钻井工程教学第二章的(下)讲义.ppt

3. 钻柱的旋转运动形式 （4） 纵向振动—钻头振动引起，产生交变应力。 （5）扭转振动—由井底对钻头旋转阻力的变化引起，产生交变扭剪应力。 （6）横向摆振—达到某一临界转速，可能产生无规则摆动，产生交变弯曲应力。 一般认为弯曲钻柱旋转的主要形式是自转，但也可能产生公转或两种运动形式的结合。由于在转动过程中受到阻力的作用，钻具的转动是不平稳的。 （二）钻柱的受力分析 1. 概述 （1）自重产生的拉力 （2）钻压产生的压力 （3）钻井液的浮力 （4）摩擦阻力 （5） 循环压降产生的附加拉力 （7）起下钻时产生的动载荷 （8）扭距 （9）弯曲应力 （10）离心力 （11）外挤力 （12）振动产生的交变应力 钻柱受力最严重的部位： 1）井口断面拉力最大，对于转盘钻井井口扭距最大，对于井下 动力钻具钻井，钻头处扭矩最大； 2）下部受压弯曲部分—交变轴向应力、弯曲应力、扭剪应力 3）中性点—拉压交变载荷。 轴向力 2.轴向力和中性点 （1）自重产生的轴向拉力（井内掏空时）： （2）浮重产生的轴向力： 式中： 称为“浮力减轻系数” （3）正常钻进时的轴向力： W F B （4）其它轴向力的计算 循环压降引起的附加轴向拉力： 滑动摩擦阻力： 动载荷： （5）起下钻时钻柱轴向力： （5）中性点 钻柱上轴向力等于零的点(Ｎ点) (亦称中和点，Neutral Point )。 垂直井眼中钻柱的中性点高度： 式中：LN —中性点距井底的高度，m。 重要意义： 1）设计钻柱时要确保中性点始终落在钻 铤上？ 2）指导松扣、造扣等特殊作业。 3）中性点附近钻柱受交变应力作用， 易疲劳破坏。 钻柱轴向力分布与中性点 三、钻柱设计 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。 下部钻具组合设计的原则: （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。 （3） 有效地钻出设计的井眼轨道； （4） 钻头、马达和测量系统工作稳定性高，能加较大钻压，有 利于提高钻速； （5） 具有较高的强度和寿命； （6） 便于安装和起下。 钻柱组合设计 设计内容 钻铤的确定 内、外径，内小、外大，受井径限制、钻井 液流动限制，长度满足钻压要求。 强度足够，钻进不断，尽量保证钻井液正常循环减少能量损耗。 井斜小：提供钻压的钻铤安放在钻具下部，钻具上部采用钟摆、塔式、满眼结构。 钻井斜大或水平井：钻铤放在井斜较小的井段，大斜度井段或水平井段则在承压钻杆与下部钻具连接。 钻杆的确定 钻铤的安放位置 设计内容 钻铤的确定 内、外径，内小、外大，受井径限制、钻井 液流动限制，长度满足钻压要求。 强度足够，钻进不断，尽量保证钻井液正常循环减少能量损耗。 井斜小：提供钻压的钻铤安放在钻具下部，钻具上部采用钟摆、塔式、满眼结构。 钻井斜大或水平井：钻铤放在井斜较小的井段，大斜度井段或水平井段则用承压钻杆与下部钻具连接。 钻杆的确定 钻铤的安放位置 （一）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。 2. 经验配合关系 选择的基本原则 （1）方钻杆由于受到扭矩和拉力最大，在供应可能的情况下，应 尽量选用大尺寸方钻杆。 （2）在钻机提升能力允许的情况下，选择大尺寸钻杆是有利的。？？ （3）钻铤尺寸一般选用与钻杆接头外径相等或相近的尺寸，有时 根据防斜措施来选择钻铤的直径。 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，可减少钻铤，从 而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。 （一）钻柱尺寸选择 （二）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