CN110107224B - 一种水平井钻磨管柱下入摩阻计算方法 - Google Patents

一种水平井钻磨管柱下入摩阻计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水平井钻磨管柱下入摩阻计算方法；属于油田修井作业管柱组合领域。该水平井钻磨管柱下入摩阻计算方法可以较为准确的模拟计算出水平井钻磨管柱下入过程中的摩阻，并进行井眼相容性分分析和水平井钻磨管柱强度校核；该方法定量分析了水平井钻磨管柱摩阻、水平井钻磨管柱下入的井眼相容性以及水平井钻磨管柱在下入井底以后的管柱强度问题，可为油田现场水平井安全、快速做好下入水平井钻磨管柱施工作业提供科学合理的意见和必要的技术支持。

Description

一种水平井钻磨管柱下入摩阻计算方法
技术领域
本发明涉及一种水平井钻磨管柱下入摩阻计算方法；属于油田修井作业管柱组合领域。
背景技术
水平井的井眼轨迹在地层中水平延伸较长距离，可以增大油气层的裸露面积，水平井眼连通多个储层，使得后期的储层改造和增产较为便利，增产效果明显。在水平井修井施工作业过程中，也存在着一系列的难题。目前，水平井下入钻磨管柱的最大难题是钻磨管柱在水平井水平段难以下入到预定位置。由于水平井井眼轨迹中存在造斜段及水平段，所以在井眼弯曲的作用下和钻磨管柱自身存在的重力下，钻磨管柱将产生很大的变形，这样导致钻磨管柱与井筒壁的接触面积随着钻磨管柱下入深度增加而增大，其中摩阻也随之增大，当摩阻达到一定值后，钻磨管柱会出现无法继续下入的遇卡遇阻现象，如果现场施工人员强行下入钻磨管柱，那么钻磨管柱可能会发生强度破坏，导致现场事故。针对钻磨管柱无法下入的问题，促使现场下入钻磨管柱作业顺利进行，有必要对下入钻磨管柱的摩阻进行研究。其中在水平井下钻磨管柱作业中，其钻磨管柱在水平井的造斜段和水平段内的受力比较复杂，当钻磨管柱下入到造斜段时，随着水平井井眼轨迹的井斜角的增加，钻磨管柱逐渐开始紧贴水平井井筒下井壁，随着钻磨管柱下至水平井水平段就完全躺在水平井井筒下井壁上，这时，钻磨管柱与井筒的接触面积变得相当大，井筒对钻磨管柱的摩阻也随之增大，同时造成推动力减小，这样就难以依靠钻磨管柱自身重量继续下入，使得钻磨管柱下入受阻，同时若钻磨管柱的刚性较大在水平井造斜段会被卡住而无法下入。因此，摩阻是导致钻磨管柱无法顺利下入预定位置的重要因素，产生摩阻的原因有多种，比如钻磨液流体摩阻、钻磨液粘滞阻力、钻压反作用力、钻磨液压力、钻磨管柱与井筒壁的相互接触摩擦、钻磨管柱自身的刚性及弹性、钻磨扭矩以及下入钻磨管柱施工过程中的钻磨管柱的下放速度等，其中最重要的是钻磨管柱与井筒壁的相互接触而产生的摩阻。所以为了保证在水平井中下入钻磨管柱能够顺利下入到井底，必须要对钻磨管柱下入过程中有关的力学问题进行深入研究，定量分析摩阻、钻磨管柱下入的井眼相容性以及钻磨管柱在下入井底以后的管柱强度问题。因此有必要研发一种水平井钻磨管柱下入摩阻计算方法，可为油田现场水平井安全、快速做好下入水平井钻磨管柱施工作业提供科学合理的意见和必要的技术支持。
发明内容
本发明目的在于：提供一种水平井钻磨管柱下入摩阻计算方法，使之能较为准确的模拟计算出水平井钻磨管柱下入过程中的摩阻，并进行井眼相容性分析和水平井钻磨管柱强度分析，可为现场工程师安全下入水平井钻磨管柱提供理论指导。
本发明的技术方案是：
一种水平井钻磨管柱下入摩阻计算方法，其特征在于：所述的该水平井钻磨管柱下入摩阻计算方法包含如下步骤：
一、水平井钻磨管柱的下入摩阻计算模型的建立；
根据井眼轨迹，选取井底到井口整个部分为研究对象，将水平井钻磨管柱沿井眼轴向方向划分为垂直段、造斜段、水平段及作业段；把两个井眼轨迹测点之间的部分看作是一个连续单元，则整个水平井钻磨管柱可以离散成若干个微元段；
（1）、水平井井眼轨迹拟合：
水平井钻磨管柱在下入过程中摩阻的计算需要利用到现场的井眼轨迹数据，所以在对水平井钻磨管柱下入过程中摩阻的计算之前需要对井眼轨迹进行拟合、插值计算；
假设：一口水平井井段
Figure DEST_PATH_IMAGE001
上的一组测点：
测深
Figure DEST_PATH_IMAGE002
井斜角
Figure DEST_PATH_IMAGE003
方位角
Figure DEST_PATH_IMAGE004
根据三次样条插值函数的定义，构造出三次样条井斜角函数
Figure DEST_PATH_IMAGE005
；同时
Figure DEST_PATH_IMAGE006
函数满足在井段
Figure DEST_PATH_IMAGE007
是三次多项式；在节点给函数
Figure DEST_PATH_IMAGE008
定值：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure DEST_PATH_IMAGE010
在
Figure DEST_PATH_IMAGE011
上，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
连续；
其中根据三次样条函数的性质，推导出三次井斜样条函数
Figure DEST_PATH_IMAGE013
和三次方位样条函数
Figure DEST_PATH_IMAGE014
的表达式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE015
Figure DEST_PATH_IMAGE016
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
n-水平井井眼轨迹测点数；
Figure DEST_PATH_IMAGE018
水平井井眼轨迹插值点处的井深，m；
Figure DEST_PATH_IMAGE019
水平井井眼轨迹相邻两测点的井深，m；
Figure DEST_PATH_IMAGE020
水平井井眼轨迹相邻两测点的距离，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
Figure DEST_PATH_IMAGE022
水平井井眼轨迹相邻两测点的井斜角，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
Figure DEST_PATH_IMAGE024
水平井井眼轨迹相邻两测点的方位角，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
Figure DEST_PATH_IMAGE026
（2）、钻磨液摩阻：
当井筒壁和钻磨管柱壁对钻磨液有摩阻时，井筒壁和管柱壁也受相同的摩阻只是方向是相反的；其中钻磨液在钻磨管柱内和钻磨管柱外壁与井筒之间的环空循环的时候，钻磨液对管柱内外壁都存在摩阻，这种摩阻叫钻磨液摩阻；
a、水平井钻磨管柱内壁钻磨液摩阻：
Figure DEST_PATH_IMAGE027
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE028
水平井钻磨管柱内壁摩阻，N；
Figure DEST_PATH_IMAGE029
流体摩阻系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE030
钻磨液密度，kg/m3；
Figure DEST_PATH_IMAGE031
水平井钻磨管柱内钻磨液流速，m/s；
Figure DEST_PATH_IMAGE032
水平井钻磨管柱内径，m；
Figure DEST_PATH_IMAGE033
水平井钻磨管柱段长度，m；
b、水平井钻磨管柱外壁流体摩阻：
Figure DEST_PATH_IMAGE034
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE035
水平井钻磨管柱外壁摩阻，N；
Figure DEST_PATH_IMAGE036
水平井钻磨管柱外壁与井筒之间的环空钻磨液流速，m/s；
Figure DEST_PATH_IMAGE037
水平井钻磨管柱外径，m；
c、钻压反作力：
水平井钻磨管柱在对井内桥塞进行削磨时，水平井钻磨管柱受一个反作用力Frv：
Figure DEST_PATH_IMAGE038
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE039
钻磨液反作用力，N；
Figure DEST_PATH_IMAGE040
钻磨液密度，kg/m3；
Figure DEST_PATH_IMAGE041
钻磨液排量，m3/s；
Figure DEST_PATH_IMAGE042
水平井钻磨管柱中钻磨工具的水眼直径，m；
d、钻磨液粘滞摩阻：
在实际钻磨作业中，井筒内存在钻磨液，当水平井钻磨管柱下入时钻磨液会对水平井钻磨管柱产生钻磨液粘滞摩阻：
Figure DEST_PATH_IMAGE043
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE044
水平井钻磨管柱所受到的粘滞摩阻，N；
Figure DEST_PATH_IMAGE045
水平井钻磨管柱外径，m；
Figure DEST_PATH_IMAGE046
水平井钻磨管柱内径，m；
Figure DEST_PATH_IMAGE047
井眼直径，m；
Figure DEST_PATH_IMAGE048
井深，m；
Figure DEST_PATH_IMAGE049
钻磨液动切力，Pa；
Figure DEST_PATH_IMAGE050
钻磨液粘度，Pa﹒s；
Figure DEST_PATH_IMAGE051
钻磨液表观粘度，Pa﹒s；
Figure DEST_PATH_IMAGE052
重力加速度，N/kg；
f、钻磨液压力
在水平井钻磨管柱对井内桥塞磨削时，水平井钻磨管柱内壁会受到高压钻磨液径向压力Pa、水平井钻磨管柱内钻磨液柱压力和水平井钻磨管柱外钻磨液柱压力Ph，这些压力会在水平井钻磨管柱纵向横截面法向上产生应力
Figure DEST_PATH_IMAGE053
Figure DEST_PATH_IMAGE054
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE055
水平井钻磨管柱厚度，m；
（3）、垂直段摩阻：
在垂直井段井斜角变化较小，假设水平井钻磨管柱垂直下放与井壁假设无接触，取水平井钻磨管柱微元段进行受力分析：
Figure DEST_PATH_IMAGE056
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE057
分别为水平井钻磨管柱微元段上下面所受的轴向力，N；
Figure DEST_PATH_IMAGE058
为水平井钻磨管柱微元段在冲砂液中的浮线重，N/m；
Figure DEST_PATH_IMAGE059
为水平井钻磨管柱微元段长度，m；
（4）、造斜段和水平段摩阻：
在造斜井段和水平井段，水平井钻磨管柱在和井筒接触时因为水平井钻磨管柱重力而产生摩阻；在水平井钻磨管柱下入对井内桥塞进行磨削时，水平井钻磨管柱受力主要有自重、大钩拉力、浮力、井筒对水平井钻磨管柱摩阻；由于水平井钻磨管柱半径远远小于井眼曲率半径，则在计算时可以忽略水平井钻磨管柱半径的影响；将摩阻分解为x轴方向和y轴方向的两个分力则：
x轴方向摩阻:
Figure DEST_PATH_IMAGE060
y轴方向摩阻:
Figure DEST_PATH_IMAGE061
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE062
为水平井钻磨管柱与井筒的摩阻系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE063
为水平井钻磨管柱微元段在钻磨液中的浮线重，N/m；
Figure DEST_PATH_IMAGE064
井眼曲率半径，m；
Figure DEST_PATH_IMAGE065
井斜角，rad；
（5）、作业段摩阻：
在水平井钻磨管柱进行旋转磨削井内桥塞时，如用螺杆马达，水平井钻磨管柱螺杆马达前端管柱会受到切向摩阻；当水平井钻磨管柱与井筒的切向摩阻系数为
Figure DEST_PATH_IMAGE066
可得：
Figure DEST_PATH_IMAGE067
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE068
水平井钻磨管柱切向线速度，m/s；
Figure DEST_PATH_IMAGE069
水平井钻磨管柱轴向线速度，m/s；
当井斜角为
Figure DEST_PATH_IMAGE070
时，切向摩阻扭矩为：
Figure DEST_PATH_IMAGE071
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE072
切向摩阻扭矩，N•m；
Figure DEST_PATH_IMAGE073
水平井钻磨管柱接箍直径，m；
在井斜角为
Figure DEST_PATH_IMAGE074
处水平井钻磨管柱扭矩为：
Figure DEST_PATH_IMAGE075
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE076
螺杆马达，N•m；
Figure DEST_PATH_IMAGE077
发动机输出功率，kW；
Figure DEST_PATH_IMAGE078
螺杆马达效率；
Figure DEST_PATH_IMAGE079
螺杆马达转速，r/min；
（6）、临界屈曲载荷公式：
a、垂直段临界屈曲载荷计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE080
Figure DEST_PATH_IMAGE081
水平井钻磨管柱正弦屈曲载荷，N；
Figure DEST_PATH_IMAGE082
水平井钻磨管柱螺旋屈曲载荷，N；
Figure DEST_PATH_IMAGE083
水平井钻磨管柱弹性模量，MPa；
Figure DEST_PATH_IMAGE084
水平井钻磨管柱截面惯性矩，mm4；
We-水平井钻磨管柱浮线重，N/mm；
b、造斜段临界屈曲载荷计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE085
Figure DEST_PATH_IMAGE086
井斜角，rad；
Figure DEST_PATH_IMAGE087
水平井钻磨管柱与井筒之间的环空半径，mm；
Figure DEST_PATH_IMAGE088
造斜段井筒的曲率半径，mm；
c、水平段临界屈曲载荷计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE089
Figure DEST_PATH_IMAGE090
水平井钻磨管柱正弦屈曲临界长度，mm；
Figure DEST_PATH_IMAGE091
水平井钻磨管柱螺弦屈曲临界长度，mm；
二、通过“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件进行模拟仿真；
基于步骤一得出的水平井钻磨管柱的下入摩阻计算模型；利用插值算法和迭代算法编制“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件；“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件的著作权受理号为2019R11S0139560；利用“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件的模拟仿真步骤如下：
a、进入“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件；点击主界面上的“导入井眼轨迹”按钮用Excel表导入水平井井眼的轨迹数据，然后点击“绘制井眼轨迹”按钮生成对应的“井深”，“井斜角”，“方位角”并绘制出井眼轨迹图，并在主界面右侧表格栏中显示出导入的水平井井眼的轨迹数据；
b、点击主菜单上的“基本参数”按钮，弹出“基本参数设置”界面，可对“综合参数设置”，“温度参数设置”，“压力参数设置”进行设置，依次将井筒内外径，重量较小油管和重量较大油管的内外径、油管密度，钻磨液比热、钻磨液排量、钻磨液密度、钻磨液温度、井口温度、油井温度梯度、井口压力、钻磨泵压参数等载入到“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件中，确认无误后点击“确定”按钮，返回主界面，这样就完成了水平井钻磨管柱的基本施工参数设置；
c、此时“基本参数”按钮变灰，不能再对水平井钻磨管柱的基本施工参数设置进行设置，然后点击主菜单上的“工具串设计”按钮，进入“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件“工具串设计”界面，在左侧工具栏中根据钻磨作业的需求进行钻磨作业工具串组合，按照水平井钻磨管柱下入顺序选择钻磨作业工具并设置其下入深度，依次点击“添加”按钮，在上方工具串表格中显示其参数；在右侧“油管组合”中可对水平井钻磨管柱的重量较小油管和重量较大油管的下入深度进行设置；设置完成后，确认无误后点击“确定”按钮，返回主界面，这样就完成了水平井钻磨管柱的组合设计；
d、点击主菜单上的“通过性分析”按钮，弹出“通过性分析”界面点击“下入能力计算”按钮，在“通过性分析”界面左侧图表中计算出水平井钻磨管柱各微元段的曲率半径参数，得到最小曲率半径，右侧图表数据显示水平井钻磨管柱中的钻磨作业工具串组合，计算出单个钻磨作业工具串最大通过长度并进行判断水平井钻磨管柱能否通过；确认无误后点击“确定”按钮，返回主界面；
e、点击主菜单上的“强度校核”按钮，弹出“强度校核”界面点击“强度校核”按钮，在“强度校核”界面下侧表中计算出水平井钻磨管柱抗拉强度、抗内压强度、抗外压强度及三轴应力强度的应力，对比许用应力判断水平井钻磨管柱是否满足安全系数；接着进行下一阶段的水平井钻磨管柱下入摩阻计算；
f、基于钻磨作业，根据前面设计好的水平井钻磨管柱在“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件主界面中选择“钻磨管柱分析”按钮，进入“钻磨管柱分析”界面进行水平井钻磨管柱摩阻计算，得出整个水平井钻磨管柱的下入过程中摩阻；并在“钻磨管柱分析”界面右侧表格中得到其对应摩阻数值，并在左侧得到摩阻图线；点击“图像保存”按钮，可保存生成的曲线为jpg格式；完成所需仿真分析和图像保存后关闭分析窗口，返回主界面。
本发明的有益效果在于：
该水平井钻磨管柱下入摩阻计算方法可以较为准确的模拟计算出水平井钻磨管柱下入过程中的摩阻，并进行井眼相容性分分析和水平井钻磨管柱强度校核；该方法定量分析了水平井钻磨管柱摩阻、水平井钻磨管柱下入的井眼相容性以及水平井钻磨管柱在下入井底以后的管柱强度问题，可为油田现场水平井安全、快速做好下入水平井钻磨管柱施工作业提供科学合理的意见和必要的技术支持。
附图说明
图1为本发明的A水平井井眼轨迹图；
图2为本发明的水平井钻磨管柱在A水平井的下入过程中摩阻计算图。
具体实施方式
该水平井钻磨管柱下入摩阻计算方法包含如下步骤：
一、水平井钻磨管柱的下入摩阻计算模型的建立；
根据井眼轨迹，选取井底到井口整个部分为研究对象，将水平井钻磨管柱沿井眼轴向方向划分为垂直段、造斜段、水平段及作业段；把两个井眼轨迹测点之间的部分看作是一个连续单元，则整个水平井钻磨管柱可以离散成若干个微元段；；
（1）、水平井井眼轨迹拟合：
水平井钻磨管柱在下入过程中摩阻的计算需要利用到现场的井眼轨迹数据，在石油、天然气工程领域中，井的实际井眼轨迹都是通过钻头连续破岩产生的，应该是一条光滑不间断的空间曲线，而现场工程实际测得的井眼轨迹是井眼中有限个离散点的测深、井斜角和方位角，所以在对水平井钻磨管柱下入过程中摩阻的计算之前需要对井眼轨迹进行拟合、插值计算；
假设：一口水平井井段
Figure 682842DEST_PATH_IMAGE001
上的一组测点：
测深
Figure 131141DEST_PATH_IMAGE002
井斜角
Figure 176458DEST_PATH_IMAGE003
方位角
Figure 227459DEST_PATH_IMAGE004
把井斜角和方位角看成是随井深变化的函数，根据三次样条插值函数的定义，构造出三次样条井斜角函数
Figure 307411DEST_PATH_IMAGE005
；同时
Figure 395452DEST_PATH_IMAGE006
函数满足在井段
Figure 803431DEST_PATH_IMAGE007
是三次多项式；在节点给函数
Figure 267910DEST_PATH_IMAGE008
定值：
Figure 467948DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 854454DEST_PATH_IMAGE010
在
Figure 874363DEST_PATH_IMAGE011
上，
Figure 876954DEST_PATH_IMAGE012
连续；
其中根据三次样条函数的性质，推导出三次井斜样条函数
Figure 806864DEST_PATH_IMAGE013
和三次方位样条函数
Figure 502287DEST_PATH_IMAGE014
的表达式如下：
Figure 9492DEST_PATH_IMAGE015
Figure 550195DEST_PATH_IMAGE016
式中：
Figure 583879DEST_PATH_IMAGE017
n-水平井井眼轨迹测点数；
Figure 450204DEST_PATH_IMAGE018
水平井井眼轨迹插值点处的井深，m；
Figure 444704DEST_PATH_IMAGE019
水平井井眼轨迹相邻两测点的井深，m；
Figure 664464DEST_PATH_IMAGE020
水平井井眼轨迹相邻两测点的距离，
Figure 428021DEST_PATH_IMAGE021
Figure 730826DEST_PATH_IMAGE022
水平井井眼轨迹相邻两测点的井斜角，
Figure 71678DEST_PATH_IMAGE023
Figure 219762DEST_PATH_IMAGE024
水平井井眼轨迹相邻两测点的方位角，
Figure 837825DEST_PATH_IMAGE025
Figure 45953DEST_PATH_IMAGE026
（2）、钻磨液摩阻：
钻磨形成的碎屑在钻磨液冲击作用下迅速离开井底而流向环空，通过钻磨液循环带出井筒，循环钻磨作业的过程中，钻磨液沿井筒壁和钻磨管柱壁流动时会存在水头损失，而水头损失主要是钻磨液与井筒壁和钻磨管柱壁之间的摩阻造成的；当井筒壁和钻磨管柱壁对钻磨液有摩阻时，井筒壁和管柱壁也受相同的摩阻只是方向是相反的；其中钻磨液在钻磨管柱内和钻磨管柱外壁与井筒之间的环空循环的时候，钻磨液对管柱内外壁都存在摩阻。这种摩阻叫钻磨液摩阻。
a、水平井钻磨管柱内壁钻磨液摩阻：
Figure 890412DEST_PATH_IMAGE027
式中：
Figure 842188DEST_PATH_IMAGE028
水平井钻磨管柱内壁摩阻，N；
Figure 970550DEST_PATH_IMAGE029
流体摩阻系数；
Figure 349578DEST_PATH_IMAGE030
钻磨液密度，kg/m3；
Figure 540388DEST_PATH_IMAGE031
水平井钻磨管柱内钻磨液流速，m/s；
Figure 905642DEST_PATH_IMAGE032
水平井钻磨管柱内径，m；
Figure 232718DEST_PATH_IMAGE033
水平井钻磨管柱段长度，m；
b、水平井钻磨管柱外壁流体摩阻：
Figure 48227DEST_PATH_IMAGE034
式中：
Figure 871475DEST_PATH_IMAGE035
水平井钻磨管柱外壁摩阻，N；
Figure 165053DEST_PATH_IMAGE036
水平井钻磨管柱外壁与井筒之间的环空钻磨液流速，m/s；
Figure 612215DEST_PATH_IMAGE037
水平井钻磨管柱外径，m；
c、钻压反作力：
水平井钻磨管柱在对井内桥塞进行削磨时，水平井钻磨管柱受一个反作用力Frv，其大小可以根据动量定理可得：
Figure 208412DEST_PATH_IMAGE038
式中：
Figure 373814DEST_PATH_IMAGE039
钻磨液反作用力，N；
Figure 205504DEST_PATH_IMAGE040
钻磨液密度，kg/m3；
Figure 772752DEST_PATH_IMAGE041
钻磨液排量，m3/s；
Figure 523539DEST_PATH_IMAGE042
水平井钻磨管柱中钻磨工具的水眼直径，m；
d、钻磨液粘滞摩阻：
在实际钻磨作业中，井筒内存在钻磨液，当水平井钻磨管柱下入时钻磨液会对水平井钻磨管柱产生钻磨液粘滞摩阻：
Figure 441816DEST_PATH_IMAGE043
式中：
Figure 77197DEST_PATH_IMAGE044
水平井钻磨管柱所受到的粘滞摩阻，N；
Figure 108738DEST_PATH_IMAGE045
水平井钻磨管柱外径，m；
Figure 171372DEST_PATH_IMAGE046
水平井钻磨管柱内径，m；
Figure 311366DEST_PATH_IMAGE047
井眼直径，m；
Figure 875072DEST_PATH_IMAGE048
井深，m；
Figure 151332DEST_PATH_IMAGE049
钻磨液动切力，Pa；
Figure 384867DEST_PATH_IMAGE050
钻磨液粘度，Pa﹒s；
Figure 746579DEST_PATH_IMAGE051
钻磨液表观粘度，Pa﹒s；
Figure 599128DEST_PATH_IMAGE052
重力加速度，N/kg；
f、钻磨液压力
在水平井钻磨管柱对井内桥塞磨削时，水平井钻磨管柱内壁会受到高压钻磨液径向压力Pa、水平井钻磨管柱内钻磨液柱压力和水平井钻磨管柱外钻磨液柱压力Ph，这些压力会在水平井钻磨管柱纵向横截面法向上产生应力
Figure 995474DEST_PATH_IMAGE053
Figure 399911DEST_PATH_IMAGE054
式中：
Figure 373552DEST_PATH_IMAGE055
水平井钻磨管柱厚度，m；
上述的钻磨液摩阻分析都是取水平井钻磨管柱微元段进行分析，且水平井钻磨管柱每个微元段都受上述钻磨液摩阻影响。
（3）、垂直段摩阻：
在垂直井段井斜角变化较小，假设水平井钻磨管柱垂直下放与井壁假设无接触，取水平井钻磨管柱微元段进行受力分析：
Figure 888847DEST_PATH_IMAGE056
式中：
Figure 405279DEST_PATH_IMAGE057
分别为水平井钻磨管柱微元段上下面所受的轴向力，N；
Figure 855983DEST_PATH_IMAGE058
为水平井钻磨管柱微元段在冲砂液中的浮线重，N/m；
Figure 192286DEST_PATH_IMAGE059
为水平井钻磨管柱微元段长度，m；
（4）、造斜段和水平段摩阻：
在造斜井段和水平井段，水平井钻磨管柱在和井筒接触时因为水平井钻磨管柱重力而产生摩阻；在水平井钻磨管柱下入对井内桥塞进行磨削时，水平井钻磨管柱受力主要有自重、大钩拉力、浮力、井筒对水平井钻磨管柱摩阻；由于水平井钻磨管柱半径远远小于井眼曲率半径，则在计算时可以忽略水平井钻磨管柱半径的影响；将摩阻分解为x轴方向和y轴方向的两个分力则：
x轴方向摩阻:
Figure 511272DEST_PATH_IMAGE060
y轴方向摩阻:
Figure 616631DEST_PATH_IMAGE061
式中：
Figure 756013DEST_PATH_IMAGE062
为水平井钻磨管柱与井筒的摩阻系数；
Figure 314034DEST_PATH_IMAGE063
为水平井钻磨管柱微元段在钻磨液中的浮线重，N/m；
Figure 436710DEST_PATH_IMAGE064
井眼曲率半径，m；
Figure 271942DEST_PATH_IMAGE065
井斜角，rad；
（5）、作业段摩阻：
在水平井钻磨管柱进行旋转磨削井内桥塞时，如用螺杆马达，水平井钻磨管柱螺杆马达前端管柱会受到切向摩阻；当水平井钻磨管柱与井筒的切向摩阻系数为
Figure 189083DEST_PATH_IMAGE066
可得：
Figure 765558DEST_PATH_IMAGE067
式中：
Figure 550980DEST_PATH_IMAGE068
水平井钻磨管柱切向线速度，m/s；
Figure 365352DEST_PATH_IMAGE069
水平井钻磨管柱轴向线速度，m/s；
当井斜角为
Figure 718973DEST_PATH_IMAGE070
时，切向摩阻扭矩为：
Figure 251586DEST_PATH_IMAGE071
式中：
Figure 857010DEST_PATH_IMAGE072
切向摩阻扭矩，N•m；
Figure 525889DEST_PATH_IMAGE073
水平井钻磨管柱接箍直径，m；
在井斜角为
Figure 50411DEST_PATH_IMAGE074
处水平井钻磨管柱扭矩为：
Figure 194954DEST_PATH_IMAGE075
其中，
Figure 197545DEST_PATH_IMAGE076
螺杆马达，N•m；
Figure 252088DEST_PATH_IMAGE077
发动机输出功率，kW；
Figure 822878DEST_PATH_IMAGE078
螺杆马达效率；
Figure 64504DEST_PATH_IMAGE079
螺杆马达转速，r/min；
（6）、水平井钻磨管柱屈曲
井眼中水平井钻磨管柱受到的载荷（轴向力、扭矩等）超过某一临界值时，水平井钻磨管柱会失去稳定状态由最初的近似直线状态变为曲线状态，产生水平井钻磨管柱屈曲。当水平井钻磨管柱出现屈曲，特别是螺旋屈曲之后，水平井钻磨管柱与井筒壁接触增大，摩阻增大。而且，随着轴向压力的增大，屈曲螺距缩短，摩阻更大，甚至将水平井钻磨管柱“锁住”。
a、垂直段临界屈曲载荷计算：
Figure 870786DEST_PATH_IMAGE080
Figure 170049DEST_PATH_IMAGE081
水平井钻磨管柱正弦屈曲载荷，N；
Figure 770795DEST_PATH_IMAGE082
水平井钻磨管柱螺旋屈曲载荷，N；
Figure 765295DEST_PATH_IMAGE083
水平井钻磨管柱弹性模量，MPa；
Figure 109689DEST_PATH_IMAGE084
水平井钻磨管柱截面惯性矩，mm4；
We-水平井钻磨管柱浮线重，N/mm；
b、造斜段临界屈曲载荷计算：
Figure 748612DEST_PATH_IMAGE085
Figure 520259DEST_PATH_IMAGE086
井斜角，rad；
Figure 267635DEST_PATH_IMAGE087
水平井钻磨管柱与井筒之间的环空半径，mm；
Figure 537424DEST_PATH_IMAGE088
造斜段井筒的曲率半径，mm；
c、水平段临界屈曲载荷计算：
Figure 155487DEST_PATH_IMAGE089
Figure 363614DEST_PATH_IMAGE090
水平井钻磨管柱正弦屈曲临界长度，mm；
Figure 208073DEST_PATH_IMAGE091
水平井钻磨管柱螺弦屈曲临界长度，mm；
水平井钻磨管柱受力主要包括钻磨液对水平井钻磨管柱的作用力和井筒对水平井钻磨管柱的作用力。通过上述对各力的分析可以看出水平井钻磨管柱受力相当可观，特别是长水平段水平井，因此在计算水平井钻磨管柱下入摩阻时必须考虑各种作用力的影响。
二、通过“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件进行模拟仿真；
基于步骤（1）得出的水平井钻磨管柱的下入摩阻计算模型；利用插值算法和迭代算法编制“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件；“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件的著作权受理号为2019R11S0139560；利用“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件的模拟仿真步骤如下：
a、进入“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件；点击主界面上的“导入井眼轨迹”按钮用Excel表导入水平井井眼的轨迹数据，然后点击“绘制井眼轨迹”按钮生成对应的“井深”，“井斜角”，“方位角”并绘制出井眼轨迹图，并在主界面右侧表格栏中显示出导入的水平井井眼的轨迹数据，使用经过插值处理后的测斜数据参与下面步骤的摩阻计算；
b、点击主菜单上的“基本参数”按钮，弹出“基本参数设置”界面，可对“综合参数设置”，“温度参数设置”，“压力参数设置”进行设置，依次将井筒内外径，重量较小油管和重量较大油管的内外径、油管密度，钻磨液比热、钻磨液排量、钻磨液密度、钻磨液温度、井口温度、油井温度梯度、井口压力、钻磨泵压参数等载入到“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件中，确认无误后点击“确定”按钮，返回主界面，这样就完成了水平井钻磨管柱的基本施工参数设置；
c、此时“基本参数”按钮变灰，不能再对水平井钻磨管柱的基本施工参数设置进行设置，然后点击主菜单上的“工具串设计”按钮，进入“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件“工具串设计”界面，在左侧工具栏中根据钻磨作业的需求进行钻磨作业工具串组合，按照水平井钻磨管柱下入顺序选择钻磨作业工具并设置其下入深度，依次点击“添加”按钮，在上方工具串表格中显示其参数；在右侧“油管组合”中可对水平井钻磨管柱的重量较小油管和重量较大油管的下入深度进行设置；设置完成后，确认无误后点击“确定”按钮，返回主界面，这样就完成了水平井钻磨管柱的组合设计为下步做准备；
d、点击主菜单上的“通过性分析”按钮，弹出“通过性分析”界面点击“下入能力计算”按钮，在“通过性分析”界面左侧图表中计算出水平井钻磨管柱各微元段的曲率半径参数，得到最小曲率半径，右侧图表数据显示水平井钻磨管柱中的钻磨作业工具串组合，计算出单个钻磨作业工具串最大通过长度并进行判断水平井钻磨管柱能否通过；确认无误后点击“确定”按钮，返回主界面，
e、点击主菜单上的“强度校核”按钮，弹出“强度校核”界面点击“强度校核”按钮，在“强度校核”界面下侧表中计算出水平井钻磨管柱抗拉强度、抗内压强度、抗外压强度及三轴应力强度的应力，对比许用应力判断水平井钻磨管柱是否满足安全系数；接着进行下一阶段的水平井钻磨管柱下入摩阻计算；
f、基于钻磨作业，根据前面设计好的水平井钻磨管柱在“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件主界面中选择“钻磨管柱分析”按钮，进入“钻磨管柱分析”界面进行水平井钻磨管柱摩阻计算，得出整个水平井钻磨管柱的下入过程中摩阻；并在“钻磨管柱分析”界面右侧表格中得到其对应摩阻数值，并在左侧得到摩阻图线；点击“图像保存”按钮，可保存生成的曲线为jpg格式；完成所需仿真分析和图像保存后关闭分析窗口，返回主界面；
典型案例：
案例对象：某A井，井深3725m，垂深1960m的水平井。
首先进入“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件；点击主界面上的“导入井眼轨迹”按钮；用Excel表导入某A井，井深3725m，垂深1960m的水平井井眼轨迹数据，然后点击“绘制井眼轨迹”按钮生成对应的“井深”，“井斜角”，“方位角”并绘制出井眼轨迹图，并在主界面右侧表格栏中显示出导入的水平井井眼的轨迹数据（参见说明书附图1）。
接着点击“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件主菜单上的“基本参数”按钮，弹出“基本参数设置”界面，可对“综合参数设置”，“温度参数设置”，“压力参数设置”进行设置，依次将井筒内径124.3mm，井筒外径139.7mm，重量较小油管内径62mm，重量较小油管外径73.02mm，重量较大油管内径76mm，重量较大油管外径88.9mm，油管密度7850kg/m3，钻磨液比热4200J/（kg·℃），钻磨液排量30m3/h,钻磨液密度1000kg/m3，累计工作时间2h，钻磨液温度20℃，井口温度20℃，油井温度梯度3℃/100m，井口压力4MPa，钻磨泵压8MPa，螺杆功率40KW、螺杆额定扭矩1400N·m，累计工作时间2h等参数载入到“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件中，确认无误后点击“确定”按钮，返回主界面，这样就完成了水平井钻磨管柱的基本施工参数设置。
此时“基本参数”按钮变灰，不能再对水平井钻磨管柱的基本施工参数设置进行设置，然后点击主菜单上的“工具串设计”按钮，进入“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件“工具串设计”界面，在左侧工具栏中根据钻磨作业的需求进行钻磨作业工具串组合，按照水平井钻磨管柱下入顺序选择钻磨作业工具并设置其下入深度，钻磨作业工具串组合为：Ф118mm平底磨鞋×0.23m+接头×0.16m+水平井螺杆钻×3.72m+变径×0.19m+短节×1.5m+2-7/8油管×Ф62mm×1根+变径×0.19m+2-7/8油管×Ф62mm；依次点击“添加”按钮，在上方工具串表格中显示其参数；在右侧“油管组合”中可对水平井钻磨管柱的2-7/8油管和3-1/2油管的下入深度进行设置；设置完成后，确认无误后点击“确定”按钮，返回主界面，这样就完成了水平井钻磨管柱的组合设计；
点击主菜单上的“通过性分析”按钮，弹出“通过性分析”界面点击“下入能力计算”按钮，在“通过性分析”界面左侧图表中计算出水平井冲砂作业组合管柱各微元段的曲率半径参数，得到最小曲率半径为551.770856m，右侧图表数据显示水平井冲砂作业组合管柱中的冲砂作业工具串组合，计算出单个冲砂作业工具串最大通过长度，计算判断出水平井冲砂作业组合管柱能通过；确认无误后点击“确定”按钮，返回主界面，进行下一阶段的冲砂作业工况水平井冲砂作业组合管柱下入摩阻力/钩载计算；
点击主菜单上的“强度校核”按钮，弹出“强度校核”界面点击“强度校核”按钮，在“强度校核”界面下侧表中计算出水平井钻磨管柱抗拉强度116.37MPa、抗内压强度4MPa、抗外压强度8MPa及三轴应力强度26.0315MPa，对比许用应力，水平井钻磨管柱满足许用安全系数。接着进行下一阶段的水平井钻磨管柱下入摩阻计算；
基于钻磨作业，根据前面设计好的水平井钻磨管柱在“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件主界面中选择“钻磨管柱分析”按钮，进入“钻磨管柱分析”界面进行水平井钻磨管柱摩阻计算，得出整个水平井钻磨管柱的下入过程中摩阻（参见说明书附图2）；
根据上述的预测结果与实际工况下的工程结果对比，实际工程摩阻为20.4KN预测摩阻为23.7KN。预测结果与实际结果误差为16.18%；误差较小，验证了该方法的准确性。
该水平井钻磨管柱下入摩阻计算方法较为准确的模拟计算出水平井钻磨管柱下入过程中的摩阻，并定量分析了水平井钻磨管柱的井眼相容性和水平井钻磨管柱的强度校核；可为油田现场水平井安全、快速做好下入水平井钻磨管柱施工作业提供科学合理的意见和必要的技术支持。

Claims (1)

1.一种水平井钻磨管柱下入摩阻计算方法，其特征在于：所述的该水平井钻磨管柱下入摩阻计算方法包含如下步骤：
一、水平井钻磨管柱的下入摩阻计算模型的建立；
根据井眼轨迹，选取井底到井口整个部分为研究对象，将水平井钻磨管柱沿井眼轴向方向划分为垂直段、造斜段、水平段及作业段；把两个井眼轨迹测点之间的部分看作是一个连续单元，则整个水平井钻磨管柱可以离散成若干个微元段；
（1）、水平井井眼轨迹拟合：
水平井钻磨管柱在下入过程中摩阻的计算需要利用到现场的井眼轨迹数据，所以在对水平井钻磨管柱下入过程中摩阻的计算之前需要对井眼轨迹进行拟合、插值计算；
假设：一口水平井井段
Figure 817278DEST_PATH_IMAGE001
上的一组测点：
测深
Figure 755147DEST_PATH_IMAGE002
井斜角
Figure 987545DEST_PATH_IMAGE003
方位角
Figure 228034DEST_PATH_IMAGE004
根据三次样条插值函数的定义，构造出三次样条井斜角函数
Figure 37727DEST_PATH_IMAGE005
；同时
Figure 389074DEST_PATH_IMAGE006
函数满足在井段
Figure 475979DEST_PATH_IMAGE007
是三次多项式；在节点给函数
Figure 501748DEST_PATH_IMAGE008
定值：
Figure 674104DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 688196DEST_PATH_IMAGE010
在
Figure 895186DEST_PATH_IMAGE011
上，
Figure 743057DEST_PATH_IMAGE012
连续；
其中根据三次样条函数的性质，推导出三次井斜样条函数
Figure 261763DEST_PATH_IMAGE013
和三次方位样条函数
Figure 220491DEST_PATH_IMAGE014
的表达式如下：
Figure 16409DEST_PATH_IMAGE015
Figure 894235DEST_PATH_IMAGE016
式中：
Figure 41183DEST_PATH_IMAGE017
n-水平井井眼轨迹测点数；
Figure 538023DEST_PATH_IMAGE018
水平井井眼轨迹插值点处的井深，m；
Figure 80125DEST_PATH_IMAGE019
水平井井眼轨迹相邻两测点的井深，m；
Figure 4219DEST_PATH_IMAGE020
水平井井眼轨迹相邻两测点的距离，
Figure 638463DEST_PATH_IMAGE021
Figure 798048DEST_PATH_IMAGE022
水平井井眼轨迹相邻两测点的井斜角，
Figure 834138DEST_PATH_IMAGE023
Figure 929133DEST_PATH_IMAGE024
水平井井眼轨迹相邻两测点的方位角，
Figure 909727DEST_PATH_IMAGE025
Figure 13949DEST_PATH_IMAGE026
（2）、钻磨液摩阻：
当井筒壁和钻磨管柱壁对钻磨液有摩阻时，井筒壁和管柱壁也受相同的摩阻只是方向是相反的；其中钻磨液在钻磨管柱内和钻磨管柱外壁与井筒之间的环空循环的时候，钻磨液对管柱内外壁都存在摩阻，这种摩阻叫钻磨液摩阻；
a、水平井钻磨管柱内壁钻磨液摩阻：
Figure 638966DEST_PATH_IMAGE027
式中：
Figure 170441DEST_PATH_IMAGE028
水平井钻磨管柱内壁摩阻，N；
Figure 638331DEST_PATH_IMAGE029
流体摩阻系数；
Figure 546245DEST_PATH_IMAGE030
钻磨液密度，kg/m3；
Figure 25768DEST_PATH_IMAGE031
水平井钻磨管柱内钻磨液流速，m/s；
Figure 354243DEST_PATH_IMAGE032
水平井钻磨管柱内径，m；
Figure 184796DEST_PATH_IMAGE033
水平井钻磨管柱段长度，m；
b、水平井钻磨管柱外壁流体摩阻：
Figure 630821DEST_PATH_IMAGE034
式中：
Figure 89484DEST_PATH_IMAGE035
水平井钻磨管柱外壁摩阻，N；
Figure 962762DEST_PATH_IMAGE036
水平井钻磨管柱外壁与井筒之间的环空钻磨液流速，m/s；
Figure 874086DEST_PATH_IMAGE037
水平井钻磨管柱外径，m；
c、钻压反作力：
水平井钻磨管柱在对井内桥塞进行削磨时，水平井钻磨管柱受一个反作用力Frv：
Figure 858222DEST_PATH_IMAGE038
式中：
Figure 312338DEST_PATH_IMAGE039
钻磨液反作用力，N；
Figure 481151DEST_PATH_IMAGE040
钻磨液密度，kg/m3；
Figure 286296DEST_PATH_IMAGE041
钻磨液排量，m3/s；
Figure 808544DEST_PATH_IMAGE042
水平井钻磨管柱中钻磨工具的水眼直径，m；
d、钻磨液粘滞摩阻：
在实际钻磨作业中，井筒内存在钻磨液，当水平井钻磨管柱下入时钻磨液会对水平井钻磨管柱产生钻磨液粘滞摩阻：
Figure 8843DEST_PATH_IMAGE043
式中：
Figure 223924DEST_PATH_IMAGE044
水平井钻磨管柱所受到的粘滞摩阻，N；
Figure 250786DEST_PATH_IMAGE045
水平井钻磨管柱外径，m；
Figure 842304DEST_PATH_IMAGE046
水平井钻磨管柱内径，m；
Figure 130066DEST_PATH_IMAGE047
井眼直径，m；
Figure 516048DEST_PATH_IMAGE048
井深，m；
Figure 295785DEST_PATH_IMAGE049
钻磨液动切力，Pa；
Figure 550049DEST_PATH_IMAGE050
钻磨液粘度，Pa﹒s；
Figure 833263DEST_PATH_IMAGE051
钻磨液表观粘度，Pa﹒s；
Figure 390146DEST_PATH_IMAGE052
重力加速度，N/kg；
f、钻磨液压力
在水平井钻磨管柱对井内桥塞磨削时，水平井钻磨管柱内壁会受到高压钻磨液径向压力Pa、水平井钻磨管柱内钻磨液柱压力和水平井钻磨管柱外钻磨液柱压力Ph，这些压力会在水平井钻磨管柱纵向横截面法向上产生应力
Figure 516234DEST_PATH_IMAGE053
Figure 449555DEST_PATH_IMAGE054
式中：
Figure 587275DEST_PATH_IMAGE055
水平井钻磨管柱厚度，m；
（3）、垂直段摩阻：
在垂直井段井斜角变化较小，假设水平井钻磨管柱垂直下放与井壁假设无接触，取水平井钻磨管柱微元段进行受力分析：
Figure 580639DEST_PATH_IMAGE056
式中：
Figure 429909DEST_PATH_IMAGE057
分别为水平井钻磨管柱微元段上下面所受的轴向力，N；
Figure 901341DEST_PATH_IMAGE058
为水平井钻磨管柱微元段在冲砂液中的浮线重，N/m；
Figure 159147DEST_PATH_IMAGE059
为水平井钻磨管柱微元段长度，m；
（4）、造斜段和水平段摩阻：
在造斜井段和水平井段，水平井钻磨管柱在和井筒接触时因为水平井钻磨管柱重力而产生摩阻；在水平井钻磨管柱下入对井内桥塞进行磨削时，水平井钻磨管柱受力主要有自重、大钩拉力、浮力、井筒对水平井钻磨管柱摩阻；由于水平井钻磨管柱半径远远小于井眼曲率半径，则在计算时可以忽略水平井钻磨管柱半径的影响；将摩阻分解为x轴方向和y轴方向的两个分力则：
x轴方向摩阻:
Figure 448046DEST_PATH_IMAGE060
y轴方向摩阻:
Figure 158513DEST_PATH_IMAGE061
式中：
Figure 168057DEST_PATH_IMAGE062
为水平井钻磨管柱与井筒的摩阻系数；
Figure 670583DEST_PATH_IMAGE063
为水平井钻磨管柱微元段在钻磨液中的浮线重，N/m；
Figure 740170DEST_PATH_IMAGE064
井眼曲率半径，m；
Figure 203512DEST_PATH_IMAGE065
井斜角，rad；
（5）、作业段摩阻：
在水平井钻磨管柱进行旋转磨削井内桥塞时，如用螺杆马达，水平井钻磨管柱螺杆马达前端管柱会受到切向摩阻；当水平井钻磨管柱与井筒的切向摩阻系数为
Figure 875802DEST_PATH_IMAGE066
可得：
Figure 108200DEST_PATH_IMAGE067
式中：
Figure 348689DEST_PATH_IMAGE068
水平井钻磨管柱切向线速度，m/s；
Figure 299327DEST_PATH_IMAGE069
水平井钻磨管柱轴向线速度，m/s；
当井斜角为
Figure 276773DEST_PATH_IMAGE070
时，切向摩阻扭矩为：
Figure 363678DEST_PATH_IMAGE071
式中：
Figure 40647DEST_PATH_IMAGE072
切向摩阻扭矩，N•m；
Figure 337636DEST_PATH_IMAGE073
水平井钻磨管柱接箍直径，m；
在井斜角为
Figure 227094DEST_PATH_IMAGE074
处水平井钻磨管柱扭矩为：
Figure 434085DEST_PATH_IMAGE075
其中，
Figure 141010DEST_PATH_IMAGE076
螺杆马达，N•m；
Figure 800661DEST_PATH_IMAGE077
发动机输出功率，kW；
Figure 759390DEST_PATH_IMAGE078
螺杆马达效率；
Figure 820887DEST_PATH_IMAGE079
螺杆马达转速，r/min；
（6）、临界屈曲载荷公式：
a、垂直段临界屈曲载荷计算：
Figure 698713DEST_PATH_IMAGE080
Figure 845661DEST_PATH_IMAGE081
水平井钻磨管柱正弦屈曲载荷，N；
Figure 342501DEST_PATH_IMAGE082
水平井钻磨管柱螺旋屈曲载荷，N；
Figure 619024DEST_PATH_IMAGE083
水平井钻磨管柱弹性模量，MPa；
Figure 808697DEST_PATH_IMAGE084
水平井钻磨管柱截面惯性矩，mm4；
We-水平井钻磨管柱浮线重，N/mm；
b、造斜段临界屈曲载荷计算：
Figure 442940DEST_PATH_IMAGE085
Figure 868105DEST_PATH_IMAGE086
井斜角，rad；
Figure 638615DEST_PATH_IMAGE087
水平井钻磨管柱与井筒之间的环空半径，mm；
Figure 999189DEST_PATH_IMAGE088
造斜段井筒的曲率半径，mm；
c、水平段临界屈曲载荷计算：
Figure 979784DEST_PATH_IMAGE089
Figure 818427DEST_PATH_IMAGE090
水平井钻磨管柱正弦屈曲临界长度，mm；
Figure 709022DEST_PATH_IMAGE091
水平井钻磨管柱螺弦屈曲临界长度，mm；
二、通过“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件进行模拟仿真；
基于步骤一得出的水平井钻磨管柱的下入摩阻计算模型；利用插值算法和迭代算法编制“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件；“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件的著作权受理号为2019R11S0139560；利用“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件的模拟仿真步骤如下：
a、进入“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件；点击主界面上的“导入井眼轨迹”按钮用Excel表导入水平井井眼的轨迹数据，然后点击“绘制井眼轨迹”按钮生成对应的“井深”，“井斜角”，“方位角”并绘制出井眼轨迹图，并在主界面右侧表格栏中显示出导入的水平井井眼的轨迹数据；
b、点击主菜单上的“基本参数”按钮，弹出“基本参数设置”界面，可对“综合参数设置”，“温度参数设置”，“压力参数设置”进行设置，依次将井筒内外径，重量较小油管和重量较大油管的内外径、油管密度，钻磨液比热、钻磨液排量、钻磨液密度、钻磨液温度、井口温度、油井温度梯度、井口压力、钻磨泵压参数等载入到“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件中，确认无误后点击“确定”按钮，返回主界面，这样就完成了水平井钻磨管柱的基本施工参数设置；
c、此时“基本参数”按钮变灰，不能再对水平井钻磨管柱的基本施工参数设置进行设置，然后点击主菜单上的“工具串设计”按钮，进入“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件“工具串设计”界面，在左侧工具栏中根据钻磨作业的需求进行钻磨作业工具串组合，按照水平井钻磨管柱下入顺序选择钻磨作业工具并设置其下入深度，依次点击“添加”按钮，在上方工具串表格中显示其参数；在右侧“油管组合”中可对水平井钻磨管柱的重量较小油管和重量较大油管的下入深度进行设置；设置完成后，确认无误后点击“确定”按钮，返回主界面，这样就完成了水平井钻磨管柱的组合设计；
d、点击主菜单上的“通过性分析”按钮，弹出“通过性分析”界面点击“下入能力计算”按钮，在“通过性分析”界面左侧图表中计算出水平井钻磨管柱各微元段的曲率半径参数，得到最小曲率半径，右侧图表数据显示水平井钻磨管柱中的钻磨作业工具串组合，计算出单个钻磨作业工具串最大通过长度并进行判断水平井钻磨管柱能否通过；确认无误后点击“确定”按钮，返回主界面；
e、点击主菜单上的“强度校核”按钮，弹出“强度校核”界面点击“强度校核”按钮，在“强度校核”界面下侧表中计算出水平井钻磨管柱抗拉强度、抗内压强度、抗外压强度及三轴应力强度的应力，对比许用应力判断水平井钻磨管柱是否满足安全系数；接着进行下一阶段的水平井钻磨管柱下入摩阻计算；
f、基于钻磨作业，根据前面设计好的水平井钻磨管柱在“水平井钻磨管柱载荷计算与动态仿真系统”软件主界面中选择“钻磨管柱分析”按钮，进入“钻磨管柱分析”界面进行水平井钻磨管柱摩阻计算，得出整个水平井钻磨管柱的下入过程中摩阻；并在“钻磨管柱分析”界面右侧表格中得到其对应摩阻数值，并在左侧得到摩阻图线；点击“图像保存”按钮，可保存生成的曲线为jpg格式；完成所需仿真分析和图像保存后关闭分析窗口，返回主界面。
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