一种考虑岩屑床厚度的钻柱摩阻计算方法
技术特征：
1.一种考虑岩屑床厚度的钻柱摩阻计算方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种考虑岩屑床厚度的钻柱摩阻计算方法，其特征在于，所述步骤s1的全局坐标系o-ars描述井眼轨迹的变化，原点o位于井口处，a轴指向正北方向，r轴指向正东方向，s轴垂直向下指向井眼方向；井眼坐标系o1-xyz描述钻柱的运动，原点o1位于井眼中心，x轴指向井眼切线方向，y轴指向井眼轴线法线方向，z由右手定则确定；单元坐标系o-xyz描述钻柱的变形，原点o位于钻柱中心，x轴指向钻柱轴线的切线方向，y轴和z轴都位于钻柱截面内。
3.根据权利要求1所述的一种考虑岩屑床厚度的钻柱摩阻计算方法，其特征在于，所述步骤s1的井眼轨迹数据包括：井斜角、方位角以及测深；所述步骤s1的轨迹计算采用曲率半径法，具体包括：
4.根据权利要求1所述的一种考虑岩屑床厚度的钻柱摩阻计算方法，其特征在于，所述步骤s2构建的岩屑运移模型由岩屑颗粒重力、浮力、接触力(岩屑-岩屑、岩屑-钻杆、岩屑-岩壁)和相互作用力(拖曳力、剪切升力、旋转升力)决定，表示为：
5.根据权利要求1所述的一种考虑岩屑床厚度的钻柱摩阻计算方法，其特征在于，所述步骤s2中，钻柱与岩屑之间的摩擦系数拟合公式表示为：
6.根据权利要求1所述的一种考虑岩屑床厚度的钻柱摩阻计算方法，其特征在于，所述步骤s3的井口和井底边界条件表示为：
7.根据权利要求1所述的一种考虑岩屑床厚度的钻柱摩阻计算方法，其特征在于，所述步骤s4的动力学方程表示为：
8.根据权利要求7所述的一种考虑岩屑床厚度的钻柱摩阻计算方法，其特征在于，所述外力向量包括梁单元重力、不平衡力、钻柱与井壁的接触力以及钻柱受到的钻井液浮力，具体表示为：
9.根据权利要求1所述的一种考虑岩屑床厚度的钻柱摩阻计算方法，其特征在于，所述步骤s5的节点的横向位移表示为：
10.根据权利要求1所述的一种考虑岩屑床厚度的钻柱摩阻计算方法，其特征在于，计算步骤s7钻柱节点与岩屑的接触力，表示为：
技术总结
本发明公开了一种考虑岩屑床厚度的钻柱摩阻计算方法，涉及石油与天然气钻井工程领域。该方法首先根据实际井眼轨迹和钻具组合参数，将井眼中的钻柱空间离散为n个梁单元。考虑水力、泥浆、钻井等参数建立岩屑运移模型，计算岩屑床厚度及岩屑间接触力，拟合出钻柱与岩屑之间的摩擦系数。利用哈密顿原理建立钻柱系统动力学方程，结合井口、井底及考虑岩屑床的井壁边界条件，迭代计算得到满足精度的解，接着判断钻柱与井壁是否接触，计算接触时的节点摩阻值。依次计算钻柱系统各个节点直至结束。本发明考虑了岩屑床厚度对钻柱钻进时摩阻的影响，引入了多种接触模型，计算结果更接近工程实际。避免了卡钻风险，为现场钻井安全提供了理论支持。
技术研发人员：方潘,黄枭,肖东,徐扬扬,李皋,邓虎,唐贵,肖洪宇,刘亚川
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/26
技术研发人员：方潘,黄枭,肖东,徐扬扬,李皋,邓虎,唐贵,肖洪宇,刘亚川
技术所有人：西南石油大学
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