOB, M = M;s=0t S = 0滑动钻进：T =-WOB, M = M;s =0t划眼下钻：T = 0, M = M;；s=0t倒划眼起钻：T = 0, M = M;；s=0t式中：WOB：钻头钻压，M：钻头扭矩。2、三维软杆模型建立与求解2.1.基本假设计算单元段的井眼曲率是常数 管柱接触井壁

16、的上侧或下侧，其曲率与井眼的曲率相同 忽略钻柱横截面上的剪切力 不考虑钻柱刚度的影响（软件模型）在大位移钻井中，井眼曲率变化平缓，在起下钻和钻进作业中，在杆柱的横 截面上不会产生太大的剪切力，从而剪切力可以忽略；同时对于小曲率井眼，忽 略刚度的影响，在工程上可以得到足够的精度。2.2摩阻/扭矩模型建立钻柱在井眼中所处的状态有如下几种: 增斜井段 稳斜井段 降斜井段在真实的三维井眼中还有方位的影响. 增方位 稳方位 降方位方位的变化同样会引起钻柱轴向载荷的变化。本文综合考虑钻柱在不同工况下，不同井段中的受力工况建立如下三维软杆计算模型。12)AAa人 .一AAaF cos cos= w AL s

17、in a + F + F + F cos cos 13)i 22 e Gi-122T =中 |N | + Tmii-114)AAi -1N 二 F sin + F sin i2i-12A . AaA . Aa15)N = w AL cos a + F cossm+ F cossmG ei 22i -122aai i -1A . AaA . Aa16)N = F cossm+ F cossm w AL cos aG i 22i -122 eaa17)i i-1f =r In I18) 1 1fg =卩 lNGl)/219)-(Ga = a -a20)ii -1Aa = a -a21)ii-1A

18、= - 22)ii -1N =叫+ng注:钻柱向上运动取“+”号，钻柱向下运动取“-”号 主要符号意义：F :第i单元钻柱上端面的轴向载荷T :第i单元钻柱上端面的扭矩niwe :钻柱单位长度ea :第i单元段上端井斜角 :第i单元段上端方位角I :第i单元段的平均井斜角 :第i单元段平均方位角Aa :第i单元段井斜角变化A：第i单元段方位变化NG :由于井斜作用所产生的正压力N :由于方位变化作用所产生的正压力以上给出了三维井眼中的摩阻/扭矩计算模型，采用迭代逼近的方法，可以计 算出井口的轴向载荷和扭矩。第三节 摩擦系数的修正在前面推导的公式组中，摩擦系数卩是一个非常重要的参数。摩擦系数的变

19、 化将会引起钻柱轴向载荷的极大变化。因此，如何正确合理地确定摩擦系数是摩 阻/扭矩分析中的一个重要内容。在已有的文献资料中，对摩阻系数的处理大多采用速度分解法，因为钻柱的 运动可以分为轴向运动和周向运动，根据这两种速度的大小比例将摩阻系数沿轴 向和周向进行分解。分解后的速度可以简单地表为：23)卩vV 2 + V 2勺atpVt其中：60 D NtV = i , m / s t 1000式中，N：转盘转速，转/min；V :钻柱的轴向速度，m/s；a.V：钻柱的周向速度，m/s； 卩：钻柱轴向摩阻系数； 卩钻柱周向摩阻系数； 卩:井眼摩阻系数。如果认为井壁或泥饼、套管的性质是各向同性的，则上述

20、摩阻系数的分解方 法不尽合理，本文从摩擦学的角度对摩阻系数的取值和确定方法进行了新的探讨目前大位称摩阻计算的公式为古典库仑摩擦定律。其表达式为 式中，F：摩擦力；N：法向载荷； p ：摩擦系数。上式具有下列物理意义：摩擦力大小与名义接触面积大小无关；摩擦力大小与滑动速度无关； 摩擦系数相对于接触材料表面是一个独立的常数，井下钻柱与裸眼井壁 或套管内壁的接触、滑动不完全符合库仑摩擦定理。为克服古典库仑摩擦定理的不足，有必要对库仑摩擦定理作适当修正。摩擦是抵抗两接触物体产生相对运动趋向或发生相对运动的一种现象，对于 不同的介质表面摩擦系数是不相同的。根据库仑摩擦定律，滑动摩擦力的大小与接触面间的法

21、向载荷成正比。也就 是说，摩擦系数是一个常数。而众多的研究表明：滑动摩擦系数的大小取决于多 种因素，它是材料与各种条件的综合特性，而不是材料自身的固有特性。 不同的钻进井段摩擦系数取值不同 在实际工况下，摩擦系数大小与接触面积、正压力和滑动速度有关 不同的润滑体系摩擦系数取值不同研究表明，不同的润滑剂的使用，可以大大降低两材料之间的摩擦阻力。在 钻柱与井壁（套管）之间的相对摩擦运动中，采用不同的泥浆体系将会得到不同 的摩擦系数。钻井作业中常采用泥浆体系有油基泥浆和水基泥浆。不同泥浆体系 下的摩擦系数取值，需要通过实验测定或现场试验确定。有的文献建议采用如下 摩擦系数：表 1 经验摩阻系数泥浆体

22、系套管内摩阻系数裸眼内摩阻系数水基泥浆0.240.29油基泥浆0.170.21盐水泥浆0.300.30 钻柱与井壁接触载荷的影响现代摩擦理论认为，正压力不但要增大材料之间的摩擦力，同时也将影响到 摩擦副之间的摩擦系数。在钻柱与井壁的相互作用中，随着接触载荷的增大，摩 擦系数将增大。 泥浆性能的影响 不同的泥浆体系所产生的摩擦系数不同，对于同一种泥浆体系。如果泥浆性 能（粘度）发生变化，摩擦系数也会同时发生变化。一般而言，粘度增大，摩擦系数将减小。早在1900-1902年间，德国学者Stribeck做了大量实验，得出如图3-2所示曲线。图2摩阻系数随S变化其中： 纵坐标为摩擦系数 横坐粘为S速度

23、eck参数载荷 P对于钻井作业中的泥浆体系，考虑钻柱与井壁的接触状态，它处于边界润滑 状态。随着粘度的增大，载荷的降低，摩擦系数降低。摩擦系数与粘度、速度的 增大、载荷的降低，摩擦系数降低。摩擦系数与粘度、速度、载荷之间的关系曲 线与系数，需要通过实验或现场试验确定。考虑泥饼对摩阻的影响，当钻柱在靠裸眼井壁轴向滑动或旋转时，摩擦力由 两部分组成：F=Fa+Fp式中，F：摩擦力；Fa：剪切阻力；Fp：摩擦阻力。 对不能生成泥饼的井壁岩石或硬地层，上式中的犁沟阻力可以忽略，但是对渗透 性砂岩或钻井液泥饼质量差时，摩擦阻力较大。影响摩擦系数的因素包括岩石性质、泥饼质量、压差及接触面积。大位移井 往往

24、都具有长段裸眼，建立裸眼中的分段摩擦系数可以改进摩阻和扭矩计算精度。 但是如果太精细，现场将不便操作和程序过于复杂，因此建立了以砂岩为基准的 摩阻系数修正方法。用E-P极压润滑仪测量水基钻井液和砂岩的摩擦系数。然后 根据不同的岩石分别给于修正。例如测得水基钻井液与岩石的摩阻0.30，那么摩 阻系数取值修正如下：砂岩 0.30 不修正泥岩 灰岩 0.25砂岩+泥饼质量不良0.35砂岩+钻屑床沉积0.5在现场应用时，实测摩阻与预测摩阻的比较可用于分析井眼净化。只有细化摩阻模型，测试摩擦系数才与现场摩阻扭矩实测和预测具有对应关 系，否则只能用于评价钻井液的润滑性和优选润滑剂。具有低摩阻的钻井液由于

25、摩阻计算模型选用欠妥，计算值会比实测的摩阻和扭矩偏高。第四节 摩阻影响因素分析钻柱在井眼中运动时所受的摩阻除了钻柱本身的原因外，还受到钻井液性能 主要是钻井液滞力的影响。1、钻井液性能对摩阻的影响1.1基本假设井壁为刚性； 钻柱内外钻井液性能相同。1.2理论计算起下钻过程中，由于钻柱的运动，引起钻井液相对运动，钻井液流速公式可 以表示为：V = K + D2 P - D2 i V（24）D 2 一 D 2 + D 2 Php i式中，V :钻柱平均下钻速度，m/s；pV：钻井液相对流速，m/s；K稠度系数；D :钻柱外径，m；PD：钻柱内径，m。iD :井径，m。h钻井液最大流速为：Vm=1.

26、5V（25）由环空压力公式：P 二scP =sp(14.4V 丫 2n +1 n 0.02k1mD - D hp(9.6V Y 3n +1 n 0.02klI Dti 丿II 3n丿D - Dhp26)27)由于钻柱与钻进液的相对运动，产生剪功力，从而对钻柱产生附加粘滞力，其计算公式为：F 二兀DIP /106us式中，D表示钻柱内外径(D=Dp, D=DI),e 6oo n = 3.3221g300K稠度系数，其表达式为K =e 300=亦(28) n钻井液流性指数，其表达式为(29)30)L：钻柱各段下深，mPs表示为：钻柱内外,Ps=Psc， Ps二Psp。1.3影响分析根据对钟平1井的

27、实例数据进行计算，结果表明，粘滞力对钻柱产生的附加 摩阻力不大，一般不会超过5%，但是当300读值较大时，则应该引起注意，这 是因为300与钻井液稠度系数成正比关系，它的增大，直接导致钻井液稠度的 增大，从而使得钻井液对钻柱的附加摩阻增大。钻井过程中，在井深和钻井液密度相同的条件下，并且使用同一套钻柱组合 若摩阻偏大，可能是钻井液的流变性发生了变化，此时提示钻井工程师们注意钻 井液性能，在可能的情况下，改善钻井液的流变性能，以降低摩阻，防止井下复 杂情况的发生。2、钻井液压差阻力影响2.1基本假设相邻两测点之间的井眼轴线为空间某斜面上的一段圆弧；钻具与井壁边续接触，钻具靠井壁一侧被泥饼均匀包围

28、。2.2理论推导图 3 井眼横截面示意图如图 3 所示 AB 为泥饼厚度 K，E 点是钻具与井壁的接触点。由图中几何关系 得：BED 二D 2a22二 Da2-I Dh-KI 2COSa =1）2(D 2DD )2+h丿1 2丿1、22丿31)2 J -2 ( 2 2 丿D 2 +(D - D )2-(D - 2 K )2hh2DD - D)(D - D )2-(D - 2 K )2hh-2DD - D)h丫D 2-(D - D -(D - 2 K 兀cos -1hh2DD - D丿hD 2 +a = COS -11S = BED = D32)33)式中，S：钻杆或钻铤被泥饼包围的圆弧长度，c

29、m；Dh :井眼直径，cm；D :钻杆或钻铤外径，cm；K：泥饼厚度，cmF = O.lAPAy（34）Y式中，Fy :压差阻力，N；A：钻具与泥饼的接触面积，cm2；AP :钻井液柱与地层压力之差，Mpa；卩：泥饼摩擦系数。在任意井深处取钻柱微元段AB如图3-4则，A点处的 AP可表示为:(图4钻柱微元段AP = 0.01$ -p 也j m dj j根据第二条假设，我们不难得出：AL / PAH =j Vcosa + cosa )tgjpAiBi 2式中，AL第i段微元的长度，m；.iH：第I段的垂直长度，m；aB : A.点件点处的井斜角，rad；Pi:全角变化率，rad。P 二 cos-

30、i(cosa cosa + sin a sin a cos AiAiBiAiBiiaq-i Bi AiBi、Ai： Bl点、Al点处的方位角，rad。AH =2 AHji式中：n第j井段计算单元段数。36)这样，APj表示为：AP = 0.01C - p)Y AL (cos a + cos a )gjm djpAiBi 2i =1 i 统一单位后微元段产生的压差阻力为：37)F = 0.1 S2(p - pd - ALi (cosa + cosa )g iymjpAiBi 2j=1i=1 i式中，m：根据地层压力梯度确定的井眼段数。这样，只要知道微元段两端点处的井斜角，方位角及微元估同长度，就

31、可求得此段垂直长度，从钻头到井口逐步迭加其长度，即可求得此微元段的垂深。由 (337)式即可求得整个钻柱产生的压差阻力。2.3 压差影响分析根据对钟平 l 井的计算表明，压差阻力对钻柱摩阻有一定的影响，由压差阻 力产后的附加摩阻在总的摩阻中所占的比例一般为5%10%左右。压差阻力主要与钻井液密度地层压力以及钻井液泥饼厚度有关系，随着密度的增大，压差阻力增大。充分考虑压差阻力的影响，有利于正确估计钻柱的摩阻3、减摩工具 为克服大位移钻井过程中摩阻扭矩增大所造成的钻柱扭矩过高和套管严重摩 损，在大位移井钻井中常采用非旋转钻杆保护器(NRDPP)。NRDPP的主要作用是 降低钻柱的扭矩和防止套管的严

32、重摩损。NRDPP降低钻柱扭矩的机理（1）由于NRDPP的外径大于钻柱工具接头的外径，一般而言NRDPP安装在套 管内，NRDPP接触套管壁，从而钻杆接头不与套管壁接触，当钻柱旋转时，NEDPP 相对于钻柱可自由转动，而相对于套管壁几乎无转动。由于钻柱本身的外径小， 在钻柱旋转过程中摩擦面相对减少了，此时钻柱与NEDPP滑套之间的摩擦代替了 钻柱接头与套管壁之间的摩擦。通常扭矩与钻柱的有效外径成正比，使用 NRDPP 就减少了接触点的放置扭矩阻力。资料显示，采用了 NRDPP以后，钻柱的扭矩要 减少20%以上。（2）NRDPP的内径表面经过特别处理，当钻井液经过NRDPP与钻杆本体之间 的间隙

33、时，钻井液能起到液体润滑作用，有效地降低了钻杆在套管内转动时的摩 擦系数，达到降低扭矩的目的。当套管内的钻杆上均安放NRDPP时，可降低钻柱整体扭矩。通常，扭矩集中 在增斜/降斜段，尤其是侧向载荷较高的地方，通过在关键部位安装NRDPP，现场 实际应用可使整体扭矩减少1030%。NRDPP的适用范围造斜段的造斜点较高，即离地面较近时；造斜段以下的钻柱较重时； 井斜角使钻柱产生较高的侧向载荷时； 套管磨损较大或在机械钻速较低的钻井作业环境中。4、斜数据的处理 测斜数据的预处理是计算与分析实钻井眼摩阻/扭矩的一个重要方面，因为： 钻柱轴线与井眼轴线不重合 所测得数据有时并不是井眼得真实井斜，而是随

34、着测井工具所处的钻具的轴线与真实井眼轴线之间的夹角变化而出现波动。 下部钻具组合的变形 在随钻测量中，下部钻具组合受压而产生变形，从而导致钻柱轴线与井眼轴线变形偏离。尽管测斜工具先进，此时测得的数据仍是不准确的。另外，起钻过 程中，由于下部钻具组合刚度大，在不规则井段容易产生弯曲变形，从而导致测 斜误差的产生。 人为因素所产生的误差（如记录误差），以及仪器误差等，将导致测斜数据的偏差。对于实钻井眼应该是一条相对光滑、连续的曲线。但由于以上因素的影响， 使得测斜数据并不是所想象的那样平滑。根据测斜数据误差来源，以及实钻井眼的连续性，本文采用五点滤波法分析 处理测斜数据。假设测斜数据的系列为：井深

35、：H (1), H (2),，H (i),，H(n);井斜：a(l), a(2),，a(i), .,a(n);方位角：巾(1),巾(2),，巾(i)，巾(n)对井斜和方法分别采用五点滤波法：a =aa i W(i)其中al、a2、(i - 2)+ aa (i-1)+ a a()+a a( + 1)+ aa (i + 2)1 2 3 4 5=a(i 2) + a Q(i 1) + a Q(i) + a Q(i +1) + a Q(i + 2)1a3、38)39)23a4、a5为权重：a1+a2+a3+a4+a5=1一般可取：a1=a5=0.1 a2=a4=0.15a3=0.5由公式(38)和(3

36、9)进行处理后可得到一组新测斜数据系列井深：H(1)，H(2)，H(i),，H(n);井斜：a (1),a (2),，a (i),，a (n);方位角：巾(1)，巾(2),，巾(i)，巾(n)图3-5测斜数据处理(方位) 图3-6测斜数据处理(井斜)数据经过处理以后，过滤掉了一部分误差，从而使得测斜数据更加贴近实际， 图5和图6给出了钟平1井过滤前与过滤后的测斜 数据(井斜和方位)，从图中 可以看出，处理以后的数据达滤掉了一些尖点，数据变得比以前平滑，更加接近 实际的井眼轨迹。5、钻柱屈曲与后屈曲分析 在钻进过程中，由于钻柱本身的重力的影响和管柱与井壁摩擦的影响，使得钻 柱在受压时可能发生不同

37、形式的弯曲，也称屈曲。钻柱的屈曲可以分为正弦屈曲和螺旋屈曲。如何求解不同形式屈曲的临界载荷 计算公式是本章的重点之一。钻柱屈曲后，由于受到井壁的限制，在一定程度上 还将保持钻柱的稳定性，当轴向压缩载荷达到钻柱的屈服极限时，钻柱将破坏。 屈曲的钻柱很大程度上增加了钻柱与井壁之间的接触力，从而使得摩阻 /扭矩增 大。钻柱发生屈曲后，改变了与井壁的接触状态，同时也改变了接触载荷的大小。 一般而言，由于屈曲作用，增大了钻柱与井壁的接触力，从而增大了摩阻。对于 没有发生屈曲的钻柱，采用前面第二章给出的摩阻计算模型进行求解，可以得到 较为准确的计算结果。当钻柱发生屈曲后，对于正弦屈曲，原有的摩阻计算模型 不会带来多大的误差。但是对于螺旋屈曲，不能再使用原有的摩阻模型进行计算。