5第二章 钻进工具——钻柱.ppt

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1、第二节钻柱一、钻柱的作用与组成二、钻柱的工作状态与受力分析三、钻柱设计一、钻柱的作用与组成概念：钻柱(DrillStem)是钻头以上，水龙头以下部分的钢管柱的总称。它包括方钻杆(SquareKelly)、钻杆(DrillPipe)、钻挺(DrillCollar)、各种接头(Joint)及稳定器(Stabilizer)等井下工具。（一）钻柱的作用(1)提供钻井液流动通道；(2)给钻头提供钻压；(3)传递扭距；(4)起下钻头；(5)计量井深。(6)观察和了解井下情况（钻头工作情况、井眼状况、地层情况）；(7)进行其它特殊作业（取芯

2、、挤水泥、打捞等）；(8)钻杆测试(Drill-StemTesting),又称中途测试。第二节钻柱—作用和组成（二）钻柱组成方钻杆钻杆钻铤稳定器配合接头和保护接头其它井下工具：减震器、震击器、扩眼器、键槽破坏器第二节钻柱—作用和组成1.钻杆（1）作用：传递扭矩和输送钻井液，延长钻柱。（2）结构：管体+接头（3）规范：壁厚：9～11mm外径：60.3，73.0，88.9，101.6，114.3，127.0，139.7长度：18～22ft，27～30ft，38～45ft第二节钻柱—作用和组成（4）钢级与强度（6）接头及丝扣丝扣连接

3、条件：尺寸相等，丝扣类型相同，公母扣相匹配。钻杆接头特点：壁厚较大，外径较大，强度较高。钻杆接头类型：内平（IF）、贯眼（FH）、正规（REG）；NC系列第二节钻柱—作用和组成内平式：主要用于外加厚钻杆。其特点是钻杆通体内径相同，钻井液流动阻力小；但外径较大，容易磨损。贯眼式：主要用于内加厚钻杆。其特点是钻杆有两个内径，钻井液流动阻力大于内平式，但其外径小于内平式。正规式：主要用于内加厚钻杆及钻头、打捞工具。其特点是接头内径加厚处内径管体内径，钻井液流动阻力大，但外径最小，强度较大。三种类型接头均采用V型螺纹，但扣型、扣距

4、、锥度及尺寸等都有很大的差别。第二节钻柱—作用和组成NC型系列接头NC23，NC26，NC31，NC35，NC38，NC40，NC44，NC46，NC50，NC56，NC61，NC70，NC77NC—NationalCoarseThread，（美国）国家标准粗牙螺纹。xx—表示基面丝扣节圆直径，用英寸表示的前两位数字乘以10。如：NC26表示的节圆直径为2.668英寸。NC螺纹也为V型螺纹,具有0.065英寸平螺纹顶和0.038英寸圆螺纹底,用V-0.038R表示扣型,可与V-0.065型螺纹连接。表2-17所列的几种NC型接

5、头与旧API标准接头有相同的节圆直径、锥度、螺距和螺纹长度，可以互换使用。表2-17可以互换使用的接头第二节钻柱—作用和组成2.钻铤结构特点：管体两端直接车制丝扣，无专门接头；壁厚大(38-53毫米），重量大，刚度大。主要作用：(1)给钻头施加钻压;(2)保证压缩应力条件下的必要强度;(3)减轻钻头的振动、摆动和跳动等，使钻头工作平稳；(4)控制井斜。类型：光钻铤、螺旋钻铤、扁钻铤。常用尺寸：6-1/4，7，8，93.方钻杆类型：四方形、六方形特点：壁厚较大，强度较高主要作用：传递扭矩和承受钻柱的全部重量。常用尺寸：89mm(

6、3.5英寸)，108mm(4.5英寸)，133.4mm(5.5英寸)。第二节钻柱—作用和组成4.稳定器类型：刚性稳定器、不转动橡胶套稳定器、滚轮稳定器。作用：1）防斜；2）控制井眼轨迹。第二节钻柱—作用和组成二、钻柱的工作状态及受力（一）钻柱的工作状态1.起下钻工况下：（1）直井：直的拉伸、滑动（2）斜井：随井眼倾斜和弯曲，滑动。2.正常钻进工况下上部受拉伸，下部受压弯曲；在扭矩作用下旋转运动。下部钻柱弯曲的原因：钻压的作用使下部钻柱受压缩，当压力达到钻柱的临界压力，钻柱将失去直线稳定状态而发生弯曲并与井壁接触。压力较大时可能

7、发生多次弯曲。第二节钻柱—工作状态与受力3.钻柱的旋转运动形式：（1）自转—钻柱象一根柔性轴，围绕自身轴线旋转。均匀磨损，易发生疲劳破坏。（2）公转—钻柱象一个刚体，围绕着井眼轴线旋转并沿着井壁滑动。产生偏磨。（3）公转与自转的结合弯曲钻柱围绕井眼轴线旋转，同时围绕自身轴线转动，即不是沿着井壁滑动而是滚动。钻柱磨损均匀，但受交变应力的作用，循环次数比自转时低得多。（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

8、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，既有自转，也有公转。第二节钻柱—工作状态与受力（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