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      鉆井摩阻因數(shù)分形預(yù)測模型研究

      2012-11-21 10:05:21章浩炯劉運(yùn)榮石曉兵
      關(guān)鍵詞:泥餅摩阻鉆柱

      章浩炯 劉運(yùn)榮,石曉兵,黃 兵

      (長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院,湖北 荊州 434020) (西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院,四川 成都 610500)

      鉆井摩阻因數(shù)分形預(yù)測模型研究

      章浩炯 劉運(yùn)榮,石曉兵,黃 兵

      (長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院,湖北 荊州 434020) (西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院,四川 成都 610500)

      獲得接近客觀真實(shí)的摩阻因數(shù)是準(zhǔn)確預(yù)測摩阻、扭矩的基礎(chǔ)。摩阻因數(shù)受井壁表面形貌、鉆柱的局部彎曲、井眼迂曲度、鉆井液性能、地層空隙壓力、滑動速度等重要因素影響。鉆井摩阻復(fù)雜系統(tǒng)具有分形幾何相關(guān)特征,采用分形幾何理論,引入各種摩阻因數(shù)影響因素,建立了摩阻因數(shù)分形預(yù)測模型。

      鉆井;摩阻因數(shù);分形;預(yù)測模型

      摩阻因數(shù)的合理取值是準(zhǔn)確預(yù)測摩阻的前提。實(shí)驗(yàn)測定的泥漿摩阻因數(shù)低于由大鉤負(fù)荷所計(jì)算的摩阻因數(shù),其不能直接用于現(xiàn)場生產(chǎn)[1]。一般,通過實(shí)測摩阻資料反算出有關(guān)摩阻因數(shù),然后利用反算出的某一具體的摩阻因數(shù)值進(jìn)行摩阻扭矩的預(yù)測[2];或者根據(jù)經(jīng)驗(yàn),在不同的工況,取相應(yīng)的摩阻因數(shù)[3]。然而,鉆井摩阻系統(tǒng)是復(fù)雜的。產(chǎn)生摩阻的原因是多方面的,包括井斜、縮徑、鍵槽等各種類型的卡鉆[1];另外,裸眼段摩阻因數(shù)應(yīng)該是包含鉆井液及泥餅的潤滑性、巖石類型、井眼軌跡等許多因素的綜合影響,因此計(jì)算值中所取的裸眼段摩阻因數(shù)存在誤差[4]。摩阻因數(shù)具有非穩(wěn)定的隨機(jī)性,在同一口井中,不同井段的局部摩阻因數(shù)完全不一樣,同一井段的摩阻因數(shù)的上下限波動也很大[5]。 下面,筆者采用分形幾何理論[6],引入一些對摩阻因數(shù)有重要影響的因素,建立摩阻因數(shù)分形預(yù)測模型,從而為提高摩阻預(yù)測的可靠性和精度給出更客觀和更接近實(shí)際的摩阻因數(shù)。

      1 鉆井摩阻系統(tǒng)的分形特征

      鉆井摩阻系統(tǒng)具有復(fù)雜性特征,摩阻因數(shù)表現(xiàn)為穩(wěn)定或非穩(wěn)定的隨機(jī)函數(shù),且具有統(tǒng)計(jì)確定性,與井壁表面形貌、鉆柱的局部彎曲、井眼迂曲度、鉆井液性能、地層空隙壓力、滑動速度等重要因素之間為強(qiáng)弱程度不同的非線性關(guān)因。井壁表面凹凸不平,雜亂無章;根據(jù)現(xiàn)場測斜數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),井斜也是隨機(jī)變化的;鉆屑也大小不一,不完全相同。根據(jù)分形的定義[6],井壁表面、井斜、鉆屑等在整體上形態(tài)、復(fù)雜程度、不規(guī)則性等均不發(fā)生變化,具有無標(biāo)度性,與觀察的尺度無關(guān)。摩阻系統(tǒng)的各個組成部分都以某種方式與整體自相似。根據(jù)地面巖屑形態(tài)分析,在一定的尺度范圍內(nèi),井壁表面具有精細(xì)結(jié)構(gòu),不規(guī)則,局部凹凸形態(tài)與整體形態(tài)自相似;根據(jù)井斜變化規(guī)律知,井眼軌跡也具有精細(xì)結(jié)構(gòu),其局部迂曲度與整個井眼軌跡也是自相似的;同一段鉆出的所有鉆屑更是具有自相似性。鉆井摩阻系統(tǒng)具有各種分形特征。

      2 預(yù)測模型

      井壁表面、巖屑、泥餅和鉆柱表面構(gòu)成摩擦副,與潤滑劑、泥漿等形成典型的鉆井摩阻系統(tǒng)。鉆井摩阻系統(tǒng)中井壁表面和井眼軌跡成為一個分形集。而覆蓋在井壁表面的嵌入泥餅的巖屑和其余巖屑構(gòu)成另一個分形集。當(dāng)巖屑很少,只有少量的巖屑嵌入并掉入井壁表面凹進(jìn)部分,則一起與井壁表面凸起部分共同支撐鉆柱,并產(chǎn)生摩阻;當(dāng)巖屑的與井壁表面凸起數(shù)量相當(dāng)時,兩者的貢獻(xiàn)一樣;當(dāng)巖屑的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過井壁凸起數(shù)量,甚至完全覆蓋住井壁表面時,摩阻因數(shù)主要受鉆屑的影響。鉆柱自身的各種變形構(gòu)成一個分形集。

      在鉆井作業(yè)中,泥餅極軟,鉆柱在橫向力的作用下,推擠泥餅,發(fā)生塑性變形。若橫向力足夠大,鉆柱可能與井壁表面巖石凸起部分或嵌入泥餅的巖屑緊密接觸。若橫向力更大,則井壁表面巖石凸起部或嵌入泥餅的巖屑發(fā)生彈性變形,直到達(dá)到彈性變形極限,最終達(dá)到屈服,此時的切向力就是摩阻。若已獲得此刻的法向載荷,則摩阻因數(shù)可求。

      在大鉤載荷所體現(xiàn)的摩阻T為2部分構(gòu)成,設(shè)與分形有關(guān)的摩阻為F,與分形無關(guān)的其他力為Q,其中有一部分是井眼軌跡、接觸面形狀、局部迂曲度產(chǎn)生的額外力等。則:

      T=F+Q

      (1)

      摩阻因數(shù)是指兩表面間的摩阻和作用在其一表面上的垂直力之比值,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

      (2)

      式中,T為兩表面間的摩阻;N為接觸面法向載荷。從而:

      (3)

      即鉆井摩阻系統(tǒng)摩阻因數(shù)由2部分組成:分形相關(guān)摩阻因數(shù)和分形非相關(guān)摩阻因數(shù)。

      2.1分形相關(guān)摩阻因數(shù)

      分形相關(guān)摩阻是指鉆井摩阻系統(tǒng)中與分形有關(guān)的摩阻。根據(jù)鉆井摩阻系統(tǒng)的特征,鉆井摩阻因數(shù)中井壁表面和井眼軌跡構(gòu)成的分形集采用M-B分形接觸模型[7];覆蓋在井壁表面的嵌入泥餅的巖屑和其余巖屑構(gòu)成的另一個分形集,采用M-B分形接觸修正模型[8]。

      1)井壁表面和井眼軌跡構(gòu)成的分形集 無量綱的總摩擦力的表達(dá)式如下:

      (5)

      則與分形相關(guān)的摩阻因數(shù)為:

      (6)

      2)覆蓋在井壁表面的嵌入泥餅的巖屑和其余巖屑構(gòu)成的分形集 總載荷公式為:

      (7)

      (8)

      總摩阻的無量綱形式為:

      (9)

      式中,K為硬度和屈服強(qiáng)度有關(guān)系數(shù);ψ為M-B修正模型參數(shù)。

      所以靜摩阻因數(shù)為:

      (10)

      2部分共同對摩阻貢獻(xiàn),且與分形相關(guān)的總摩阻因數(shù)為各部分摩阻因數(shù)之和:

      μFX=μ1+μ2

      (11)

      2.2非分形相關(guān)摩阻因數(shù)

      1)硬鉆柱在井眼中嵌入軟泥餅,在運(yùn)動中推擠泥餅,使之塑性流動,并形成一條溝槽,將摩擦面改為槽形,增大了摩擦力。槽面里泥餅的影響,所造成的摩阻因數(shù)為:

      μ3=1.11μ

      (12)

      2)另外,鉆柱的接頭也要嵌入泥餅,增大摩阻。由于鉆柱接頭嵌入泥餅所產(chǎn)生的摩擦因數(shù)為:

      (13)

      式中,h為鉆柱接頭嵌入泥餅深度;r為環(huán)空半徑。

      一般情況摩擦力大于法向載荷。整個鉆柱有許多接頭,在鉆井過程中硬鉆柱接頭與軟泥餅的相互作用不容忽視。顯然,摩擦因數(shù)與表觀接觸面積無關(guān)。

      3)在大位移井或水平井中的彎曲段,摩擦力在不同工況下會顯著差別。由起下鉆所產(chǎn)生的摩擦因數(shù)為:

      (14)

      式中,T2為鉆頭拉力(松邊拉力);α為水平井的圓弧段角度。

      4)鉆柱在大彎曲井段旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時,由于鉆柱的中心軸線是弧形曲線,因此鉆柱的下面部分會在扭矩作用下,緊貼井壁,產(chǎn)生正壓力,增大摩阻。在用目前理論計(jì)算出的橫向力反算摩阻因數(shù)時,結(jié)果會偏大。這里單獨(dú)將由扭矩所引起摩阻增大的部分折算成摩阻因數(shù)。在下鉆造斜點(diǎn)時,旋轉(zhuǎn)鉆柱,記錄下此時的扭矩M1,然后接著下鉆直到盡頭或水平段起點(diǎn),旋轉(zhuǎn)鉆柱,記錄下此時的扭矩M2。假設(shè)該彎曲段總長為L,將其劃分為n段,于是可以計(jì)算彎曲井段平均扭矩Mi,假設(shè)每段的先對弧度為θ,則可近似計(jì)算每段中平均扭矩產(chǎn)生的正壓力Ni為:

      (15)

      那么,由此產(chǎn)生的等價摩阻因數(shù)為:

      (16)

      式中,μs為泥餅與鉆柱的普通摩阻因數(shù)。

      則非分形方面產(chǎn)生的摩阻因數(shù)為:

      μFF=μ3+μ4+μ5+μ6

      (17)

      鉆井摩阻系統(tǒng)的總摩阻因數(shù)為:

      μ=μFX+μFF

      (18)

      [1]張建群,孫學(xué)增,趙俊平.定向井摩擦阻力模式及其應(yīng)用的初步研究[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào),1989,13(4):23-28.

      [2]薄和秋.黃根爐.墾東405-平1大位移井摩阻扭矩預(yù)測及分析[J].石油鉆探技術(shù),2007,35(4):41-45.

      [3]高德利,覃成錦,代偉峰,等.南海流花超大位移井摩阻扭矩及導(dǎo)向鉆井分析[J].石油鉆采工藝,2006,28(1):9-12.

      [4]廖華林,丁崗.大位移井套管柱摩阻模型的建立及其應(yīng)用[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào),2002,26(1): 29-38.

      [5]史建剛.大位移鉆井技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].鉆采工藝,2008,31(3):124-126.

      [6]Kenneth Falconer.分形幾何——數(shù)學(xué)基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].曾文曲 譯.北京:人民郵電出版社,2007.

      [7]Majumdar M, Bhushan B. Fractal Model of Elastic-plastic Contact between Rough Surfaces[J]. ASME Journal of Tribology,1991,113:1-11.

      [8]Wang S, Komvopoulos K. A Fractal Theory of the Interfacial Temperature Distribution in the Slow Sliding Regime: Part Ⅰ-Elastic Contact and Heat Transfer Analysis[J]. ASME Journal of Tribology, 1994,116:812-823.

      [9] 盛選禹,雒建斌,溫詩鑄.基于分形接觸的靜摩擦因數(shù)預(yù)測[J].中國機(jī)械工程,1998,9(7):16- 20.

      [10] Hamilton G M. Explicit Equation for Stress Beneath a Sliding Spherical Contact[J]. Proc Instn Mech Engrs, 1970, 197c: 53-59.

      [11]陳國安,朱真才,朱華.工程裝備磨損研究[M].北京:兵器工業(yè)出版,2003.

      [12]謝和平.分形-巖石力學(xué)導(dǎo)論[M].北京:科學(xué)出版社,1996.

      [13]劉國錫.神奇的摩擦[M].北京:高等教育出版社,1990.

      [編輯] 洪云飛

      10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.06.018

      TE246

      A

      1673-1409(2012)06-0055-03

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