【7A文】石油工程钻井钻柱力学-第五章 钻柱一般设计方法与螺弯受力.ppt

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1、第五章：钻柱一般设计方法与螺弯受力11、强度计算基本概念2、钻柱设计模型3、大位移井钻柱设计方法步骤§1：大位移井钻柱设计基本概念研究内容21、直井钻柱的轴向拉伸载荷Fza顺利完成钻井任务，同时使成本最低，钻柱设计一般应考虑的因素有：Dv、Dh、d、n（安全系数）、钻柱强度（抗拉、抗外挤、抗内压和卡瓦挤毁），拉力余量、摩擦力、弯曲状态（正弦和螺旋弯曲）、钻柱极限载荷、几何尺寸（Lp、、Dp、Di、We、刚级）等。Fza=(LpWp+LcWc)Kf-Wzy-PhAp————（1）式中：Lp——钻杆长度，m；Lc——钻铤长度，m；Wp——钻杆单位长度重量，Kg/m；Wc——钻铤单位

2、长度重量，Kg/m；Kf——-浮力系数，无因次；一、强度计算基本概念与轴载Fa3Wzy——钻压，N；Ph——静液柱压力，Pa；Ap——钻柱的截面面积，M2，注意的问题是：（1）、Fza——为理论值；它是根据钻柱的最小截面面积（Apmin）的值和材料的屈服强度（s）的大小确定的。（2）、如果计算值F>Fza，钻柱有可能发生塑性变形。所以在大多数钻柱设计中，Fzamax=0.9Fza。2、斜井钻柱轴向载荷微分方程F(x)式中：We——单位长度钻杆有效重量；WeSin——钻柱与井壁的均匀接触力。——（2）41）、钻柱的抗外挤强度FC钻柱强度指得是：抗拉、抗外挤、抗内压强度。（1）、考

3、虑双轴应力作用的钻柱抗外挤强度DC——（3）式中：wcd——钻柱所受轴向载荷，KN。（2）、钻柱的抗外挤强度PyPC和抗破裂强度2、钻柱强度基本计算5（a）、考虑双轴应力作用的钻柱抗外挤强度DCPyPC=2S（D/t-1）/(D/t)2———（a）（b）、考虑双轴应力作用的钻柱抗外挤强度DCPPC=2S（At/D-B）-C—————（b）该式是由实验方程（根据K55、N80、P110、等不同刚级的钻杆，2488个掏管的批列实验数据得出的经验公式；用它可以求出关注的塑性抗挤毁强度）。（c）、考虑双轴应力作用的钻柱抗外挤强度DCPtC=2S（Ft/D-G）————————

4、——（c）此式是一个岁极机方程，它须由塑性挤毁和弹性方程连立求解。用它可求出管柱的过渡区的抗外挤强度。6钻柱的抗内压力主要来源于地层流体（油、气和水）压力以及特殊作业（如酸化、压裂、挤水泥）。目前计算内压力的方法主要有以下三种：（1）、以井口设备（防喷器）的承压能力为依据；（2）、以掏管内完全充满天然气为依据；（3）、以井口压力、陶管内外压差之和计算的有效应力为依据。其中：由压力平衡方程条件建立的平衡方程为：DD0DW=PCINL+DDdDW+GDg（DW-DWL）即：PCIN=DD0DW-GDg（DW-DW1）-dgDW1×10-6—（4）式中：PCIN——井深为DW1处套管的

5、内压力,MPa;DD0——上覆岩层压力剃度，MPa/m；DW-——井深，m；DW1——-计算点井深处的压力剃度，MPa/m；GDg——天然气的压力剃度，MPa/m；2）、钻柱的抗内压强度Fi71、额定极限试验——如图1A、B所示。二、钻柱设计的一般试验内容（条件）2、钻柱的抗外挤压力试验Pc与工作包络线相交的值为Fc1、Fc2。如果F1、F2满足下述条件，t就通过抗外挤压试验。相反重新选择t。Fc1F1Fc2；Fc1F2Fc2——（6）设微元段钻柱壁厚为t，单元体上下端受轴向力F1、F2如图1A。图1B是给定钻柱壁厚的工作包络线（它以直线形式画出了钻柱抗内压Pb的额定值。大

6、小与工作包络线相交的值为Fb1、Fb2）。如果F1、F2满足下述条件，所选择的壁厚t就通过抗内压试验。相反应重选壁厚t。Fb1F1Fb2；Fb1F2Fb2——（5）8Fig1：StringRatingstest。（A）—钻柱单元轴向力；（B）—钻柱工作包络线(A)钻柱的受力示意图Pb满足抗内压强度极限轴向力范围满足抗外挤强度极限轴向力范围PcFc1Fc2Fb1Fb2压力Fmw(B)工作极限包络线F1F2t93、钻柱的过拉力试验——如图1A、B所示。设某一微元段钻柱长度的壁厚为t，F1、F2分别为单元体上下端所受轴向力，如图1A。图1B绘出的是某一给定钻柱壁厚的工作包络线。即

7、：包络线图是以直线形式画出了钻柱抗内压（Pb）的额定值。（Pb）的大小与工作包络线相交的值外：Fb1、Fb2。如果F1、F2。满足下述条件，所选择的壁厚t就通过了抗内压试验。相反应重新选则壁厚t。Fb1F1Fb2；Fb1F2Fb2——（7）4、钻柱的延伸试验方法在钻柱发生自锁的大位移延伸井中，为使钻柱达到最大井深，需附加一种试验。即通过确定一个钻柱压缩比上限和延伸井试验来调整钻柱的长度。压缩比的定义为：(压缩比)=-Fa(x)/K———————（8）10式中