第十三章 尾管固井扭矩/摩阻模型
尾管固井的扭矩/摩阻模型，该模型被莫尔工程公司开发。这个模块作为DEA-44联合行业项目“开发和评估水平井技术”的一部分。该应用程序是用于侧钻、斜井、水平井和大位移井的设计和监测操作，也可以计算尾管固井中钻柱扭矩和轴向载荷的首屈一指的工程软件。这个程序在尾管固井时用来计算管柱扭矩和拉伸/压缩载荷。在固井期间，水泥浆在尾管中并且还没有流出套管鞋时，管柱上会发生过度的扭矩载荷。增加了一个向下推的载荷，是因为水泥浆比钻井液或者是套管外部的前置冲洗液重。在这种情况下会损坏转盘或者往复运动的尾管悬挂器，也可能会阻碍转换或者尾管的往复运动。扭矩和拉伸载荷可以通过尾管固井的扭矩/阻力模块来设定，以此来阻止上述情况的发生。
这个程序是非常有用的：
1、设计尾管管柱。
2、预防尾管连接失败。
3、监测尾管的扭矩和拉伸载荷。
为水平井设计连接方式。
13.1输入页面
13.1.1项目输入页面
尾管固井扭矩/摩阻模型的项目输入页面与典型的DrillNET项目输入页面非常类似。
13.1.2轨迹数据页面
尾管固井扭矩/摩阻模型的轨迹数据输入页面与典型的DrillNET项目的轨迹数据页面非常类似。
13.1.3管柱数据页面
尾管固井扭矩/摩阻模型的管柱输入页面与典型的DrillNET管柱数据页面非常类似。
13.1.4井身数据页面
尾管固井扭矩/摩阻模型的井身数据页面与典型的DrillNET井身数据页面非常类似。
1)操作模式。选着一个主要的操作模式，他主要描述管柱在固井操作时的移动方式。
2)弯曲刚度。勾选“包括弯曲刚度”选项来考虑管柱的弯曲刚度对井眼轨迹曲线部分的弯曲管柱的影响。传统的软绳扭矩和摩阻模型假设了管柱上的载荷仅仅由重力的影响所导致，而管柱的摩擦阻力是由管柱与定向井井眼的井壁相接触导致的。如果您没有勾选这一项，那么程序会使用软绳模型(如：管柱的刚度不会影响计算)。对于短半径的定向井眼，钻具有高的抗弯曲刚度，井眼和管柱之间的额外法向应力是非常大的，那么他的弯曲刚度影响是不能被忽视的。为了能说明管柱的刚度，勾选这项来包括应力弯曲刚度的影响。
注意：“影响”的意思是“效应”。
3)注水泥浆的摩擦系数。水泥浆不同于其他的钻井液，他具有密度高、粘度高的特点，并且他包含相当多的固体悬浮物质。当水泥浆通过套管鞋和整个环空时将会产生额外的扭矩和摩阻。一个高摩擦系数被运用到这个模型中，将会影响在管柱和井眼之间的水泥浆产生的摩擦力的计算。输入的值要比正常值要大，来模拟这种影响。
4)尾管运动。固井时管柱的轴向和旋转速度会影响到大钩载荷。为上下运动速度输入一个值(相对于井筒轴向往复运动)，转速表示转盘转速。
5)感兴趣点。“感兴趣点”包含三部分：感兴趣的流体、注入百分比和感兴趣点的管柱部分。
感兴趣的流体是泵送的流体之一。
注入百分比(%)是泵送流体量占总流体量的百分比。
感兴趣点的管柱部分允许选择其中一个不同的井段部分。
6)流体。在完整的操作工程中被泵送的流体。输入流体的类型、密度和体积、泵速、说明和最终从下拉列表框中选择流体的颜色，对应颜色的流体被用于动态模拟固井过程的操作演示中。
7)扶正器。为了实现一个良好的固井作业流程，得到好的套管与井壁之间固井胶结质量，使用套管扶正器来举升套管，使套管在井眼内有良好的居中度。在这一部分，用户可以输入套管扶正器的信息。
如果扶正器类型是弹性扶正器，那么他的起始力就应该填写，在井眼中他是作为克服井眼和扶正器之间的静摩擦力并开始移动扶正器的起始力。
如果扶正器的类型是刚性扶正器，他的外径可以被输入到数据表中的刚性扶正器外径列中。这些信息可以由扶正器的制造商提供。
13.2输出
尾管固井扭矩/摩阻模型的输出包括下面两个结果标签：
小结---显示输入的参数。
图形/表格---典型的DrillNET的多功能输出界面，允许显示多个或者单根图形，并且显示数据表单。
当“往复运动和旋转”的操作模式被选择后，输出参数包括：
图形输出：
1、钻柱承受的载荷(往复运动和旋转)。这幅图形显示了大钩载荷的曲线图(起钻和下钻)，正如固井期间尾管的往复运动和旋转，或者是钻井液和水泥浆正在泵入尾管与环空时尾管的运动一样。
2、扭矩(往复运动和旋转)。为固井操作中比较管柱每一部分受到的扭矩。
3、在上部分管柱的顶部的扭矩。这副动态类型的图形为整个泵送操作过程中起钻和下钻中，尾管顶部的扭矩显示出历史记录曲线。
4、钻具和上部分管柱顶部承受的载荷。这幅动态类型的图形显示了完整泵送流体过程中的尾管顶部的起钻和下钻载荷的历史记录曲线。
管柱输出
1、钻具承受的载荷随测深变化表。图1和图2的数据以表格的显示呈现。
2、管柱的最大载荷和扭矩
管柱上的最大载荷在泵送流体的过程中，在特定的管柱部分上的最大轴向载荷。
管柱上的最大扭矩是在泵送流体的过程中，在特定的管柱部分上的最大扭矩。
3、管柱的载荷和扭矩与泵送时间的关系。图3和图4显示的数据列于表格中。
如果在作业标签中的操作模式设置的是只有往复运动或者只有旋转。
显示图形的输出的相关项目会做出对应的改变。
13.2.1敏感性分析窗口
敏感性分析窗口是一个次级输出窗口，他用来分析当只有个别参数变化而其他参数保持常量下的相关影响。这种分析类型是非常有用的，他为一个指定的操作指出哪个参数是非常关键、重要的，因此，必须仔细的监视这些参数，以获得更多精准的测量结果，保证计划的现场操作的成功。相反，可以发现其他参数没有什么影响作用，不需要严格的优化处理。点击
图标来访问这个窗口。
1)扭矩/摩阻敏感度输出表单和图形。敏感度结果用两张图来总结。他们显示出了每一步的结果。为了执行敏感性分析，所考虑的参数在他们的范围内以10%的增量变化，并且每一步执行一次计算。每一步的计算结果被保存在输出表单中的11行中。
编辑敏感度图形
编辑菜单可以很容易的在任意图形上面通过右击鼠标来访问。除了单独打开含有一副图形的窗口，您可以输出一副图形连通其数据到Excel文件中，为将来分析时使用。
2)图形类型。动态或者最大
选择图形类型的选项：(1)最大表示最大载荷随着管柱在特定时间和条件下的测量深度图形。(2)动态表示地面的钩载历史数据随着BHA在完成起钻/下钻操作时的测量深度的变化图形。
3)作业模式。从仅往复运动、仅旋转和往复运动和旋转之中三选一。
4)敏感参数。选着一个您想变化的参数而其他参数保持常量不变。为选定的参数输入最大和最小的值的变化范围。其他参数保持常量不变，这些参数分配给默认的值，相对应的当前主要的输入页面也分配相同的值。
为了分析敏感度，考虑的这些参数在其范围内按一定增量变化，同时每一步都执行一次计算。
5)摩擦系数和调整重量提示。这些下拉列表框协助您回顾摩擦系数，并且调整重量数据为钻具的个别部分。如果您在列出钻柱的任意部分点击鼠标，相对应的摩擦系数或者调整管柱重量数据将会从主要窗口复制到敏感度变量的输入表单中。
13.2.2动态模拟
动态模拟窗口是一个次级输出窗口，他用来浏览固井过程的模拟。通过点击工具条中的
图标来开始使用他。
在这里，您可以在操作的过程中，浏览尾管管串顶部的扭矩。这个窗口可以通过点击来访问。
1)动画参数表。时间值、泵送流体的量和扭矩都被显示在这张表中。动画演示的每一步他们都会自动更新。在第一列，您可以选择您在管柱页面定义的管柱的任意部分。对于已选定的管柱，窗口会显示出对应的载荷和扭矩。
2)动画井身结构示意图。这个示意图显示了泵送所有流体进入井眼的仿真过程。在套管与环空中以不同的颜色显示每一流体阶段。图例定义了当前分配的颜色，这些流体的颜色被显示在流体颜色框中。
3)动画控制按钮。【开始】按钮开始一个从第一个流体阶段输入到井筒中新的动画顺序。点击【暂停】来冻结当前步骤中的动画。点击【继续】以继续动画的播放。【停止】将会中断当前的动画。
4)动画图形。尾管顶部的载荷和扭矩都被显示在这幅图形中，并且随着动画的进展而更新。
5)动画中流体的颜色。对于井身示意图中的流体颜色和重量来说，这个表单是个图例。如果有需要，可以在操作输入项中改变流体颜色。
6)动画速度。动画的速度可以被设置到任何位置，从真实的速度(速度=1)到比真实速度快10倍(速度=10)。
13.2.3体积计算机工具
体积计算功能可以通过点击
图标来访问。在尾管固井的扭矩摩阻中体积计算功能可以被用来计算流体在套管内部的体积，或者在两个深度之间的环空体积。当前的井眼尺寸及套管的几何形状都被显示在示意图中。
这里有三种模式可以选择时间间隔与体积计算：
1、从下拉列表中选择主要的计算点。
2、输入深度值到MD文本框中(如果您离开下拉列表框时，这是允许的)。
3、直接在图形上点击点。点第一下是选择点1；点第二下是选择点2。
输入一个零的井深，来从表面开始这个区间。在您输或者修改这个文本框中的井深后，点击【计算】按钮。
在两个井深被选择之后，区间将会以颜色区域显示在示意图中。蓝色代表管柱的内部区域；；绿色代表环空部分。
计算的结果显示在右下角。这里显示出了两个井深的垂直深度、管柱内部流体的量和环空的体积。
《本章结束》