石油学报

作者：陈雨飞, 张辉, 李军, 吴彦先, 席传明, 张浩, 杨钰龙

单位：1. 中国石油大学(北京)石油工程学院 北京 102249;2. 中国石油集团工程技术研究院有限公司 北京 102206;3. 中国石油新疆油田公司 新疆克拉玛依 834002

关键词：长水平段水平井,岩屑床,摩擦阻力,摩擦扭矩,沉砂卡钻

基金：陈雨飞,男,1995年8月生,2024年获中国石油大学(北京)博士学位,现为中国石油集团工程技术研究院有限公司工程师,主要从事管柱力学、钻井流体力学方面研究。Email:chenyufeidri@cnpc.com.cn

摘要： 长水平段水平井作为开发非常规油气资源的重要技术手段越来越受到重视。长水平段中岩屑床堆积严重、分布范围广,极易发生沉砂卡钻事故。为了降低沉砂卡钻风险,亟需揭示岩屑床对钻柱阻力形成的机理,并准确量化岩屑床阻力,传统线接触阻力理论模型适用性有限,依赖经验式的摩阻系数不能满足精细化预测的需要。基于经典库伦摩擦理论,考虑钻柱与岩屑床之间的面接触关系,建立了岩屑床阻力预测新模型,并利用旋转钻柱摩扭装置开展了66组实验,对模型中分布力假设和预测精度进行了验证。实验和模型预测结果表明:面接触阻力理论能够解释岩屑床对钻柱运动产生阻力的原因,传统线接触阻力模型大大低估了岩屑床所产生的阻力;岩屑床摩擦力的变化随岩屑床堆积程度的不同可分为3个阶段,并非简单的线性或指数关系;随着岩屑床与钻柱摩擦系数增大,岩屑床摩擦力增大;当岩屑床顶面高于钻柱中心时,岩屑床密度才对摩擦力产生影响,岩屑床摩擦力随密度增加而增大;正压力的正弦分布假设更加符合实际情况。通过与实验结果对比,最终模型预测值的平均误差率为7.56 %,满足工程需要。

来源：2025年第11期

《石油学报》期刊编辑部

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