【7A文】石油工程钻井钻柱力学-最大延伸长度Lmax与疲劳破坏.ppt

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1、石油工程钻井钻柱力学最大延伸长度Lmax与疲劳破坏1大庆石油学院石油工程院3.2、压缩比载荷比钻与钻柱延伸长度上限Lmax1、当自锁不是限制因素时，钻柱的额定载荷试验足以保证合理的钻柱设计。2、当自锁是限制因素的大位移延伸井中，应针对给定的钻柱壁厚，通过确定钻柱压缩比上限，大位移延伸井试验来调整钻柱的长度。051015压缩比35--30--25--20--15--10--5--0--L/L1(%)图（2）水平井段钻柱延伸长度与压缩比的实例X井深剖面节点43213241E3E4E2E

2、1钻柱单元钻柱组合剖面图（3）井深和钻柱组合剖面Z24、在钻柱出现自锁之前，应用压缩比可以确定能把多长的钻柱推入井内。假设将钻柱所受轴向压缩载荷比定义为“：载荷比=-Fa（x）/k————————（5）由图（2）可以看出水平井段的长度L与压缩比的关系。增加压缩比延伸长度很快减少。这表明：对于大的压缩比，增加压缩比，只能使钻柱的延伸长度减少。3、计算表明：钻柱发生自锁所施加的轴力应满足的条件。Fa（x）（-1）k，_————————（4）式中：k=Max（Fcrk）k=[4EIWbC

3、os/(r)]0.55、如果将式（4）和式（5）联立，在载荷比1的额条件下，只要对式（2）进行求解，我们就可以获得计算钻柱在大位移延伸井中可延伸长度的上限公式：34式中：o=Fo/k，Fo—钻柱下端面上轴向载荷，o1。6、就一端受拉或受压，另一端自由的水平段钻柱来讲，上式中L长度对应于螺旋弯曲长度；未发生螺旋弯曲长度可由下式计算Ls=Fhx/(WbSin-WbCos)—————（7）式中：Fhx——钻柱发生螺旋弯曲的临界力（载荷）————（6）第四节、关于预测钻柱疲劳破坏的方法

4、51、引起钻柱疲劳破坏原因？1）、高交变、非优化计计；2）、处于严重的腐蚀环境；3）、低上扣扭矩；4）、钻杆本体的力学破坏；5）、接头表面力学破坏；6）、研磨磨损破坏。2、研究柱疲劳破坏试验的方法？1）、疲劳破坏极限（σs），S-N曲线图上的斜线-水平线交点处的交变次数（No），2）、双对数坐标（LogMa-LogN）曲线图的斜率（m）。其中：Ma和N—分别称之为交变弯曲力矩，破坏次数（百万次、50%的残余S-N曲线）。3）、根据足尺疲劳实验数据库，S-N曲线公式计算钻杆与接头的疲劳破坏比。63、预测

5、钻柱疲劳破坏的理论方法1）、Paris的疲劳寿命：2）、应力强度因子（K1）：K1=Fm（a）1/23）、裂纹几何因子（1）、表面半圆裂纹（2）、表面线性裂纹：（3）、（深埋椭圆形裂纹）；Fm=1/（4）、（深埋圆形裂纹）：Fm=2.01/74）、应力强度因子变化幅度和临界裂纹尺寸：5）、钻杆裂纹疲劳寿命预测公式：4、为何使用应力强度因子K1预测钻柱破坏寿命由于疲劳破坏的主要原因在于钻杆在制造和使用时出现裂纹，在一定使用条件下，开始产生初始裂纹并导致扩展。应力强度因子是描述应力场和位移场

6、的物理量，也是计算疲劳寿命的关键因素。其表达式可写成：K1=Fm（a）1/2。5、钻柱摩阻力在不同工况下以何种形式存在1）、起下钻时摩擦力全部以轴向力的形式作用在钻柱上；2）、钻头空转时：摩擦力则全部以扭矩的形式显示出来。83）、在钻进时：钻柱同时受摩阻力和扭矩的作用。6、如何测定井眼摩阻系数ƒ？说明式中符号意义式中：QSc—实测大钩负荷；Qjs—计算负荷；Fd—泥浆粘滞阻力；S—计算钻柱长度；FZN—钻柱所受侧向正压力。7、如何计算钻柱在水平段不自锁的长度Ls当螺弯钻柱长度小于用下式定义的

7、长度钻柱就不会发生自锁。8、其它：91）、钻杆的弯曲形式10a、由于钻柱是一细长比很小的管柱。有人把钻柱说成“象面条一样柔软”或象链条那样的柔索。b、因为悬链线相对于铅垂线的井斜角总大于零。因此，悬链线井眼与垂直井段无法相切。因此需要在直井段与悬链线之间先钻一段圆弧井段。1）、悬链线井身剖面特点和受力计算分析c、悬链线剖面控制的参数为：c——悬链线终端井斜角。Qh——解卡拉力（KN），其大小需由下式计算：（1）、悬链线井身剖面特点11(2）、悬链线井身剖面受力示意图12（3）、悬链线井身剖面力的平衡

8、方程和预拉力T（4）、将（3）式展开，化简，可得：d（TSin）=0，对13其积分得：TSin=C1。再由边界条件：即=b时，T=Tb；因此得积分常数C1。=TbSinb=TNc=TN。所以得TSin=TN——————————（6）（5）、将（4）式展开，化简，可得：d（TCos）+qm×d=0；d（TCos）=-qm×d。对上式两端积分得：TSin=-qm×d+C2。再由边界条件：即当=0时，T=Tb；=b，因此得积分常数