钻井工程本科教材教程方案.ppt

一、设计内容 1、尺寸选择 2、钻铤柱长度计算 3、钻杆柱强度设计及校核。 二、设计原则： 1、满足强度（抗拉、抗挤强度等）要求，保证钻柱安全工作； 2、尽量减轻整个钻柱的重力，以便在现有的抗负荷能力下钻更深的井。 三、钻柱尺寸选择 1. 依据： （1）钻机的提升能力； （2）井眼尺寸； （3）地质条件； （4）工艺要求； （5）供货情况。 第二章 钻 柱 §2-3 钻柱设计 3. 经验配合关系 第二章 钻 柱 §2-3 钻柱设计 （6）井身结构 （7）防斜措施 2、原则 （1）尽量选用大尺寸的方钻杆 （2）在钻机提升能力允许的条件下选用大尺寸的钻杆 （3）钻铤一般选用与钻杆接头相等或相近的尺寸 4、使用大直径钻铤具有下列优点： 1、可用较少的钻铤满足所需钻压的要求，减少钻铤，也可减少起下钻时连接钻铤的时间； 2、提高了钻头附近钻柱的刚度，有利于改善钻头工况； 3、钻铤和井壁的间隙较小，可减少连接部分的疲劳破坏； 4、有利于防斜。 第二章 钻 柱 §2-3 钻柱设计 四、钻铤长度的确定 浮重原则：保证在最大钻压时钻杆不承受压缩载荷，即保持中性点始终 处在钻铤上。 计算公式： 式中： —钻铤长度，m； —设计的最大钻压，kN； —安全系数，考虑附加力（动载、井壁摩擦力等），防止中性点移动较弱的钻杆上，一般取 =1.15 ～1.25； —每米钻铤在空气中的重力，kN/m； KB —浮力系数； —井斜角度数，直井时， =0°。 第二章 钻 柱 §2-3钻柱设计 五、钻杆柱强度设计 1.强度条件 Ft ≤Fa 式中：Ft —钻杆柱任一截面上的静拉伸载荷，kN； Fa—钻杆柱的最大安全静拉力，kN。 （1）钻杆在屈服强度下的抗拉载荷： 钻杆材料的屈服强度所允许的最大抗拉载荷。 式中： —钻杆钢材的最小屈服强度，MPa； —钻杆的横截面积，cm2； —最小屈服强度下的抗拉载荷，kN。 可以计算,也可以从表2－14中查出。 第二章 钻 柱 §2-3钻柱设计 （2）钻杆的最大允许拉伸力Fp： 式中： —钻杆的最大允许拉伸载荷，kN。 （3）钻杆的最大安全静拉力Fa： ① 安全系数法（考虑起下钻时的动载及摩擦力） 式中： —安全系数，一般取1.30。 ② 设计系数法（考虑卡瓦挤压） ③ 拉力余量法 式中：MOP—拉力余量，一般取200～500KN。 第二章 钻 柱 §2-3钻柱设计 2. 钻杆柱强度设计 按最大安全静拉力F a设计钻杆柱的最大允许下深（长度）。。 （1）单一钻杆柱设计 强度条件： 最大允许下深： （2）复合钻杆柱设计（深井） 思路：由下而上，所受拉伸载荷逐渐增大，强度应逐渐增大。故由钻铤上面第一段钻杆开始，先选择强度较低的钻杆，确定其许用长度；再逐段向上选择强度更高的钻杆进行设计。这样设计出来的钻杆柱，由下而上强度逐级增大以满足抗拉强度的要求。 每段钻杆满足强度条件： 第二章 钻 柱 §2-3钻柱设计 钻铤上面第一、二、三、四段钻杆的长度 相应各段钻杆的最大安全静拉力 相应各段钻杆在空气中的单位长度重力 第二章 钻 柱 §2-3钻柱设计 3. 强度较核 （1）抗外挤强度较核： 式中: ── 最大安全外挤载荷,MPa； ── 钻杆的最小抗挤压力，MPa； ── 安全系数，一般应不小于1.125。 （2）抗扭强度较核： 式中： M -钻杆承受的扭矩,kN?m； P -使钻柱旋转所需的功率，kW； n -转速，rpm。 （3）抗内压强度较核： 不同尺寸、钢级和级别的钻杆的最小抗内压