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Wellplan 中文使用教程

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Wellplan 中文使用教程 中文 使用 教程
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WELLPLAN® for Windows™ 扭矩 /摩阻分析软件 Landmark Graphics Corporation Drilling & Well Services TORQUE & DRAG ANALYSIS WELLPLAN® for Windows™  摩阻 /扭矩 Torque/Drag  水力计算 Hydraulics  底部钻具组合分析 Bottom Hole Assembly  固井计算 OptiCem  临界转速分析 Critical Speed Analysis  波动压力分析 Surge  卡钻计算 Stuck pipe  井控计算 Well Control Torque Drag Analysis 分析计算作业管柱 (钻柱、套管和尾 管 )在上提、下放、旋转 (ON/OFF)、 滑动 钻进、倒划眼时所受的扭矩和摩阻大小, 可计算设计中的最小扭矩 /摩阻值,能够减 少钻具失效事故的发生。 钻柱模型  软钻柱 (Dawson’s cable)模型 无弯曲强度 钻具中心与井眼中心重合  刚性钻具模型 考虑了管柱的刚性 假设钻柱与井眼非常数接触 可计算钻具在井眼中位置 刚性钻柱模型应用范围 评估狗腿度不超过 15°/100ft井眼中的刚性管 柱 分析长直井段井眼 分析下入刚性套管 采用位置分析图 (Position Plot)时观察弯曲大小 分析钻具中外加后扶正器或者降低摩阻设备 几个基本概念  三轴应力分析法  摩擦力  摩擦系数  中和点  压力面积法  浮力系数法  弹性变形  塑性变形  临界弯曲力 三轴应力分析法 (一 ) 三轴应力基于 Hencky-von Mises 的理论“ strain energy of distortion ” , 不同于主应力。 三轴应力通常叫做当量米塞斯应力 (合力 )(von Mises equivalient VME) “ Triaxial Stress” is not a true stress. It is a theoretical value which allows a generalised three- dimensional stress state to be compared with a uniaxial failure citerion (the yield strength). 三轴应力分析法 (二 ) 静液柱压力和动载产生的 单轴应力 井眼 曲率相对应的 弯曲应力 钻柱 弯曲产生的 弯曲应力 扭转产生的 扭曲力 接触产生的 横向剪切力 内外压力产生的 周向应力 内外压力产生的 径向应力 可计算沿外径、内径分布的 全部应力 使用高钢级的钻杆,可使用 外径小 的钻杆 对比 合力与钻柱的 API名誉屈服强度 Torque Drag Analysis Force Equilibrium 正压力 重力 摩擦力 = 正压力 x 摩擦系数 摩擦力及其方向 下放 - 向上 上提 - 向下 旋转 - 切向 摩擦力与运动方向相反 运动摩擦力和滑动摩擦力 Trip In Rotate Off Bottom Trip Out Rotate On Bottom Sliding Assembly 摩擦力及其方向 摩阻系数 泥 浆类 型 摩阻系 数 套管 裸眼 空 气 0. 35 - 0. 55 0. 40 - 0. 60 泡沫 0. 30 - 0. 40 0. 35 - 0. 55 磺化木 质 素 0. 20 - 0. 25 0. 20 - 0. 30 聚合物 0. 15 - 0. 22 0. 20 - 0. 30 油基 0. 10 - 0. 20 0. 15 - 0. 20 井眼 /套管和钻柱间摩擦力相对大小的一个系数 “ 中和点”的概念 轴向应力线与静液柱压力线的交点称为“ 中和点” ,此点的静液柱压力等于管柱中的压缩应力 浮力系数法 司钻法 中和点以下钻柱受压易弯曲,中和点以上钻柱受拉力 通常, 中和点并不在 轴向应力零点处 空井时,中和点的位置与“ 轴向应力零点 ”相重合 压力面积法 在轴向拉力 (也称作轴向应力 ) 零点处 “ 真正的中和点处 ” 浮力系数法 泥浆浮力是沿整个钻柱均匀分布的 根据阿基米德定律 (Archimedes): 中和点的位置:钻压除以钻柱单位长度的浮重 中式: N-中和点距离,米; P-钻压,牛; qs-单位长度钻柱在空气中的重量,牛 /米 qf-单位长度钻柱所排开的液体重量,牛 /米 物理解释 : 钻压 = 中和点以下钻柱重量 - 排开的液体 重量 提离井底,中和点在钻头处 N= P/( qs-qf )米 压力面积法 WT FPT FPB Length 钻柱拉力: T+T 钻柱压力: T T = WT+FPB-FPT FPB=A*PB FPT=A*PT PB=断面底部所受的力 =TVD*MW PT=断面顶部所受的力 =( TVD-L) *MW WT=钻柱单位重量 = A*L*DT A=横截面积 L=单元长度 MW=泥浆比重 DT=材料密度  浮力系数法:钻柱有效轴向力 ( 有效轴向力 : 对钻柱的变形 (歪形 )和强度破坏起作用的轴向力 )  压力面积法:钻柱真实轴向力 (真实轴向力 :与所有作用于管柱上外力在轴向分量上相平衡的轴向力 ) ———————————————————— 韩志勇“ 倾斜钻柱轴向力计算及强度校核” , 1995年增刊,第 23卷 浮力系数法和压力面积法 区别 浮力系数法和压力面积法 应用范围 浮力系数法:开始弯曲时 压力面积法:其余所有的分析计算 弹性弯曲 - 可恢复的 /可逆转的 - 不会永久的变形 (可疲劳恢复 ) - 钻具 “ 回弹 ” 到它的原始状态 塑性弯曲 (塑性变形 ) - 钻具将永久变形 - 不可恢复 弹性弯曲和塑性弯曲 临界弯曲力  弹性弯曲形成临界弯曲力  有两种方法计算临界弯曲力 : –Lubinski method (螺旋弯曲钻柱 ) –Palsy-Bogey method (正旋弯曲钻柱 ) 正旋弯曲 - 类似蛇一样或者侧向弯曲 - 通常形成在开始弯曲时 - 发生在斜井段 螺旋弯曲 - 严重受压时在直井段或造斜点以上或正旋弯曲后期 - 弯曲力能够迅速导致钻柱被锁 正旋弯曲和螺旋弯曲 Principle of TDA algorithm WOB & Bit Torque Contact force String torque Axial force Axial force Drag Gravity Divide string into segments Measured Weight & Rotary Torque 钻柱受力分析 W F P H T N B 作用在管柱上的矢量 : P=井底的轴向应力矢量 H=井底的轴向液柱压力 W=重力矢量 B=液柱正压力矢量 T=轴向摩擦力矢量 N=侧向力矢量 F=地面的轴向应力矢量 钻柱的轴向拉力 钻柱在泥浆中空悬 : 浮力系数法:钻柱在液体中的重量等于钻柱在 空气中的重量乘以浮力减轻系数,这种计算方 法称为浮力系数法 压力面积法: 浮力等于液柱静压力与面积乘积之和 _____________________________________ 刘希圣主编“ 钻井工艺原理” (上册 ) 影响拉力载荷的因素 • 摩擦力 • 稳定器 • 键槽 • 膨胀地层 • 岩屑床 • 井眼的弯曲 模型中摩擦系数或测斜发生变化 钻具扭矩 钻具旋转与井壁接触造成扭矩损失 扭矩与钻柱的最大直径有关 DP & HWDP Tool Joint OD Drill Collar Body OD Stabilizers Blade OD M = µ x Fn x r 钻头扭矩 钻头扭矩是由钻头切削地层引起的 不能直接预测钻头扭矩 钻头扭矩值必须用间接方法计算 钻头扭矩+钻柱空转所需扭矩 =任一点钻具的总扭矩 钻头扭矩推荐值 8-1/2” 12-1/4” 钻头类型 铣齿钻头 PDC 铣齿钻头 PDC 平均扭矩 (Ft-Lbs) 1500 2950 2950 5200 最大扭矩 (Ft-Lbs) 1500 4400 4400 7400 管柱伸长量计算 钻具的伸长总量取决于 : - 轴向载荷的伸长 - 弯曲的伸长 - 膨胀的伸长  常规分析  校正摩擦系数  拉力图分析  上 /下分析 (Top Down Analysis) 扭矩 /摩阻分析内容 常规分析 Normal Analysis  钻柱(钻头)在某一个位置  钻柱的受力分析(转盘面以下)  输入钻头负荷,计算地面负荷  软钻具模型或者刚性钻具模型分析 校正摩擦系数分析 Calibrate Friction Analysis 基于现场所采集的数据 使用实测钻压、悬重 最好的确定摩擦系数法 拉力图分析 Drag Chart Analysis  计算不同井深的地面载荷  防止钻具弯曲变形和 /或超负荷 拉力 上 /下分析 Top Down Analysis  钻柱(钻头)在同一井深  分析转盘面以下钻柱的受力情况  输入地面数据,计算钻头受力或反之进行  软钻具或刚性钻具模型分析  分析柔性油管的下入力( injector forces)  分析卡钻情况 扭矩 /摩阻分析软件的功能特点  采用公认的软钻柱模型 (Dawson柔索模型 )  确定不同条件下的摩阻系数  可计算管柱旋转时的扭矩和弯屈力  考虑了随环空和钻柱变化的流体梯度  实现三轴应力分析  计算伸长量、中和点和钻具的扭曲  可绘制摩阻曲线  根据实测数据校验摩阻系数 扭矩 /摩阻分析软件优点 可以确定钻井的可行性 、 管柱的可下入性“ 通过对接触应力 (套管磨损 )的分析,优选井眼轨迹 通过对扭矩载荷 (上扣扭矩 )的分析 , 选择合适的管材 做敏感性分析 可指导下管柱作业 模拟固井作业期间尾管 /套管的旋转 模拟实际作业, 预 防井下事故的发生 ? ? ? Spare Slides 附 Torque Drag Analysis 0 100 200 300 400 500 600 700 800 LEGEND Trip Out Actual Trip Out Rotate On Bottom Min. Weight Plastic Min Weight Buckle Max Meas Weight Hookload at Surface 6000 4000 2000 0 Dept h [f t] Measured Weight [kip] Actual load data can also be displayed Torque Drag Analysis 100 150 200 250 300 350 12000 10000 8000 6000 4000 LEGEND Trip In Actual Trip In Trip Out Actual Trip Out Rotate On Bottom Min Weight Buckle Max Meas Weight Hookload at Surface Measured Weight [kip] Torque Drag Analysis 弹性弯曲范围 弹性弯曲和塑性弯曲的范围 region between onset of elastic buckling and onset of plastic buckling 在这个范围,钻柱将面临正旋和 /或螺旋弯曲 Torque Drag Analysis Model 几点假设 • 假设钻头处条件 (力 )是已知的 • 假设地面处条件 (力 )是 未知的 • 可忽略钻柱的刚度弯曲 (由于采用绳索模型 ) • 摩阻只发生在一个方向上
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