公式計算：9
[0100 ]對于漂浮接箍以下的套管柱：
[0101] 套管和管內(nèi)液體的總重量Wg為:Wg = Lqm+LAiPig;
[0102] 在鉆井液中所產(chǎn)生的浮力為Fb為:Fb = LgA〇pm;
[0103] 則套管柱在鉆井液中的重量為:WbrWg-FpLqm-LgUoPm-AiPihAi是套管柱內(nèi)徑的 截面積，A。是套管柱外徑的截面積。
[0104] 則套管柱每個微單元段在鉆井液中的重量為：
[0105]
[0106] 忽略空氣密度，則漂浮接箍以下的套管柱的每個微單元段的線密度根據(jù)以下公式 計算：
[0107]
[0108] 式中，qm為套管柱在空氣中的線重量，單位為N/m; pmS鉆井液的密度，單位為kg/ m3; ps為套管柱的材料密度，單位為kg/m3; Pi為漂浮段管內(nèi)液體密度，kg/m3; D，d分別為套管 柱的外徑與內(nèi)徑，單位為m。
[0109] 綜上可知，位于漂浮長度以上的套管柱灌入鉆井液，每個微單元段的線密度由以 下公式計算得到
：于漂浮長度以下的套管柱掏空，每個微單元段的線密度 由以下公式計算得到：
[0110]在上述計算大鉤載荷的過程中，當(dāng)下放套管柱時，套管底端的載荷為零，上端載荷 為大鉤懸重。即：井底Ft(0)=0,依次類推，即可計算出距鉆頭任意井深處的受力Ft，即套管 柱在某一深度的大鉤載荷。另外，根據(jù)公式h = μΚ，利用迭加計算方法，從套管柱底端開始 迭加計算到井口，則可以計算出整個套管柱所受的總摩擦阻力。
[0111] 5)選取最佳漂浮長度
[0112] 在實踐中，套管柱的漂浮長度不能太長也不能太短。如果漂浮長度太長，一方面會 因為浮力太大，使得套管柱下入到一定的深度后大鉤載荷降為零，造成套管柱下入困難;另 一方面，套管柱與井壁的正壓力得不到應(yīng)有的改善，反而會增大套管柱與井壁的正壓力，造 成套管柱與井壁的摩阻力增大，不利于套管柱的下入。如果套管柱的漂浮長度太短，則不能 起到應(yīng)有的漂浮效果，不利于作業(yè)。因此，選取最佳的套管漂浮段長度是非常重要的。需要 同時滿足以下兩個準(zhǔn)則：
[0113] 第一準(zhǔn)則:Ft+F游2 〇;其中，F(xiàn)t是大鉤載荷，F(xiàn)游是游動系統(tǒng)重量。
[0114] 在套管柱下入的過程中，由于套管柱漂浮作用，大鉤載荷會降低，為了防止大鉤載 荷降為零，要求漂浮長度不能太大，必須滿足最大漂浮力小于套管有效自重?？赏ㄟ^大鉤載 荷判斷，當(dāng)套管柱下入某一深度時求出相應(yīng)的大鉤載荷，當(dāng)大鉤載荷Ft>0時，均可以正常下 入；當(dāng)Ft〈o，F(xiàn)r f> I Ft |時，可用游動系統(tǒng)的壓力使套管柱下入井底；當(dāng)Frf〈 I Ft |時，套管柱無法 下入，當(dāng)F游=|Ft|時，就是套管柱可下入的最大深度。因此，為了確使套管柱順利下到井底， 必須確保漂浮長度的選擇滿足第一準(zhǔn)則。
[0115]第二準(zhǔn)則:Ft(L) =Ft(max)，即數(shù)值最大的大鉤載荷所對應(yīng)的漂浮長度L為最佳漂浮 長度。套管柱的漂浮長度不同，則降低摩阻的大小程度不同，通過對不同漂浮長度下的套管 柱進(jìn)行力學(xué)計算，可以選擇一個最優(yōu)的漂浮長度L，使得井口載荷達(dá)到最大，摩阻最小。 [0116]綜合以上兩個準(zhǔn)則，則可計算出最佳漂浮長度。在套管柱的最佳漂浮長度位置處 安裝漂浮接箍，即可實現(xiàn)套管柱的順利下入。
[0117]前面詳細(xì)介紹了建立漂浮下套管力學(xué)模型，以及應(yīng)用漂浮下套管力學(xué)模型求取最 佳漂浮長度的過程，下面通過優(yōu)選實施例對整個流程進(jìn)行介紹。假設(shè)初始漂浮長度為0，按 照步長AL，逐漸增加漂浮長度，自下至上逐段計算不同漂浮長度對應(yīng)的大鉤載荷。圖4是根 據(jù)本發(fā)明實施例的套管柱漂浮長度的優(yōu)化流程圖，如圖4所示，該流程包括以下步驟(步驟 5401-步驟5405):
[0118]步驟S401，獲取基本參數(shù)。參數(shù)主要包括井眼軌跡數(shù)據(jù)(測深、井斜角、方位角）；套 管柱組合數(shù)據(jù)(套管尺寸、長度、單位重量）；井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)(獲取套管與套管之間以及套管 與裸眼之間的摩擦系數(shù)）；以及相關(guān)作業(yè)數(shù)據(jù)(鉆井液性能、頂驅(qū)重量等）。
[0119]步驟S402,將套管柱分段。根據(jù)井眼幾何形狀和管柱結(jié)構(gòu)特征，對井眼軌跡進(jìn)行井 段劃分，利用三次樣條插值法進(jìn)行井眼軌跡擬合及井段測斜數(shù)據(jù)求取。將整個套管柱自下 至上（自井底至井口）分割為η個微單元段，共計n+1個節(jié)點，As為每個微單元段的長度。 [0120]步驟S403，結(jié)合上述基本參數(shù)，對微單元段進(jìn)行受力分析，搭建漂浮下套管力學(xué)模 型。
[0121] 步驟S404,基于漂浮下套管力學(xué)模型，按照步長AL計算漂浮長度為1^時的大鉤載 荷Fi。
[0122] 步驟S405，在滿足Ft+F游2 〇的基礎(chǔ)上，在U和Li+12間采用二分法，直到計算的大鉤 載荷達(dá)到最大值，其對應(yīng)的漂浮長度L即為最佳漂浮長度。
[0123] 如上所述即為套管柱的漂浮長度的優(yōu)化方法，該方法能計算最大限度發(fā)揮漂浮下 套管技術(shù)的最佳漂浮長度。對固井完井作業(yè)的方案設(shè)計及調(diào)整都具有非常重要的參考價 值，能夠解決套管柱遇阻無法正常下入的技術(shù)難題，是下套管作業(yè)的有力保障。
[0124] 基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實施例中還提供了一種套管柱下入裝置，可以用于實 現(xiàn)上述實施例所描述的方法，如下面的實施例所述。由于套管柱下入裝置解決問題的原理 與套管柱下入方法相似，因此套管柱下入裝置的實施可以參見套管柱下入方法的實施，重 復(fù)之處不再贅述。以下所使用的，術(shù)語"單元"或者"模塊"可以實現(xiàn)預(yù)定功能的軟件和/或硬 件的組合。盡管以下實施例所描述的裝置較佳地以軟件來實現(xiàn)，但是硬件，或者軟件和硬件 的組合的實現(xiàn)也是可能并被構(gòu)想的。
[0125] 圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的套管柱下入裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖5所示，該裝置包 括:模型搭建模塊10、模型計算模塊20、漂浮長度確定模塊30和套管下入模塊40,下面對該 結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體說明。
[0126] 模型搭建模塊10,用于對套管柱進(jìn)行受力分析，得到套管柱摩阻計算方程；
[0127] 模型計算模塊20,連接至模型搭建模塊10,用于基于上述套管柱摩阻計算方程，計 算不同的漂浮長度所對應(yīng)的大鉤載荷；
[0128]漂浮長度確定模塊30,連接至模型計算模塊20,用于在滿足預(yù)設(shè)載荷條件的基礎(chǔ) 上，取數(shù)值最大的大鉤載荷所對應(yīng)的漂浮長度為最佳漂浮長度;該預(yù)設(shè)載荷條件是:大鉤載 荷+游動系統(tǒng)重量2 0;
[0129] 套管下入模塊40,連接至漂浮長度確定模塊30,用于在套管柱的最佳漂浮長度對 應(yīng)位置設(shè)置漂浮接箍，執(zhí)行套管柱下入操作。
[0130] 本實施例應(yīng)用漂浮下套管原理，對套管柱進(jìn)行力學(xué)分析，建立漂浮下套管力學(xué)模 型，實現(xiàn)了 一種計算套管漂浮長度的優(yōu)化方案，從而確定最佳漂浮段長度，使漂浮接箍安放 在最優(yōu)化的井深處，使剩余下入載荷達(dá)到最佳，從而解決了相關(guān)技術(shù)中套管柱漂浮長度無 法準(zhǔn)確計算的問題，保證套管柱順利下到位，為漂浮下套管提供技術(shù)支持，從而順利完成完 井施工作業(yè)。
[0131] 圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的套管柱下入裝置的具體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖6所示，上述 模型搭建模塊10包括:受力分析單元12,用于將套管柱自下而上均分為多個微單元段;計算 每個微單元段兩端的節(jié)點處的集中力、每個微單元段的均布接觸力、每個微單元段的線密 度;其中，每兩個相鄰微單元段之間為一節(jié)點；模型搭建單元14,用于將每個微單元段的上 述集中力、上述均布接觸力和上述線密度分別代入受力平衡公式，再結(jié)合弗朗內(nèi)-塞雷公 式、力矩平衡公式，得到套管柱摩阻計算方程。通過搭建漂浮下套管力學(xué)模型為后續(xù)計算大 鉤載荷提供基礎(chǔ)，更有利于找出最佳漂浮長度。模型搭建過程前面已進(jìn)行了詳細(xì)描述，在此 不再贅述。
[0132] -實施例中，為了保證漂浮下套管力學(xué)模型的計算準(zhǔn)確性以及為了便于后續(xù)漂浮 下套管力學(xué)模型更好的應(yīng)用，可以對漂浮下套管力學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化，基于此，本實施例提供 了一種優(yōu)選實施方式，即上述裝置還包括:差分處理模塊，用于對套管柱摩阻計算方程進(jìn)行 有限差分化和離散化操作，得到差分形式的套管柱摩阻計算方程。方程優(yōu)化過程前面已進(jìn) 行了詳細(xì)描述，在此不再贅述。