悬链线大位移井轨道优化设计

1、大位移井轨道优化设计大位移井轨道优化设计（悬链线曲线）（悬链线曲线）韩志勇韩志勇20032003年元月年元月2727日日悬链线轨道设计模型悬链线轨道设计模型韩志勇2003.02.03悬链线轨道设计模型悬链线轨道设计模型 目标点目标点t的垂深的垂深Dt和位移和位移St； 过渡段的造斜率过渡段的造斜率Kg或造斜半径或造斜半径Rg；过渡段的；过渡段的造斜角造斜角a ( 通常可选通常可选a =8100) ； 悬连线井段始点曲率悬连线井段始点曲率Ka； 限定稳斜角限定稳斜角b的范围：的范围： 限定垂直井段长度限定垂直井段长度Dk150m；ftgb11设计给定参数：设计给定参数：悬链线轨道设计模型悬链线轨

2、道设计模型悬链线轨道设计模型悬链线轨道设计模型babaXaaDsin1sin11sin11sin122lnabXtgtgaSbaXtgtgL11873385.1718sin12bbaK873385.1718sin12aaaK (/30m) (/30m) (1)(2)(3)(4)(5) 轨道设计计算公式轨道设计计算公式悬链线轨道设计模型悬链线轨道设计模型bagabtwRtgtgaSLsincos1 (22ln)baagbwtkaRLDDsin1sin1sincoswbaagktbLaRDDsin1sin1sincos(6)(7)(8) 轨道设计计算公式轨道设计计算公式悬链线轨道设计模型悬链线轨道

3、设计模型 根据给定的根据给定的a和和Ka ，可利用，可利用(1)式求得悬式求得悬链线常数链线常数a 。 两种设计思路：两种设计思路： 给定给定Dk ：则可根据：则可根据(6)(7)二式联立计算出二式联立计算出Lw 、b 和和Kb；给定给定b：则可求得：则可求得Kb，并根据，并根据(6)(8)式计算出式计算出Lw和和Dk；设计方法：设计方法：悬链线轨道设计模型悬链线轨道设计模型n分点计算：分点计算：(给定给定LM进行计算进行计算) aLtgtgMaM11MaMaDsin1sin122lnaMMtgtgaS873385.1718sin12MMaK(12)(11)(10)(9)起下钻工况的计算起下钻

4、工况的计算韩志勇2003.02.03起下钻工况的计算起下钻工况的计算tbbwwbTfqLT)sin(coswniiiwLLqq1n：起钻时取：起钻时取“+”；下钻时取；下钻时取“-”。nTt：拉力为正；压力为负。：拉力为正；压力为负。bwwwfqLFsin(13)(14)稳斜段有关计算稳斜段有关计算起下钻工况的计算起下钻工况的计算n悬链线段的计算悬链线段的计算起下钻工况的计算起下钻工况的计算n悬链线段的计算悬链线段的计算悬连线井段内钻柱接触状况的判别：悬连线井段内钻柱接触状况的判别：根据悬连线井段下端的轴向力根据悬连线井段下端的轴向力Tb和悬和悬链段内钻柱线重链段内钻柱线重qx、悬链线常数、悬

5、链线常数a，即可判断钻柱与井壁的接触状况：即可判断钻柱与井壁的接触状况：1.当当 时，钻柱与井壁时，钻柱与井壁下侧接触；下侧接触；2.当当 时，钻柱与井壁时，钻柱与井壁上侧接触；上侧接触；3.当当 时，钻柱完全悬时，钻柱完全悬空，不与井壁接触；空，不与井壁接触；接触状况不相同，计算公式就不同。接触状况不相同，计算公式就不同。aqTxbbsinaqTxbbsinaqTxbbsin起下钻工况的计算起下钻工况的计算n悬链线段的计算：悬链线段的计算：起钻起钻计算公式：计算公式：(15)(16)(sinsinabfbxbaxaeaqTaqT当钻柱与井壁下侧接触时，当钻柱与井壁下侧接触时，)(1sinab

6、fbbxxeTaqF起下钻工况的计算起下钻工况的计算n悬链线段的计算：悬链线段的计算：起钻起钻计算公式：计算公式：(17)(18)(sinsinabfbxbaxaeaqTaqT当钻柱与井壁上侧接触时，当钻柱与井壁上侧接触时，)(1sinabfbbxxeTaqF起下钻工况的计算起下钻工况的计算n悬链线段的计算：悬链线段的计算：下钻下钻计算公式：计算公式：(19)(20)(sinsinabfbxbaxaeaqTaqT当钻柱与井壁上侧接触时，当钻柱与井壁上侧接触时，)(1sinabfbbxxeTaqF起下钻工况的计算起下钻工况的计算n悬链线段的计算：悬链线段的计算：下钻下钻计算公式：计算公式：(21

7、)(22)(sinsinabfbxbaxaeaqTaqT当钻柱与井壁下侧接触时，当钻柱与井壁下侧接触时，)(1sinabfbbxxeTaqF起下钻工况的计算起下钻工况的计算n悬链线段的计算：悬链线段的计算：无论起钻还是下钻，当钻柱与井壁不接触时，全段摩阻力等无论起钻还是下钻，当钻柱与井壁不接触时，全段摩阻力等于零，都可用下面的计算公式：于零，都可用下面的计算公式：(23)(24)ixiaqTsin0 xFaxaaqTsin此时整个悬链线井段内，任意点处的轴向力，都可用下式此时整个悬链线井段内，任意点处的轴向力，都可用下式计算：计算：起下钻工况的计算起下钻工况的计算n悬链线段的公式汇总：悬链线段

8、的公式汇总：)(sinsinabfbxbaxaeaqTaqT)(1sinabfbbxxeTaqF起钻工况下起钻工况下f的正负号的正负号下钻工况下下钻工况下f的正负号的正负号+aqTxbbsinaqTxbbsinaqTxbbsinaqTxbbsin只要注意公式中只要注意公式中f的正负号。这一的正负号。这一套公式可以适用套公式可以适用各种情况。各种情况。(15)(16)起下钻工况的计算起下钻工况的计算n过渡段有关计算过渡段有关计算:n起钻和下钻过程中，钻柱与井起钻和下钻过程中，钻柱与井壁的接触，都由三种可能：壁的接触，都由三种可能： 与下井壁接触；与下井壁接触； 与上井壁接触；与上井壁接触； 下段

9、与下井壁接触，上段与上井下段与下井壁接触，上段与上井壁接触，中间又一个壁接触，中间又一个c点不接触；点不接触；n不同工况，不同接触状况，摩不同工况，不同接触状况，摩阻摩扭计算公式就不同。阻摩扭计算公式就不同。n一套巧妙的公式可以适应各种一套巧妙的公式可以适应各种工况和各种接触状况。只是要工况和各种接触状况。只是要特别注意正确选取特别注意正确选取f的正负号。的正负号。圆弧过渡井段圆弧过渡井段起钻工况起钻工况下钻工况下钻工况f 的正负号的正负号起下钻工况的计算起下钻工况的计算212fG式中：式中：sinsin11DGPQxc)(cafxeQ21ffD2211ffA212ffBggaaRqTt aa

10、aBAtPcossinn过渡段有关计算过渡段有关计算: (先计算先计算c)coscos()sinsin(akxkaxggQBQARqS)(kafxeQxaggaxQSRqTsinagxasRqTsin1. 由由二式计算出二式计算出S，代入，代入二二式，计算出式，计算出Tbs和和Tbx；2. 判别判别c计算公式：计算公式：当当 时，时，当当 时，时，axaTT kcasaTT ac当当 时，时， 应根据应根据二式联立求解。二式联立求解。asaaxTTTc起下钻工况的计算起下钻工况的计算式中：式中：2211ffA212ffBggkkRqtT )(kcfseQ)sin(sinkaggakgRqTTF

11、)cossin()cossin)1(kkccskBABAQt 的计算，见前页。的计算，见前页。cn过渡段有关计算过渡段有关计算: n再根据再根据c计算计算Fg和和Tk:(25)(26)起下钻工况的计算起下钻工况的计算n井口的井口的Fo和和To的计算：的计算：(27)(28)全井起下钻摩阻力计算公式：全井起下钻摩阻力计算公式：wXgoFFFF全井起下钻井口负荷计算公式：全井起下钻井口负荷计算公式：zkkoqDTT钻进工况的计算钻进工况的计算韩志勇2003.02.03钻进工况的计算钻进工况的计算tbwwbTqLTcoswniiiwLLqq1nTt：拉力为正；压力为负。：拉力为正；压力为负。bwwowfqLdMsin21(29)(30)稳斜段有关计算稳斜段有关计算钻进工况的计算钻进工况的计算n悬链线井段悬链线井段Ta和和Mx的计算：的计算：baxbaaqTTsin1sin1)(sin21abbxboxaqTfdM(32)(31)钻进工况的计算钻进工况的计算)(sin21singgaacRqT)sin)(2(21)coscoscos2(aggaakcakcogggRqTfdRqM)cos(cosakggakRqTTn过渡段有关计算过渡段有关计算:当 时，当 时，)sinsin2(akggaRqTaggaR