1、 管柱的摩阻和扭矩钻大位移井时，由于井斜角和水平位移的增加而扭矩和 摩阻增大是非常突出的问题，它可以限制位移的增加管柱的摩阻和扭矩是指钻进时钻柱的摩阻和扭矩，下套 管时套管的摩阻和扭矩1） 钻柱扭矩和摩阻力的计算 为简化计算，作如下假设：*在垂直井段，钻柱和井壁无接触； *钻柱与钻井液之间的摩擦力忽略不计； *在斜井段，钻柱与井壁的接触点连续，且不发生失稳弯 曲计算时，将钻柱划分为若干个小单元，从钻柱底部的已 知力开始逐步向上计算若要知道钻柱上某点的扭矩或摩阻 力，只要把这点以下各单元的扭矩和摩阻力分别叠加，再分 别加上钻柱底部的已知力钻柱扭矩的计算 在弯曲的井段中，取一钻柱单元，如图2—1该单元的扭矩增量为AM = R F （2—1）r式中 应一钻柱单元的扭矩增量,N・mR-钻柱的半径,m ；F—钻柱单元与井壁间的周向摩擦力N 该单元上端的扭矩为式中 m—从钻头算起，第个单元的上端的扭矩,N・m ；Mo钻头扭矩（起下钻时为零）,・m,△ 叫一第I段的扭矩增量,N・mo钻柱摩阻力的计算（转盘钻）转盘钻进时，钻柱既有旋转运动，又有沿井眼轴向运,动 因此，钻柱表面某点的运动轨迹实为螺线运动。
在斜井段中 取一钻柱单元，如图-2o图2中，V为钻柱表面C点的运动速 度Vt, Vr分别为V沿钻柱轴向和周向的速度分量；为C点处 钻柱所受井壁的摩擦力，其方向与相反；Ft, Fi分别为F沿 钻柱轴向和周向的摩擦力的分量，即钻柱的轴向摩擦力和周 向摩擦力由图2-2(2-3)F = V F < ■ V 2 + V 2t t s t r(2-4)(2-5)F = V F / V 2 + V 2r r s 、 t rs =F f Ns式中 FS—钻柱单元的静摩擦力,N ；—f 摩擦系数；—钻柱单元对井壁的挤压力,NN = l(TA^ sin0 )2 + (TAO +W sin0』(2-6)式中 T—钻柱单元底部的轴向力,N ；W—钻柱单元在钻井液中的重量，；叭△0,A^ —钻柱单元的井斜角 井斜角增量减小管柱扭矩和摩阻的措施为减小管柱在大位移井中的扭矩和摩阻，在大位移井 的设计与施工中要采取各种必要的措施1) 优化井身剖面2) 增强钻井液的润滑性用润滑性能好的低毒性钻井液许多大位移井采用油基 钻井液，一般来说，润滑基对油基钻井液性能影响较小，而 油水比对润滑性影响较大3) 优化钻柱设计、使用高强度钻杆 底部钻具组合可少用钻铤，而使用高强度加重杆。
4) 使用降扭矩工具 使用不转动的钻杆护箍可有效地减小扭矩5) 对于套管，可在套管上加箍或使用加厚套管近几年 国外应用选择性浮动装置下套管技术，可降低套管的 摩阻这种技术的原理是在套管内全部或部分地充满 空气，通过降低套管在井内的重量来降低套管的摩 阻用的较多的是部分充气，这种方法可使套管的法 向力降低80%6) 提高地面设备的功率(7) 使用顶部驱动系统2、钻柱设计钻柱设计包括底部钻具组合设计和钻杆设计在大位移井中一般使用高强度薄壁钻杆，以减少扭矩和摩阻对底部钻具组合BHA）,尺寸越大，钻柱的扭矩和摩阻也越大，这并不利于大位移井钻进，所以在保证钻压需要 的前提下应使底部钻具组合的尺寸尽量减小1）钻柱设计应考虑的因素•尽量减小压差卡钻的可能性使用螺旋钻铤和螺旋扶正器，以增大环空间隙和减小 钻柱与井壁之间的接触面积• 尽量减少丝扣连接的数量• 采用井下可调稳定器• 尽量减少在大斜度井段使用加重钻杆的数量• 选用高强度钻杆，使之具有足够的抗扭转力和抗磨能 力• 给钻头施压时尽量不使钻杆发生弯曲2钻） 压设计大位移井的钻柱设计主要是钻压设计在直井段底部和弯曲井段，钻柱的弯曲是不可避免的在斜井段，可通过底部钻具的足够重量给钻头施加足够的钻压来避免钻柱的弯 曲。
为减少钻柱的扭矩和摩阻，在大位移井中底部钻具组合 可部分的或全部的使用加重钻杆施加钻压若用常规钻杆对钻头施加钻压，要考虑钻杆的弯曲问 题设计的原则是钻杆某点受到的压力载荷，不应超过钻杆 的临界弯曲载荷在大斜度井中，井斜角有利于钻杆的稳定 性，所以钻杆在直井中的临界弯曲载荷适用于大斜度井在 直井中，钻杆的临界弯曲载荷用下式计算FCRITEIW k sin 9=2 ; -式中 FRn—临界弯曲载荷，b—杨氏模量，psi —惯性矩，in4；W钻杆在空气中的重量，b/ftb—浮力系数，无因次；e—井斜角，度；—钻杆和井眼间的径向间隙,上式提供了加重钻杆在直井中施加钻压的限制范围钻 杆所受的压力与上式计算的临界弯曲载荷相比，可以确定钻 杆是否发生弯曲，如果发生弯曲，则要降低钻压，或更换具 有更大的临界弯曲载荷的钻杆如上所述，钻杆所能施加的钻压可由下式确定，WOBcrit+Wbs式中 WOB— 设计钻压；WBS — 钻杆的浮重3、大位移井轨道到设计轨道设计的原则 大位移井轨道设计，要求对所有参数进行优化，尽量 降低井眼对管柱的扭矩和摩阻，提高管柱和测量工具的下入 能力，并能尽量增大大位移井的延伸距离。
国外大位移井井身剖面的主要类型：（1）增斜—稳斜剖面 这种剖面的造斜率低，井斜角 及测深增幅缓慢，但可降低钻柱的扭矩、摩阻和套管的磨 损2）小曲率造斜剖面 这种剖面的特点是造斜点较 深，井斜角大，能降低扭矩和摩阻，而且随目标深度的增 加，旋转扭矩的增幅较小3）准悬链线剖面 准悬链线剖面有许多优点，它不 但对管柱的扭矩和摩阻低（钻柱与井壁之间的接触力近似为 零），而且使套管的下入重量增加目前这种剖面在大位移 井中广为应用石油大学的韩志勇教授在准悬链线剖面的基础上提出了 侧位悬链线剖面的设计方法，这种剖面比准悬链线剖面的扭 矩和摩阻小侧位悬链线轨道设计方法：轨道关键参数的计算 所谓轨道关键参数是指所有设计 计算轨道的参数中需首先求出的参数只要求出这些参数， 轨道上的所有参数都可求得图2—3为大位移井轨道，轨道的关键参数为卿LWo关键参数的求法：已汁、 血 -1(D - D ) - lntg| * +k cosx 丿(]b ) … —1 cosx — lntg ,+ k cosa 丿ta■ bA4 2丿'b御2丿sinxb用下式计算特征参数Aa _ S - L sin at w b1 -1cos ab求出轨道的关键参数和特征参数之后，就可进行轨道的节点和分点参数计算。
节点参数的计算设计轨道是由垂直段、造斜段和稳斜段组成，相邻两个井段的分界点称为节点上图轨道中a、b为节点，a点的 参数已知，b点的井深、垂深和水平位移为：L _ D + atg«b a b( 、D = D + a ln tgba(1戸+a b(4 2丿-1VCOSa 丿b所谓分点的参数，就是在各井段内，以上节点为始点， 每隔30米为一个分点，每个分点需计算的参数有井深、垂深、井斜角、水平位移、东西坐标、南北坐标和造斜7率项4．大位移井的井壁稳定问题1． 大位移井的井壁不稳定性影响大位移井井壁不稳定的因素主要有以下几种：（1） 狭窄的泥浆密度范围一般地，当井眼倾角增加时，泥浆要提供足够大的 压力来防止井壁坍塌同时，出现裂缝的可能性也增加 了简言之，防止井壁坍塌的泥浆密度范围较小2）高的当量循环密度ECD）大位移井井眼长，泥浆循环时环空压降大，而泥浆 密度工作范围窄，泥浆的高的当量循环密度容易达到井壁 的破裂压力，而使井壁破裂 3）抽吸和激动压力在大位移井中，由于狭窄的泥浆密度范围，井壁对抽 吸压力和激动压力相当敏感可能导至井壁坍塌或破裂4）时间关系井壁在低密度泥浆中长期侵泡，特别是水基泥浆的情 况下，非稳性尤为明显，常常会造成许多钻井事故。
5）化学反应钻井液和地层间的化学作用也影响井壁稳定性，水 基钻井液和油层上部的泥页岩经常发生强的化学反应，泥 页岩膨胀，造成缩径或井壁坍塌2． 井壁稳定性的机理（1）井眼（井壁）应力原始地应力分为三项主应力，即上复应力（亦称 最大主应力）、最大水平应力H和最小水平应力比如 下图a打开井眼之后，原始地应力消失，而沿井壁重新分布，即平行于井眼轴线的应力Z、周向应力S和径向 Z e应力S（2）岩石的破坏* 压缩破坏 当作用于岩石上的压力大于岩石的抗压强度 时产生压缩破坏（井眼坍塌） 拉伸破坏当作用于岩石的拉力大于岩石的抗拉强度时 拉伸破坏（井壁破裂）岩石力学规定 压应力为正，拉伸应力为负3）大位移井眼的不稳定性 随着井斜的增加，井壁的不稳定性增加井眼由垂直变为 水平，其应力状态的变化如下图在正常压实地层,Sh= Sh，Sv> SH在井眼某深度，原地应力是固定的，井壁的周向应力s沿周边位置变化，其大小也发生变化，且必然存在 0S和S，这就导致井壁有破裂和坍塌的可能Omin Oman井壁破裂（拉伸破坏）井壁破裂与S有关研究表明，在斜井中，随着井Omin斜的增加，S减小，并趋于拉应力状态，当拉伸应力OminS超过岩石的抗张强度时，岩石发生破裂。
Omin对直井 S = 2 SH - P - P （1）Omin H W P对水平井S = 0 一 S-P - P （2）Omin H V W P式中P -泥浆柱压力；WP -- 地层孔隙压力 P对比式⑴和(2), 3Sh - Sy总是小于2 SH，所以水平井中的S 总是小于直井中的S ，更具有拉伸0min Omin性井壁坍塌(压缩破坏)井壁坍塌与S有关研究表明，在斜井中，随着井Omax斜的增加，S 也增加，且更趋于压应力状态，当Omax Omax的值超过岩石的抗压强度时，岩石发生压缩破坏，即井壁坍塌对直井 S = 2 SH - P - P (3)Omax H W P对水平井 S = 3S - S -P - P (4)Omax v H W P同样，水平井的S总是大于直井的S ，更容易Omax Omax发生井壁坍塌5．大位移井的井眼的清洗大位移井同其它类型井一样，好的井眼清洗和净化 以提高钻速、降低扭矩、缩短作业时间、节省费用等提高井眼清洗效率的措施(1)高泵排量和环空返速都有利于井眼净化通常要用井眼净化模型来计算井眼净化的最小排量和最优钻井液流变性大排量可以提高泥浆的流速，增加携岩能力。
然而，大排量需要高的泵压，在大位移井中，泵压可能会受到限制为使泥浆以紊流循环，可以增大钻杆尺寸来增加给定泵压下的环空返 速2） 钻井液的流变性 良好的钻井液流变性对任何类型的井都非常重 要，对大位移井更是如此要保证钻井液的流型为层流或 紊流，避免过渡流，因为过渡流的携岩能力差在砂岩 油层段会发生漏失，钻井液流变性必须保持低值，以降 低当量循环密度3） 钻具转动由于大位移井的位移不断增加，井眼的最优排量难以达到，这就需要其它的井眼净化技术，如提高转 盘旋转速度和倒划眼4） 固相控制 在大位移井中，钻屑将在环。