摩擦系数与摩阻系数及其控制方法探讨

第４２卷　第１期钻　　　采　　　工　　　艺　　　　　　　　　　　　　Ｖｏｌ４２　Ｎｏ１ＤＲＩＬＬＩＮＧ＆ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ·１１·钻井工艺摩擦系数与摩阻系数及其控制方法探讨梁奇敏１，２，杨永刚３，何俊才４，张　翼５（１中国石油勘探开发研究院２中国地质大学·北京３长庆油田分公司第三采油厂４大庆钻探工程公司钻井二公司５中国石油大学（华东）石油工程学院）　　梁奇敏等．摩擦系数与摩阻系数及其控制方法探讨．钻采工艺，２０１９，４２（１）：１１－１３摘　要：大位移井井下管柱的摩阻和扭矩一直是限制大位移井延伸的主要因素。“摩擦系数”和“摩阻系数”是两个不同的概念，这两个概念对大位移井钻进和下套管时的摩阻计算至关重要。摩擦系数，在大位移井中，是指管柱下入过程中与井下已有套管的内壁或者与裸眼地层之间接触，钻井液作为界面产生的一个系数，分为动摩擦系数和静摩擦系数两种；摩阻系数则是一个综合性系数，它包含摩擦系数以及所有如“键槽”、“缩径”等附加阻力引起的等效摩擦系数。在计算摩阻时应该采用摩阻系数而非摩擦系数，而摩阻系数受井眼状况等因素的影响在管柱不同位置都不同，难以准确确定。阐述了目前大位移井摩阻系数的确定方法，以及钻进和下套管过程中常用的降摩手段。文章的探讨结果对大位移井的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 和施工有一定的指导意义。关键词：钻井；大位移井；钻具；摩擦系数；摩阻ＤＯＩ：１０．３９６９／Ｊ．ＩＳＳＮ．１００６－７６８Ｘ．２０１９．０１．０４　　大位移井技术已基本成为开发滩海和海上油气面有相对运动时（如起下钻、钻进、下套管时）用到资源的最重要手段［１－５］。井下摩阻和扭矩是大位移的是滑动摩擦系数，是两物体相互接触并发生相对井设计与施工的两个关键因素，因而利用Ｆｒｉｃｔｉｏｎ滑动时产生的滑动摩擦力和接触正压力的比值。相Ｆａｃｔｏｒ计算钻进和下套管时的摩阻和扭矩受到广泛同条件下，动摩擦系数小于静摩擦系数。滑动摩擦重视［６－１０］。但是许多技术人员把Ｆｒｉｃｔｉｏｎｆａｃｔｏｒ直系数由材料性质和界面状况等而定，而和接触面积译为“摩阻系数”，有人直译为“摩擦系数”，造成了的大小无关；在大位移钻井中由钻杆、套管、地层的概念上的混淆，不利于对摩阻和扭矩的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 、计算和岩石性质，钻井液的润滑性能决定。２．摩阻系数研究。如在《海洋钻井手册》中提到的“摩阻系数经大位移井钻进过程中的摩阻是指钻具总浮重减验参考值”［１１］，而同样的数据 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 在《ＳＹ／Ｔ６９６３－２０１３去钩载再减去钻头有效钻压的值，起下钻时的摩阻大位移井钻井设计指南》中则称为“摩擦系数经验参是指钻具总浮重和钩载的差值。由于实钻井眼并不考值”［１２］。为此，笔者对这两个概念进行了探讨，以是一条理想的滑顺、等径曲线，自然会导致某些井段明确概念，并阐述了摩阻系数的确定方法及常用的会因扩径形成“小肚子”或因狗腿度变化而形成微减摩手段，使之有利于今后大位移钻井更好发展。小“键槽”，某些井段由于井眼不清洁会形成砂桥和一、两个特殊系数的意义岩屑床，钻柱的接箍在通过这些井段时会产生所谓的“附加阻力”。这样，导致摩阻不只是摩擦力，还１．摩擦系数包含这些复杂多变的“附加阻力”。显然，对应的摩摩擦系数是指两个相互接触的物体表面间的摩阻系数是摩擦系数和“附加阻力”引起的等效摩擦擦力和作用在其表面上的垂直力之比值。依运动的系数之和，比摩擦系数大。性质，它可分为动摩擦系数和静摩擦系数。在大位二、摩阻系数的确定方法移井中，当管柱和接触面无相对运动时（如接单根、粘卡解卡时）用到的是静摩擦系数；当管柱和接触对于确定的井身结构、井眼轨迹、钻井液性能和收稿日期：２０１８－０２－２７；修回日期：２０１８－１２－２０作者简介：梁奇敏（１９８５－），工程师，２０１４年毕业于中国石油大学（北京）油气井工程专业，主要从事钻完井工程 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的研究和管理工作。地址：（１０００８３）北京市海淀区学院路２０号中东研究所，电话：１３６４２００５２８０，Ｅｍａｉｌ：ｌｉａｎｇｑｉｍｉｎ９＠１６３．ｃｏｍ钻　　　采　　　工　　　艺２０１９年１月　·１２·ＤＲＩＬＬＩＮＧ＆ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＪａｎ．２０１９钻具组合，整个管柱的摩阻是其与裸眼井壁、套管内数据组数越多，利用反演方法得到的摩阻系数平均壁的摩擦力以及各方面“附加摩阻”之和，在数值上值越符合实际。如果有条件时连续 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 每次接立柱等于钻柱总重量减去钩载，再减去钻头处的有效钻时的钩载及接立柱后旋转钻进时的扭矩值最好。压（非钻进时候钻压为０）。如果忽略接头、扶正器三、摩阻系数的控制等组件的影响，忽略管柱的动力效应影响，并假设其与刚性井壁的井眼轴线一致，可以得到简化的摩阻１．钻进时摩阻系数的控制扭矩软杆模型。在理想井眼轨迹曲线上任一弧长为１．１　旋转导向系统ｄｌ的微元段，单元受力分析见图１。就得到了单元在轨道设计方面，选取合理的狗腿度，避免起下轴向力和摩阻计算的经典公式［１３］：钻过程中形成较大的键槽［１６］。螺杆钻具普及后，大Ｔｉ＋１＝Ｔｉ＋(Ｗｇｄｌｃｏｓα±μＮｉ)（１）位移井中都会采用常规导向钻井系统，在不需要调Ｍｉ＋１＝Ｍｉ±μＮｉｒ（２）整轨迹时用旋转钻进，在需要调整轨迹时就滑动钻Ｎ＝(Ｔｓｉｎ)２＋(Ｔ＋Ｗｄｌｓｉｎ)２（３）进，而在滑动钻进时很容易出现“托压”现象。目前ｉ槡ｉΔφαｉΔαｇα越来越多地采用旋转导向钻井系统，这种钻井方式Ｆ＝±μＮｉ（４）可以彻底抛弃滑动钻进模式，将钻柱与井壁间的近式中：Ｔｉ＋１，Ｔｉ—第ｉ钻柱单元上端、下端的轴向应力；Ｍｉ＋１，Ｍｉ—第ｉ钻柱单元上端、下端的扭矩；Ｎｉ—似静摩擦转变为滑动摩擦，摩阻显著减小，而且比螺［１７］第ｉ钻柱单元与井壁的接触正应力；Ｗｇ—单位长度杆导向钻具组合钻出的井眼更光滑。钻柱浮重；μ—滑动摩擦系数；ｒ—钻柱单元半径；Ｆ—１．２　减摩工具摩擦阻力；α，Δα，Δφ—平均井斜角、井斜角增量和大位移井的主要特点是井斜角较大，稳斜段长，方位角增量。大部分钻压损失在克服井壁摩阻上，产生托压现象，降低了钻探效率，因此减阻工具应运而生［１８］，尤其在国外更是把减摩工具作为大位移井的主要手段。水力振荡器就是利用这一机理设计的一种工具，将滑动钻进时钻具与井壁之间的静摩阻转变为动摩阻，使得滑动钻进中钻具与井壁间的摩阻明显降低，减少钻具托压现象［１９］。此外，水力加压器也可以达到类似的效果。研究表明，一般静摩擦因数比动摩擦因数大２５％左右。１．３　钻井液性能在控制大位移井摩阻的问题上，目前国内把重图１　钻柱微元段单元受力图点放在钻井液的减摩润滑及其辅助技术上。现场主沿着整个管柱不同位置处的摩阻系数不同，所要使用液体（油基为主）和固体（石墨、塑料小球或以摩阻计算非常复杂，而且很难计算准确。玻璃小球）两类润滑材料，但有ＭＷＤ或者ＬＷＤ工目前常用的确定摩阻系数方法是利用现场实测具时不适合使用固体润滑剂［２０－２１］。据文献［２２］报数据反演，具体如下［１４－１５］：①以每个立柱为单元，在道，采用优质润滑剂进行一次比较成功的润滑处理，某一深度处接立柱时记录上提、下放、提离井底旋转可以使钻柱摩阻降低１０～２０ｔ，摩擦系数降低６０％。钻具时的大钩载荷，以及复合钻进和提离井底旋转１．４　工艺措施扭矩值，得到不同工况下钩载和扭矩随深度变化的施工时，尽量保证井眼光滑，减小附加摩阻。杜实际曲线；②在套管段和裸眼段分别取不同的摩阻绝长时间在一个地方开泵循环，避免冲刷出“大肚系数，分别计算上述不同记录点深度处上提、下放钻子”，从而在起下钻的过程中扶正器等外径较大的具的大钩载荷和旋转钻进扭矩，得到不同工况下钩接头通过“大肚子”时产生较大摩阻。载及扭矩随深度变化的计算曲线；③将不同深度处２．下套管时摩阻系数的控制的实际曲线与理论计算曲线对比，并修正计算所用２．１　下套管前的反复通井的摩阻系数，直到不同工况下的计算曲线和实际曲在下套管前必须通井，彻底修整井壁和破坏岩线大致吻合时，就认为计算所用的套管内和裸眼中屑床，尽量降低“键槽”、“台阶”、“缩径”等引起的的平均摩阻系数值就是管柱实际摩阻系数。记录的附加阻力。如果直接下入带有多个扶正器的通井钻第４２卷　第１期钻　　　采　　　工　　　艺　　　　　　　　　　　　　Ｖｏｌ４２　Ｎｏ１ＤＲＩＬＬＩＮＧ＆ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ·１３·具组合有卡钻风险，就先用“单扶”通井钻具组合通石油钻探技术，２００２，３０（５）：１７－１９．井，然后下入“双扶”组合通井，再下入“三扶”组合［２］蒋世全．大位移井技术的发展现状及启示［Ｊ］．石油钻通井，直到用刚性与下入套管串刚性类似的通井钻探技术，１９９９，１１（３）：１－８．具组合通井畅通后再下入套管。［３］苏义脑．大位移井钻井概况、工艺难点和对工具仪器的要求［Ｊ］．石油钻采工艺，２００３，２５（１）：６－１０．２．２　滚轮扶正器［４］宋玉玲，董丽娟，李占武．国外大位移井钻井技术发展在套管串上安装套管扶正器，在套管下入过程现状［Ｊ］．石油钻探技术，１９９８（４）：４－８，１２．中，尤其当套管进入斜井段时，一方面使大段套管本［５］沈伟，谭树人．大位移井钻井作业的关键技术［Ｊ］．石油体不紧贴井眼低边，摩擦面积大大减少；另一方面，钻采工艺，２０００，２２（６）：２１－２６．由于滚柱的滚动，使常规下套管时的滑动摩擦转变［６］高德利．南海西江大位移井摩阻和扭矩数值分析研究为滚动摩擦，从而大大减少套管与井壁之间的摩擦［Ｊ］．石油钻采工艺，２００３，２５（５）：７－１２．［２３］阻力，使套管顺利下入。常见的扶正器类型有普［７］王秀亭．大位移井摩阻和扭矩分析及其对钻深的影响通刚性扶正器、滚轮扶正器、螺旋滚轮扶正器。一般［Ｊ］．石油机械，２００５，３３（１２）：６－９．情况下，２４４．５ｍｍ套管使用３０５ｍｍ的滚轮刚性［８］ＡｄｅｗｕｙａＯｐｅｙｅｍｉＡ，ｅｔｃ．ＡＲｕｂｕｓｔＴｏｒｑｕｅＡｎｄＤｒａｇ扶正器，分别加在井底３只滚轮扶正器，弯曲段每３ＡｎａｌｙｓｉｓＡｐｐｒｏａｃｈｆｏｒｗｅｌｌＰｌａｎｎｉｎｇａｎｄＤｒｉｌｌｓｔｒｉｎｇＤｅｓｉｇｎ根套管加１只，上层套管鞋处加２只滚轮扶正器，在［Ｊ］．ＩＡＤＣ／ＳＰＥ３９３２１．［９］ＡｄｉｔＧｕｐｔａ．ＰｌａｎｎｉｎｇａｎｄＩｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇｔｈｅＢｅｓｔＴｅｃｈｎｏｌｏ井口以下套管重叠段加２只刚性的即可。ｇｉｅｓｆｏｒＥｘｔｅｎｄｅｄＲｅａｃｈＷｅｌｌｓ［Ｊ］．ＳＰＥ１０６３４６，２００６．２．３　漂浮下套管［１０］闫铁，张凤民，刘维凯，等．大位移井钻井极限延伸能力在套管串中安放漂浮接箍，漂浮接箍以下的套的研究［Ｊ］．钻采工艺，２０１０，３３（１）：４－７．管内是空的或轻质钻井液，从而减小对井壁的正压［１１］海洋钻井手册［Ｍ］．北京：石油工业出版社，２００９：５８７．力。这是大位移井下套管中非常有效的一种技术，［１２］ＳＹ／Ｔ６９６３－２０１３，大位移井钻井设计指南［Ｓ］．［２４］但在下套管过程中不能循环钻井液。其中漂浮［１３］闫铁，李庆明，王岩，等．水平井钻柱摩阻扭矩分段计算接箍的位置需要仔细计算，其理想的位置是在套管模型［Ｊ］．大庆石油学院学报，２０１１，３５（５）：６９－７２．串下入摩阻模拟计算时首次出现钩载为零的深度，［１４］刘晓坡，廖前华，李刚．软件预测摩阻—随钻校正摩如顶驱可以提供部分下压重量克服套管浮力，可根阻系数方法及其在ＢＺ３４－１－Ｄ６大位移井钻井中的据需要延迟漂浮接箍的安装深度，但需要做好相关应用［Ｊ］．中国海上油气，２０１０，２２（５）：３２０－３２２．计算［１２］；此外还要考虑套管的抗挤强度问题。［１５］高德利，覃成锦，代伟锋，等．南海流花超大位移井摩阻／扭矩及导向钻井分析［Ｊ］．石油钻采工艺，２００６，四、结论２８（１）：９－１２．［１６］ＳｈｅｐｐａｒｄＭＣ，ｅｔａｌ．ＤｅｓｉｇｎｉｎｇｗｅｌｌＰａｔｈｓｔｏＲｅｄｕｃｅ（１）摩擦系数，是指钻柱或套管串与井下套管ＤｒａｇａｎｄＴｏｒｑｕｅ［Ｊ］．ＳＰＥｄｒｉｌｌｉｎｇｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９８７－内壁或裸眼地层之间的、以钻井液作为界面的一个１２．系数，分为动摩擦系数和静摩擦系数。［１７］张绍槐，狄勤丰．用旋转导向钻井系统钻大位移井［Ｊ］．（２）摩阻系数是一个综合性系数，它包含摩擦石油学报，２０００，２１（１）：７６－８０．系数和所有附加阻力引起的等效摩擦系数，比摩擦［１８］陆洋阳．大位移井减扭阻工具的研制［Ｊ］．钻采工艺，系数大。在钻进或者下套管的摩阻计算时，应采用２０１３，３６（１）：７３－７５．摩阻系数而非摩擦系数。［１９］许京国．水力振荡器在大位移井张海２９－３８Ｌ井的应（３）摩阻系数受井眼状况等多方面因素影响，用［Ｊ］．断块油气田，２０１４，２１（４）：５２７－５２９．在管柱的不同位置不同，非常复杂且难以确定，通常［２０］ＭｏｎｄｓｈｉｎｅＴＣ．ＤｒｉｌｌｉｎｇｍｕｄＬｕｂｒｉｃｉｔｙＧｕｉｄｅｔｏＲｅｄｕｃｅｄ用实测反算确定摩阻系数。ＴｏｒｑｕｅａｎｄＤｒａｇ［Ｊ］．Ｏｉｌ＆ＧａｓＪｏｕｒｎａｌ，１９７０－１２．（４）总结了目前大位移井中钻进时常用的降低［２１］沈伟．大位移井钻井液润滑性研究的现状与思考［Ｊ］．石油钻探技术，２００１，２９（１）：２５－２８．摩阻系数的手段，包括采用旋转导向工具，减摩工［２２］蔡利山，林永学，王立文．大位移井钻井液技术综述具，优化钻井液性能，保证合理的工艺措施等；下套［Ｊ］．钻井液与完井液，２０１０，２７（３）：１－１３．管时主要是反复通井保持井眼通畅，合理使用套管［２３］杨启贞．在水平井、大位移井中选用合适的套管扶正器扶正器和漂浮下套管。［Ｊ］．石油钻采工艺，２０００，２２（４）：３７－３９．［２４］宋秀英，赵庆，姚军，等．大位移井下套管技术［Ｊ］．钻采参考文献工艺，２０００，２３（４）：１５－１９．［１］吴爽，李骥，张焱．大位移井技术研究的现状分析［Ｊ］．（编辑：艾惊涛）