钻柱与下部钻具组合设计

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1、钻具组合中有石油勘探局钻井三公司张凤文钻具组合一、钻柱设计与计算（一）钻柱尺寸选择（二）钻铤长度的确定（三）钻杆强度设计二、下部钻具组合设计（一）YXY组合的结构（三）增斜钻具组合设计（二）钟摆钻具组合设计一、钻柱设计与计算合理的钻柱设计是确保优质、快速、安全钻井的重要条件。尤其是对深井钻井，钻柱在井下的工作条件十分复杂与恶劣，钻柱设计就显得更加重要。钻柱设计包括钻柱尺寸选择和强度设计两方面内容。在设计中，一般遵循以下两个原则：满足强度（抗拉强度、抗击强度等）要求，保证钻柱安全工作；尽量减轻整个钻柱的重力

2、，以便在现有的抗负荷能力下钻更深的井。（一）钻柱尺寸选择具体对一口井而言，钻柱尺寸的选择首先取决于钻头尺寸和钻机的提升能力。同时，还要考虑每个地区的特点，如地质条件、井身结构、钻具供应及防斜措施等。常用的钻头尺寸和钻柱尺寸配合列于表1供参考。表1钻头尺寸与钻柱尺寸配合钻头直径/mm(in)钻铤外径/mm(in)钻杆外径/mm(in)方钻杆方宽/mm(in)>299(113/4)203(8)168(65/8)152(6)248~299(93/4~113/4)178~203(7~8)140(51/2)133,

3、152(51/4,6)197~248(73/4~93/4)152~178(6~7)114,127(41/2,5)108,133(41/4,51/4)146~216(53/4~81/2)146(53/4)89(31/2)89,108(31/2,41/4)从上表可以看出，一种尺寸的钻头可以使用两种尺寸的钻具，具体选择就要依据实际条件。选择的基本原则是：1.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.钻机提升能力允许的情况下，选择大尺寸钻杆是有利的。因为大尺寸钻杆强度大，水眼大，

4、钻井液流动阻力小，且由于环空较小，钻井液上返速度高，有利于携带岩屑。入境的钻柱结构力求简单，以便于起下钻操作。国内各油田目前大都用127mm(5in)钻杆。3.钻铤尺寸决定着井眼的有效直径，为了保证所钻井眼能使套管或套铣筒的顺利下入，钻铤中最下部一段（一般应不少一立柱）的外径应不小于允许最小外径，其允许最小钻铤外径为允许最小钻铤外径＝2×套管接箍外径－钻头直径当钻铤柱中采用了稳定器，可以选用稍小外径的钻铤。钻铤柱中选用的最大外径钻铤应以保证在可能发生的打捞作业中能够被套铣为前提。在大于241.3mm的井眼

5、中，应采用复合钻铤结构。但相邻两段钻铤的外径一般以不超过25.4mm为宜。4．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用钻铤的直径。近些年来，在下部钻具组合中更多的使用大直径钻铤，因为使用大直径钻铤具有下列优点：1）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）高了钻头附近钻柱的刚度，有利于改善钻头工况；3）铤和井壁的间隙较小，可减少连接部分的疲劳破坏；4）利于放斜。（二）钻铤长度的确定钻铤长度取决于钻压与钻铤尺寸，其确定原则是：保证在最大钻压时

6、钻杆不承受压缩载荷，即保持中性点始终处在钻铤上。由（2-7）式可得钻铤长度计算公式：LC=(SNWmax)/qcKBcosα式中：LC——钻铤长度，m；Wmax——设计的最大钻压，kN；SN——安全系数，防止遇到意外附加力（动载、井壁摩擦力等）时，中性点移到较弱的钻杆上，一般取SN=1.15~1.25；qc——每米钻铤在空气中的重力，kN/m；KB——浮力系数；α——井斜角度数，直井时，α=0o（三）钻杆强度设计由钻柱的受力分析可知，不论是在起下钻还是在正常钻进时，经常作用于钻杆且数值较大的力是拉力。而且

7、，井越深，钻杆柱越长，钻杆柱上部受到的拉力越大。但对某种尺寸和钢级的钻杆，其抗拉强度是一定的，即按抗拉强度确定其可下深度。在一些特殊作业（如钻杆测试等）中，也需要对抗挤及抗内压强度进行校核。在以抗拉伸计算为主的钻杆柱强度设计中，主要考虑由钻柱重力（浮重）引起的静拉载荷，其他一些载荷（如动载、摩擦力、卡瓦挤压力的影响及解卡上提力等）通过一定的设计系数考虑）。1．钻杆设计的强度条件钻杆柱任一截面上的静拉伸载荷应满足以下条件：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

8、拉力，kN。钻杆柱所能承受的最大安全静拉力的大小取决于钻杆材料的屈服强度、钻杆尺寸以及钻柱的实际工作条件。1）钻杆在屈服强度下的抗拉力Fy：钻杆所承受的拉伸载荷必须小于钻杆材料的屈服强度下的抗拉力Fy：Fy=0.1σyAp式中：σy——钻杆钢材的最小屈服强度，Mpa；Ap——钻杆的横截面积，cm2；Fy——最小屈服强度下的抗拉力，kN。Fy可以计算，也可以从表中查出。2）钻杆的最大允许拉伸力Fp：如果钻杆所受拉伸载荷达到Fy时