直井钻井时基于截面法的中性点计算新方法.pdf

2 0 1 4年 第 4 3卷 第 1 O期第 7页 石 油矿 oI L FI ELD 场机 械 E QUI P MENT 2 0 1 4， 4 3 1 O 7 - 1 2 文 章 编 号 1 0 0 1 3 4 8 2 2 0 1 4 1 0 0 0 0 7 0 6 直井钻井时基于截面法的中性点计算新方法 刘川 I 福 ， 周 凯旋 ， 庞 华 ， 梁德阳 中国石油大学 石油工程学 院， 山东 青岛 2 6 6 5 8 0 摘要 建 立直 井钻 井 时复合 钻柱 局部 理论 模 型 ， 根 据截 面 法推 导 出复 合钻 柱任 意截 面 的有效 轴 向力 计 算方 法 。建立 直井钻 井复合钻 柱 整体模 型 ， 结合 局部 理 论模 型 结论 推 导 出实 际钻 井 工 况下 复合 钻柱有效轴向力计算公式和考虑液体摩 阻力下及射流冲击力下钻压增量计算公式， 给 出了新的 中 性点计算方法。经实例 比较分析， 推导 出的 中性点计算公 式的精度高， 但计算复杂， 建议在深井和 超深 井 的钻 井设计 中选 用。 关键 词 直 井 ； 钻 井 ； 中性 点 ； 计 算方 法 中 图分类 号 T E 9 2 1 ． 2 0 1 文献 标识 码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 O O 1 - 3 4 8 2 ． 2 0 1 4 ． 1 0 ． 0 0 2 Ne w Ca l c u l a t i o n M e t h o d o f Ef f e c t i v e Po i n t W h e n Dr i l l i ng S t r a i g ht W e l l s Ac c o r d i n g t o Cr o s s S e c t i o n M e t h o d LI U Chua n f u， ZHOU Ka i x ua n， PANG Hua， LI ANG De y a ng Co l l e g e o f Pe t r o l e u m En g i n e e r i n g， Ch i n a Un i v e r s i t y o f Pe t r o l e u m ， Qi n gd a o 2 6 6 5 8 0， C h i n a Ab s t r a c t Co m p os i t e d r i l l s t r i ng p a r t i a l t he o r y mod e 1 i s e s t a bl i s he d whe n dr i l l i ng s t r a i gh t we l l s t o de du c e c a l c u l a t i o n f o r m u l a o f e f f e c t i v e a xi a l f or c e o n c o mpo s i t e d r i l l s t r i n g’ S a r b i t r a r y c r o s s s e e t i o n a c c o r di n g t o t he me t h od o f c r os s s e c t i o n me t h od ． Co m p os i t e dr i l l s t r i ng wh ol e t he o r y m o d e l i s e s t a bl i s he d whe n d r i l l i ng s t r a i g ht we l l s t o de du c e c a l c ul a t i o n f or mul a o f e f f e c t i v e a x i a l f o r c e o n t h e a r b i t r a r y c r o s s s e c t i o n o f c o mp o s i t e d r i l l s t r i n g i n t h e a c t u a l d r i l l i n g c o n d i t i o n a n d c a l c u l a t i o n f o r mu l a o f b i t p r e s s u r e i n c r e me n t c o n s i d e r i n g l i q u i d f r i c t i o n f o r c e a n d j e t i mp a c t f o r c e ， c a l c u l a t i o n me t h o d o f n e w n e u t r a l p o i n t i s g i v e n ． Th r o u g h a c o mp a r a t i v e a n a l y s i s o f e x a mp l e s ， c a l c u l a t i o n f o r m u l a o f t he ne ut r a l po i nt o f t he pa pe r i s o f hi g h a c c ur a c y， b ut c o ns i d e r i ng i t s c ompu t a t i on a l c o m pl e x i t y， d r i l l i ng d e s i gn i n t he d e e p a nd ul t r a de e p we l l i s r e c o m me nd e d ． Ke y wo r d s s t r a i g ht we l l ； dr i l l i n g； ne ut r a l po i nt ； c a l c u l a t i on m e t h od 钻柱上有效轴 向力等于零的点为中性点。中性 点在钻柱设计和钻井施工 中起着重要作用 ， 设计 时 要让它落在钻铤上 ， 从而保证钻井施工安全 。现有 的中性点位置主要是在静液压力状况下来 计算 的， 没有考虑钻井工况， 和实际工作情况是不太吻合的。 为此 ， 笔 者广 泛调 研 目前 的 中性 点相 关 资料 ， 建立 直 井钻井时复合钻柱局部模型和整体模型， 给出中性 点的计算方法 。 1 理论模 型推导 将 钻柱 分为 3 段 ， 从下 向上 编号 为 1 、 2 、 3 ， 长 度 分 布为 H 、 H 、 H。 。第 1段 钻 柱 外 圆面 积 、 内 圆面 收 稿 日期 2 0 1 4 0 4 2 1 基金项 目 教育部“ 海 洋油气钻井理论与工程” 创新 团队资助项 E t I R T1 0 8 6 作者简 介 刘川 I 福 1 9 8 6 一 ， 男 ， 四川 I 南充人 ， 硕士研究生 ， 从 事油气井 工程技术研究 ， E ma i l l i u c h u a n f u 3 1 8 5 8 5 1 6 3 ． c o m． 石 油矿 场机 械 2 0 1 4 年 1 O月 积、 截面积 、 外径 、 内径分别为 A 。 、 A 、 A 、 d 。 、 d 其 中 A A 。 一A 同理 可 得 第 2 、 3段 钻 柱 外 圆 面积 、 内圆面积 、 截 面积 、 外 径 、 内径 。 钻 柱 内外 钻井 液重 度 、 密 度 为 、 、 。 考 虑钻柱 重力 、 钻井 液 浮力 、 钻 井液 对钻 柱 的摩 阻力和钻井液循环压耗 ， 暂时不考虑钻压 和射流反 冲力 ， 采用截面法进行研究 ， 直井钻井复合钻柱理论 模 型如 图 1 所 示 。 1 1 f f ， “ r J 1 1 1 J l l l J 1 l I 1 ． 图 l 直井钻井复合钻柱理论模型 1 ． 1 a断 面 以下各 段钻柱 受 力分析 1 ． 1 ． 1 各段钻柱在 空气 中的重 力 第 1段钻 柱 的重力 W s l H 1 A1 y s 1 第 2段钻 柱 的重力 W s 2一 H 2 A 2 ， s 2 第 3段钻 柱 的重力 W s 3 一 H 3 A 3 y s 3 式 中 y 为钻 柱 的密度 。 1 ． 1 ． 2管外 液体 压力合力 由于 钻井 泵 压 力 、 钻井 液 循 环压 耗 和 钻井 液 液 柱 压力 等 因素 ， 不 同垂 深处 的压 力 和静 液柱 压 力 计 算 方法 是不 同 的 ， 实 际计 算 较 为 复 杂 。为 了简 化 推 导 过程 ， 这 里将各 段 钻 柱底 部 的压 力 暂 时 用相 应 的 压力 P表 示 。 第 1 段钻柱底面外液体压力合力 F1 o P l o A1 o ～ A2 o 4 第 2段钻柱底面外液体压力合力 F2 0 一 P2 0 A2 0 一 A3 o 5 第 3段钻柱底面外液体压力合力 F3 o P3 o A 3 0 6 管外液体压力 ， 合力与重力方向相反为正 。 1 ． 1 ． 3 管 内液体压 力合 力 第 1 段钻柱底面内液体压力合力 Fl P“ A“一 A2 7 第 2段钻柱底面内液体压力合力 F2 一 P2 A2 一 A3 8 第 3段钻柱底面内液体压力合力 F3 一 P3 A 3 9 管 内液 体压 力 ， 合 力与 重力 方 向相 同为正 。 1 ． 1 ． 4 管 内外液体对钻柱的摩阻力 管 内液 体对 第 1 、 2 、 3段钻 柱 内壁 的摩 擦力 分 别 为 T 1 、 T 2 、 丁 环空液 体对 第 1 、 2 、 3段钻 柱外 壁 的摩擦 力分 别 为 Tl 0 、 T 2 o 、 T 3 o 。 1 ． 2 列静 力 平衡方 程并 简化 根据静力平衡关系 ， 列方程 ， 得 W s 十 W s 2 W s 。 F Fz F。 T1 T2 T3 一 F。 Fl o F2 o F3 。 Tl 0 T2 o T3 。 将式 1 ～ 9 和摩 阻力 带入 上式 ， 整理 得 F 一Hl A1 7 s 一[ p 1 o P 。 A1 。 一 p 1 一p A。 ] 十 H2 A2 y s 一[ 2 。 一p 】 o A2 。 一 2 一 1 A2 ] H。 A。 y s 一[ 3 。 一 。 。 A。 。 ～ 。 一户 。 A。 ] 一 p 。 o A1 o P A T1 一 T1 o T2 一 T2 0 T3 一 T3 。 令 T 1 一T l 一T 1 o ， T 2 一 T 2 一 T 2 。 ， T 3 T 3 一T 3 。 且 由于 P1 0一 P∞ 一 y o H l △ 1 0 ， Pl 一 P 一 y2 H 1 一 △p1 ， P2 o P1 o 一 ， o H 2 △ 2 o， P2 一 P“ ， H 2 一 △ 2 ， P3 0 一P2 o 一 7 o H3 △ 3 o ， P 3 一 P 2 一 y H 3 一△ 3 ， 所 以， 上式变 为 Fa H A y s 1～ Hz A y s 1 一 H。 A。 y s 1 一 △户l o A1 o △ 2 o A 2 。 - 4 - △ 3 0 A3 △ “ A △p2 A 2 △p 3 A 3 一 F r 厂 1 T2 T。 令 一 一 ， Kl， 2 一 一 ， K 一 1 一 ，A ， s q ，Az y s q 。 ， 第 4 3卷第 1 0期 刘 川福 ， 等 直井钻井时基 于截 面法 的中性 点计算新方法 A 3 ， s一 ， q l K， 1 一 q 1 ， q 2 K 一 q 2 ， q 3 K 一 q 3 再令 w 一 H q 一 加 A加--p A 则上式简化为 一 ∑ ．W EAp k o A加 EAp A 一F ET 一 l 一 1 一 l k一 1 1 0 式 中 F 为 a截 面的真实轴 向力 ， N； w 为第 志段 钻柱的浮重 ， N； △ 加为第 志段钻柱环空压耗 ， MP a ； A p 为第 忌段钻 柱内压耗 ， MP a ； A加为第 愚段钻柱 外 圆面积 ， mm。 ； A 为第 忌段钻柱 内圆面积 ， mm ； F 为虚力 ； T 为液体对第 忌段钻柱 内外壁 面的摩 擦力合力 ， N； 为所求断面以下钻柱 的段数 。 有效轴 向力为真实轴 向力与虚力之和， 则有效 轴 向力为 Fo E W E△ A加 EAp K A ET 1 1 1 ． 3 液体 对钻 柱 的摩 阻力 上述公式中， 液体对钻柱的摩阻力较为复杂 ， 为 了便 于 推 导， 没 有 给 出具体 公 式 ， 下 面进 行 逐个 计 算 。 1 ． 3 ． 1 管外环 空液体 对钻柱的摩阻力 环 空液体 对第 1 段 钻 柱外壁 的摩擦 力为 Tl o 丌 式中 T 。 为环空液体对第 1段钻柱外壁 的摩擦 力， N； p 0 为环空钻井液密度 ， g ／ c m。 ； H 为第 1段钻柱 长度 ， I l l ； 。为 环 空 钻井 液 塑 性 黏度 ， P a S ； Q 为 钻 井液排量 ， L ／ s ； d 。 为第 l段钻柱外径 ， c m； d 为井 眼直径 ， c m。 同理 ， 可 得 到环 空 液 体对 第 2 、 3段 钻 柱 外壁 的 摩 擦力 。 1 ． 3 ． 2 管 内液体对钻柱摩 阻力 管 内液体对第 1段钻柱内壁的摩擦力为 Tl i 2 5 兀 1 3 式 中 T 为钻 井液 对 第 1段钻 柱 内壁 的 摩 擦 力 ， N； B为 常 数 ， 内 平 钻 杆 B一 0 ． 5 1 6 5 5 ， 贯 眼钻 杆 B 0 ． 5 7 5 0 3 ； H 为第 1 段钻柱长度 ， m； 为钻柱 内部 钻井 液 密 度 ， g ／ c m。 ； 为 钻 柱 内 部 钻 井 液 塑 性 黏 度 ， P a S ； d 为第 1段钻柱内径 ， c m。 同理可得管 内钻井液对第 2 、 3段钻柱内壁的摩 擦 力 。 1 ． 3 ． 3 钻井液对管柱 的摩 阻力合 力 钻井液对第 1段管柱 的摩阻力合力为 Tl T1 一 Tl 0 一 [ 一 ] 1 4 式 中 d 为井 眼直径 ， c m。 同理可 得 钻井 液 对 第 2 、 3段 管 柱 的摩 阻力 合力 。 2 钻 井工况分 析 实 际钻 井过 程 中 ， 井下 情 况十分 复 杂 ， 必 须作 适 当的简 化 ， 才 有利 于对 截 面 的真 实轴 向力 进行 推导 。 假设 1 钻柱轴线和井眼轴线重合。 2 不考虑钻柱旋转的影响。 3 钻 井液 为宾汉 流 体 。 4 钻井液是不可压缩流体。 5 井 眼为 已知 直径 的 圆形 井 眼 。 6 不考虑井壁对钻柱的轴向摩擦力。 7 不考虑钻柱弯曲影响。 直井钻井复合钻柱实际模型如图 2所示 。 f Q 图 2 直井钻井复合钻柱实 际模 型 钻井过程中 ， 将 同种规格 的钻柱视为内径 和外 径恒定 的圆管。复合钻柱从 井 口到井底 依次标序 石 油 矿 场 机 械 2 O 1 4年 1 0月 为 1 、 2 、 3 ⋯⋯n 。假设 在 第 M 段钻 柱截 取断 面 。 考虑 钻压 F 和射 流 反 冲力 F ， ， 以 a断 面 以下 钻 柱为 对象 ， 根据 理论公 式推 导过 程 ， 得 出钻 井工 况 条件下静力平衡方程为 F F 一 十F J 一 △ P 。 A 。 △ P A M M 一 M F ∑ T 整理 ， 得到 通式 F 一 ∑ W ∑△户如 A加 ∑△ A 一 M 女一 M M F ∑ T 一F 一F， 1 5 有效轴向力为真实轴向力与虚力之 和， 则有效 轴 向力 为 F 一Fo F 一 ∑ W ∑Ap加A 。 十 ∑, A p A ∑ T 一F 一F， 1 6 式中 F 为钻压 ， N； F J 为射流反 冲力 ， N。 下面将 式 1 6 中的各 种作 用力 进行逐 个计 算 。 2 ． 1射流 反冲 力 射 流 反 冲 力 和 射 流 冲击 力 是 作 用 力 与 反 作 用 力 ， 大 小一 样 。 射流反冲力为 一 1 7 式中 F ， 为射流反 冲力 ， N； A， 为喷嘴出 口截面积 ， A 一 ∑d ， c m。 ； d 为 喷 嘴直径 ， c l n Z为 喷 嘴 个数 。 2 ． 2 钻 柱浮重 第 k段钻柱浮重 w H q K 第 M 段钻 柱 a断 面 以下 钻柱 总 的浮重 w 一 ． ．，H q K HM s q M 丁『 M 1 8 M l 式 中 H 为第 k段钻柱长度， m； 为第 是段钻柱线 重力， N／ m； K 为第 k段钻柱 浮力 系数； H 为第 M 段 钻柱 口断 面 以下长 度 ， m； q M为 第 M 段钻 柱 线 重力 N／ m； K 为第 M 段钻柱浮力系数。 2 ． 3 钻井液对管柱的摩 阻力合力 钻井液对第 k段管柱 的摩阻力合力为 T 一 一 Tk o 25 兀 一 2 s ㈣ 钻井液对第 M 段管柱 口断面以下钻柱 的摩阻 力合 力为 T 一 ∑ THT加 T 一 TM x o ～ r 里 旦 一 一 M 12 5 丌 l ki 一 一 L “ 0． 5 75 。 0 ．8 o ． 2 旦 一d o 舯 。 J。 Bp 一 o 。 H M x Q 。 一 Q 旦 ] f n d 一 M 0 d M o 。 J 、 式中 p l 为钻柱 内部钻井液 密度， g ／ c m。 ； d 为第 志 段钻柱内径 ， c m； d 。 为第 k段钻柱外径 ， c m； d 为 第 M 段 钻柱 内径 ， c m； M 。 为第 M 段 钻 柱 外径 ， c m； d 为井 眼 直径 ， c m； Q为钻 井液 排量 ， L ／ s 。 3 液体摩 阻力和射流冲击力对钻压的影 响 3 ． 1 不考 虑液体 摩 阻力 和射流 冲 击力 开泵前 ， 上提大钩 ， 钻头脱离井底， 此时满足静 力 平衡 关 系式 F D G F 一 一0 。 开泵循环 ， 钻头仍然脱离井底 ， 泵压作用于钻柱 内部 ， 钻柱伸长 ， 但是其作用力对称分布， 合力为零 ， 此 时静力 平 衡 关 系 仍 然 满 足 FD G F 一W F 一 0 。 开泵循环 ， 钻头接触井底 ， 泵压 作用于钻 柱 内 部 ， 钻柱伸长 ， 泵压作用力仍然对称分布， 合力为零 ， 此 时静力 平衡 关 系变为 F F 一w ≠0 。 由上分析可知， 不考虑液体摩阻力和射流冲击 力 时 的钻 压 为 F 一 W ～ FD G 2 1 式 中 W 为 钻柱 浮重 ， N； F D G 为大 钩载荷 ， N。 3 ． 2考虑液体 摩 阻力 和射 流冲 击力 开 泵前 上提 大钩 ， 钻头 脱离井 底 ， 满足 静力 平衡 关 系 F D G F F W T F 一0 。 开泵循环 ， 钻头仍然脱离井底 ， 泵压作用于钻柱 内部， 钻柱伸长， 但是其作用力对称分布， 合力为零 ， 此 时静 力平 衡 关 系仍 然 满 足 F D G F F j W T F 一O 。 开泵循环， 钻 头接触井底 ， 泵 压作 用于钻柱 内 部 ， 钻柱 伸长 ， 泵压 作用 力仍 然对 称分 布 ， 合 力 为零 ， 此 时静 力平衡 关 系变 为 FD G F F， 一W T F 一 0。 由上分析可知， 考虑液体摩阻力 T和射流冲击 力 F， 的钻 压 为 第 4 3卷第 1 O期 刘 川福 ， 等 直井钻井时基于截 面法 的中性点计算 新方法 F p V 一F D G 丁 ～FJ 式 中 T为液体摩阻力 ， N。 3 ． 3钻压 增加 量 2 2 中性点位置 L ．v 一1 5 4 ． 4 4 m 中性点位置增量 △ L 一L Ⅳ 1 一L 1 8 ． 4 7 t e l △Fp Fp Fp T～ Fj 2 3 由上 式 可 知 ， 钻 压增 加 量 大 小 由钻 井 液 摩 阻力 和射流反冲力决定 ， 与泵压关系不大。 4中性点计算 直 井 钻井 实际 工 况 中 ， 知 道 了 任 意 a断 面 的有 效轴向力后 ， 就可以计算 出中性点的位置 。 令 式 1 6 中 F 一0 ， 且 考 虑 钻 压 增 加量 和安 全 系数 ， 得 n n ∑ W 十 EAp加A 。 ∑△户 A 一 M 一 』 Ⅵ M ∑ T 一S ～ F AF 一Fj 一0 2 4 M 根据 式 2 4 计 算 中性点 的位 置 。 中性点在钻柱设计和实 际钻井工况 中有着重大 意义 。为 了保证钻井施工安全 ， 必须使 中性点落在 钻铤 上 。 5 实例分析 某井 的井 深 4 2 2 7 m， 钻 压 1 4 0 k N， 钻柱 内部 钻 井液 密度 1 ． 2 g ／ c m。 ， 塑 性 黏 度 0 ． 0 2 2 P a S ， 环 空 钻井 液 密度 1 ． 2 2 g ／ c m。 ， 塑性 黏 度 0 ． 0 2 5 P aS ， 排 量 Q一2 2 L ／ s 。钻具 组合 结构 从 下 向上依 次 为 2 1 5 ． 9 ram 8 英寸 钻头1 7 7 ． 8 mm 7英寸 钻铤 1 2 7 ． 0 mm 5英寸 钻杆 1 1 4 ． 3 ram 4 英寸 钻 杆 。钻 头 有 6 孔 ， 每 孑 L 的直径 为 6 mm； 1 7 7 ． 8 mlT l 7英 寸 钻 铤 2 7 m， 线 质 量 1 6 3 ． 9 k g ／ m， 外 径 1 7 7 ． 8 mm， 内径 7 1 ． 4 mm； 1 5 8 ． 8 mm 6 英 寸 钻 铤 2 0 0 m， 线 质 量 1 1 1 ． 8 k g ／ m， 外 径 1 5 8 ． 8 mm， 内 径 7 1 ． 4 mm； 1 2 7 ram 5 英 寸 钻 杆 2 0 0 0 m， 线 质 量 2 6 ． 7 4 k g ／ m， 外径 1 2 7 mm， 内径 1 0 8 ． 6 2 mm； 1 1 4 ． 3 mm 4 英寸 钻杆 2 0 0 0 r n ， 线质量 2 2 ． 3 1 k g ／ m， 外 径 l 1 4 ． 3 mm， 内径 9 7 ． 1 8 mm。 5 ． 1原有 公式 求解 设 中性点在 1 5 8 ． 8 mm 6 英寸 钻铤上， 经原 有方法计算 ， 中性点位置为 L 一1 3 5 ． 9 7 m 5 ． 2 现有 推导 公式 求解 设 中性点在 1 5 8 ． 8 mm 6 英寸 钻铤上 ， 用现 场 工况 推 导 的公 式 进行计 算 。 钻 压增 加量 △ F 一2 3 ． 4 k N 中性 点位 置增 加百 分 比 1 0 0 一1 3 ． 5 9 ％ LN 5 ． 3对 比分 析 以同样的方法 ， 计算多组示例 ， 前 6组示例使用 的钻具组 合为 2 1 5 ． 9 mm 8 英寸 钻头 1 7 7 ． 8 ram 7英 寸 钻 铤 1 5 8 ． 8 mm 6 英 寸 钻 铤 1 2 7 ． 0 ram 5英 寸 钻 杆 l l 4 ． 3 mm 4 英 寸 钻 杆 ， 后 4组 示例 使 用 的钻 具 组 合 为 3 1 1 ． 1 5 mm 1 2 英 寸 钻 头 2 2 8 ． 6 mm 9英 寸 钻铤 1 7 7 ． 8 ram 7英寸 钻铤1 2 7 ． 0 ram 5英寸 钻杆1 1 4 ． 3 mm 4 英 寸 钻杆 。其主要参数和计算结果如表 1 所示 。 表 1 示例 主要参数 和计 算结果 示例 1 2 3 4 5 井深／ m 排量／ L S _ 1 钻压／ k N 钻压增加量／ k N 原 中性点／ m 现有 中性点／ m 增加量／ m 增加百分 比／ 4 22 7 2 2 27 3 22 7 4 2 27 1 2 27 2 2 25 3 O 2 6 32 1 4 0 1 3 O 1 8O 1 6 O 15 O 23 ．4 1 8． 4 2 5 ．6 38 ． 7 1 4． 5 1 35 ．9 7 1 2 5． 36 16 4 ．4 8 1 5 7．1 9 4 9 3 ．5 2 1 54 ． 44 1 3 8．1 5 2 05 ．2 2 1 87 ．1 7 8 1 02． 95 18 ．4 7 1 2． 79 26 ．8 1 29 ．9 8 9 ．4 2 1 3 ．5 9 1 0． 21 1 5． 0 2 19 ． 07 6 ．4 3 示例 6 7 8 9 1 0 并 深 ／ m 排 量 ／ L S 钻压／ k N 钻压增加 量／ k N 原 中性点 ／ m 现有 中性 点／ m 增加 量／ m 增加 百分 比／ 5 22 7 2 1 68 3 1 6 8 4 1 6 8 5 16 8 2 3 27 2 O 1 8 1 7 1 70 2 0 0 19 0 1 2 O 22 0 40． 5 26 ．2 2 4． 2 2 5 ．3 29 ． 4 1 67 ．8 1 1 33 ． 04 1 25 ． 7 1 47 ．7 4 1 4 0． 39 2 00． 8 8 1 48 ．3 9 1 41 ． 31 16 3 ．91 1 59 ． 88 33 ．O 8 l5 ． 35 1 5． 6i 1 6 ．I 7 I 9． 48 20 ．1 7 11 ． 54 1 2． 4 2 1 O ．9 5 1 3． 88 由计算过程可知 ， 影 响钻压增量的因素主要是 液体摩 阻 力 ， 液体摩 阻力 越大 ， 钻压 增 量越 大 。影 响 钻井液摩阻力的因素很多 ， 主要因素为钻柱长度和 排量。钻柱长度越 长， 排量越大 ， 钻井液摩阻力越 大， 钻压增量也越大 。特别是排量 ， 它对钻井液摩阻 力影响很大。 各组示例的中性点高度 比较如图 3所示 。 1 2 石油 矿场 机械 2 0 1 4年 1 O月 皇 姬 出 示 例 图 3 中性点高度 比较 由图 3可知 ， 钻井时中性点位置相对静液压力 下 的中性点 位置 增 加 了 ， 其 主要 原 因是 钻 井 液摩 阻 力使得 井底 钻压 增加 。 各组示 例 的 中性 点 高 度 增加 百 分 比如 图 4 所示 。 虹 星 磐 坦 上 Ⅱ ； ．吾 - 图 4 中性点 高度增加 百分 比 考虑到所取参数都是实际钻井工况常选用的参 数 ， 应对其取平均值， 中性点高度增加百分比平均值 为 一1 3 ． 3 3 ％。 要简化钻井过程中钻柱中性点计算 ， 原有安全 系数 S 取值 1 ． 1 5 ～1 ． 2 5 应该进行修正 ， s 相应 增加 ， 得到修正安全系数 s 取值为 1 ． 3 O ～1 ． 4 2 。 钻井工况下中性点计算有 2种方法 ①采用推 导公式逐一计算 ； ②采用修正的原有公式 即原有公 式和推导安全系数 s _N 进行计算 。 原有公式考虑因素较少 ， 求解简单 ， 易于计算， 但 有一 定 的局 限性 ； 推 导公 式考 虑 因素相对 较 多 ， 计 算 比较复杂 ， 但更接近实际钻井工况 ； 修正的原有公 式考虑的因素和推导公式大致相同 ， 计算较为简单 ， 结果精确度 比原有公式好 ， 但比推导公式稍差。 以前 中性点计算主要是在静液压力下进行 ， 没 有考虑实际钻井工况下的泵压 、 循环压耗 、 钻井液摩 阻力 、 射 流 反 冲力 等影 响 ， 有一定 的局 限性 。整 体模 型得出的中性点计算公式更符合实际情况 ， 对钻井 设计更具有参考价值 。由于整体模 型经过适 当简 化 ， 并不完全复合实际井下工况 ， 计算结果也有一定 的误 差 。 6 结 论 1 建立垂直井眼中钻井工况下复合钻柱局部 理论模型， 导出复合钻柱任意截面 的有效轴向力计 算公 式 。 2 建立垂直井眼中钻井工况下复合钻柱整体 模 型 ， 结合局 部 理论 模 型 结论 推 导 出实 际 钻 井工 况 下复合钻柱有效轴向力计算公式 ， 并推导 出考虑液 体摩阻力下的钻压增量计算公式 。 3 推导出垂直井 眼钻井工况下复合钻柱 中性 点的精确计算方法。 4 本 文推 导 的中性 点计算 公式 更符 合钻 井实 际工况， 精度高 ， 但是计算过程复杂 。 5 建 议在 直 井 钻井 过 程 中 ， 井 深 较 浅 且 钻井 液排量不大时 ， 可以使用原方法进行粗略计算 ； 对深 井 、 超 深井 或者 钻井 液排 量较 大 的井 ， 使 用 推导公 式 或者 修正 的原 有公式 进行 计算 。在 使用 修正 原有 公 式计算时， 修正安全系数在其变化范围内应 随着钻 柱长度和排量增大而适当增大 。 参 考 文 献 E 1 3 吴疆． 正确认识 管柱“ 中和点” E J ] ． 西南 石油学 院学 报 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