垂直井眼内钻柱的轴向力计算及强度校核_韩志勇

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1、’..、.第23卷石油钻探。。12弓5、z一}1增刊’〕’J‘’’199三年12月IEIR()IEUMI)R1111入(IE(HIQUES1)ee二199三阅钻井技术卜垂直井眼内钻柱的轴向力计算及强度校核韩志勇(LlJ东东营257062)提要根据材料力学中分析内力的墓本方法截面法和流体静力学的基本方法压力面积,。——,法推导了钻柱真实轴向力的计算公式进一步考虑到管内外液体对钻柱侧壁压力引起的内应力推导了钻柱有效轴向力的计葬公式。给出了有效抽向力和真实轴向力以及虚力之间的关亲式,从而得出了一些非常重要的结论

2、。结论认为,中性点可定义为有效轴向力等于零的点,,(截面)对于垂直井眼来说此定义与普宾斯墓关于中性点的定义是一致的。同时指出,进行钻柱强度计算和校核以及进行钻柱穗定性分析,。(失稳弯曲分析)时都应该使用有效耘向力主题词直并钻柱钻柱力学中性点强度校核有效轴向力国出版的钻井’〕,工程方面的重要著作El,在浮力系数法引言。和压力面积法的矛盾面前竟感到不知所措甚至由美80年代在我国钻井学术界曾展开过一场关于钻柱国四位最著名的石油工程专家联袂编写的,巨著川对中性点(中和点)等问题的讨论。前后公开发表的论文钻柱轴向力的计

3、算以及关于中性点的说法和画法都有,。。有10余篇笔者当时也参与了讨论[l0川所发表的文不够准确之处。可见国外学者对此问题的认识并不见,,,章中有错误之处被文献[13]指出大有收益从而促得深入。。.使笔者进一步研究4由于定向井、水平井的出现,使钻柱受力更复,:。本文重提此话题有以下四方面的考虑杂如果仍停留在对垂直井钻柱的讨论上,显然是不够.,1总的来说。。,,那场讨论是逐步深入的除个别文的例如鲁宾斯基关于中性点的定义在定向井和水,章有基本概念不清之嫌外绝大多数论文基本趋向一平井中就不适用。,。致例如都肯定了鲁宾

4、斯基关于中性点的定义但有些本文无意对此间题的讨论进行总结,相反,将提出,,,,问题一直未有公认的结论如浮力分布间题轴向力计一些新的概念和观念希望起到抛砖引玉的作用把这。算方法间题等突出的例子是80年代末出版的石油院场讨论继续引向深入。首先研究垂直井眼内钻柱的轴。校教材中有许值得商榷的提法川向力计算。问题关于倾斜和弯曲井眼内钻柱轴向力计.。2那场讨论对一些需要解决的实质性问题讨论不:算问题将另文论述说明一下本文及随后两篇论文都,。笔者认为需要解决的实质性,。够有些甚至尚未接触问只以静力平衡为条件即不考虑泥浆循环

5、压力的作用题:,至少有四个所以当管内外泥浆重率不同时必须假设钻柱底端面,“”,。(1)在进行钻柱强度设计和强度校核时究竟应如为堵口否则将会出现静力不平衡关于循环条件何计算轴向力?下,钻,。柱轴向力计算和强度校核间题将另文论述,(2)在进行钻柱稳定性分析时究竟应如何计算轴、一真实轴向力计算公式的推导向力?,。,(3)在确定钻挺长度时究竟应保证中性点落在钻垂直井眼内钻柱的情况最简单所谓垂直井眼是,,。挺上还是应保证零轴向力点落在钻挺上?指井斜角很小钻柱和井壁的摩阻力可以忽略大多数(4)究。竟是中性点附近还是零轴向

6、力点附近的钻直井都可以近似地认为是垂直井眼如图1所示为一、?,。柱易产生由于拉压交变引起的疲劳破坏有代表性的垂直井钻柱由三段组成自下而上各段编.,,,,3国外123;l::;(主要是美国)对此问题的讨论(争论)始号为各段底面所在的垂深分别为HHH于,。,,,50年代比我国约早30年但是到80年代中期美各段钻柱的外圆面积内圆面积和截面积以第一段为:第23卷增刊韩志勇垂直井眼内钻柱的轴向力计算及强度校核。,*,。,AlA:,,I。.。,例分别为d1d1儿和且有A一A一儿且压力的方向均与轴向垂直所以它们不会影响轴向

7、。。。已知管内外泥浆重率分别为、y下和为使讨论逐步深力入,先不考虑钻压和扭矩的影响。以上各外力的计算式如下:ol=△:(l。:,、(l)WHA一A)7sZZ:。一AZ,5W一△H(A)7(2)a戈之:333。3,第,段W=△H(A一A)7(3)i。1Al。。F=H7(4)jFZ。:。。l。(5)=H(A一A)yo3。33。Z。F=H(A一A)戈(6)}Fi;=H1Al‘y(7)FZ:~H:(Zl:第二段A一A)下(8)3i3aZ:i}F=H(A一A)下(9)根据静力平衡关系,可得:F。。::2o3,。:。3。

8、第三段=W+W+W一F一F一F+!::ZF3iF+F+(10)1,:图垂直井眼内的钻柱将式(1)~(9)代入式(10)中可得Al。艺一Aly;F△IAI二H艺一亏二一=‘!十一一八z,,尹口以下任意截面a。为求解井处的轴向力采用材料AZ。下。一AZ‘艺+△ZAZ艺力学中分析内力的基本方法—截面法和流体静力学HAZ下s!。压力面积法来分析。A3o下一A3汀-中的基本方法么3A3下sH3—A艺)2,a