2.安装间距的计算函数模型分析.doc

套管减磨器合理安装位置分析 祝扬 崔斌 （华东管道设计研究院，江苏徐州） 摘要：在深井钻井中，由于井眼曲率的变化，钻柱作用于套管内壁的侧向力增大；由于径向力、横向振动等因素的存在，随着钻井时间的增长，导致套管磨损的问题越来越严重。通过钻杆接头对套管不同位置磨损的分析，建立了在测井深度和真垂深方向上的两种数学模型，最后计算出合理安装减磨器的位置和数量，为套管减磨器的现场使用提供了设计依据，经现场使用证明，寿命提高30%。 关键词：套管减磨器；套管磨损；钻杆接头；目标函数 1.引言 在深井、超深井、大斜度井或定向井钻井中，钻杆与套管的摩擦磨损是非常复杂的问题。由于井眼曲率的变化，钻柱作用于套管内壁的侧向力增大；由于径向力、横向振动等因素的存在，随着钻井时间的增长，导致套管磨损的问题越来越严重。套管减磨器的使用对减少套管磨损起到了一定的作用[1-3]。实践证明，减磨器的合理布置是实现减磨的基础，间距太大不能起到减磨的作用，间距太小成本又太高，因此需要分析减磨器的合理布置，以便科学又经济的起到减磨作用。文中通过钻杆接头对套管不同位置磨损的分析，建立了在测井深度和真垂深方向上的两种数学模型，最后计算出合理安装减磨器的位置和数量，实践证明，根据该模型计算确定的套管减磨器安装位置，能够起到较好的减磨作用。 2.安装间距的计算函数模型分析 在下部井段内，井身轴线可假设成一条圆弧，不过它是位于空间某一倾斜平面上。实际钻井过程中，钻杆上不仅存在变井斜力，同时也存在变方位力[4]，因此，它不仅包含有井斜角的变化而且也包含有方位角的变化，近似认为在钻出这一圆弧井段的过程中，钻杆接头上的变井斜力和变方位力数值不变。文中针对测井深度和真垂深方向这两种情况，推导出各自的计算公式，较为准确的计算出减磨器的安装间距和数量。现对下图所示的5″（127mm）钻杆的计算模型进行一般的分析。现假设井眼曲率为°/L 套管减磨器在井眼中的安装位置 1.1在真垂深方向安装的间隔和数量计算函数模型 OD= (1) OB=—+ (2) OA=+ (3) 由于这里需要计算的长度为，但是这个尺寸不好求。这里使用把延长到点，把求转化求。 OC=OB+BC=+ (4) (5) 则在垂直方向套管防磨器的安装距离为H： H=2AC (6) 由以上6式可得： (7) (8) 安装数量函数模型为： (9) 1.2在(测井)与井眼曲率一致方向上的安装间距和数量计算函数模型 (10) 由（4）（5）（10）式可得： (11) 将其转换成弧度，其大小为 ，则： (12) 在测井方向上的距离设为: =2 (13) 由（1）（11）（13）可得： (14) 安装数量函数模型为： (15) 3.计算实例分析 根据前面建立的计算模型，通过编制的计算机程序完成分析计算，为了验证减磨器安装位置计算模型的正确性，对吐哈油田的某井进行验算，设井眼曲率为5°/1 00米、套管内径为244.5mm、钻杆接头直径为168mm、5″（127mm）钻杆。由上面的计算模型可得： （1）在真垂深方向安装的间隔和数量为：29.82m 4个 （2）在(测井)与井眼曲率一致方向上的安装间隔和数量为； 29.81m 4个 使用结果证明，使用寿命提高了30%。 这里仅仅举了一个例子予以说明，通过大量的计算我们可以知道，套管减磨器的安装在这两种井深方向上安装间隔距离相差很小，在井眼曲率很小的情况下基本相同。但是，随着井眼曲率的增大，它们在安装间距上虽然相近，但安装个数却不同，特别是在井眼曲率特别大的地方。 4.结 论 套管加减磨器处理后的使用寿命明显增加，实践证明文中介绍的安装位置确定方法，在现场施工中能够准确、快速、合理的布置减磨器，起到了既科学又