资源描述：
《钻进中钻具伸长量的计算.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、·38·录井技术2003年12月·工程录井·钻进中钻具伸长量的计算＊杨明清刘忠(胜利油田地质录井公司)摘要井内钻具在其重力作用下,会产生一个拉长,钻具内液体水力压耗和钻头水力压耗也会对钻具产生轴向的拉力。该文对钻进状态下的钻具进行了受力分析,并推导出在力的作用下钻具伸长量的公式,通过计算得出钻具在钻进中的伸长量不可忽视。建议在今后的录井工作中,用校正后的井深代替原有井深,使井深数据更加准确。关键词井深钻具伸长重力轴向载荷钻具内压耗钻头压耗一、引言在录井行业中,井深的准确性是其它资料是否准确的基础。当前的井深,都是由钻具在地
2、面的长度累加所得。并没有考虑钻具在钻进中的伸缩。钻具在井内受到各种力的作用,使钻具产生拉长或缩短,测量井深和实际井深就会产生误差,这个误差使井深不够准确。这样会对以后的工作产生很大的影响,尤其在显示油气井段更是如此。本文求出钻进时钻具长度的变化量,并对传统意义上的井深加以校正,使井深更加准确,提高录井资料的准确性。二、钻柱的受力分析钻柱在井下受到多种载荷的作用,如轴向拉力及压力、扭矩、弯曲力矩、离心力、外挤压等。在不同的工作状态下,不同部位钻柱受力的情况是不同的,由于本文只探讨钻具的拉伸问题,所以只研究钻具在轴向拉力及压力
3、的作用下所产生的变形。轴向载荷主要有自重产生的拉力、由钻井液产生的浮力和因加钻压而产生的压力。此外,钻柱与井壁、钻井液的摩擦,循环钻井液时在钻柱内及钻头水眼上所消耗的压力,起下钻时上提或下放钻柱速度的变化等均会产生附加的轴向载荷。由于起下钻时钻具的拉伸问题对地质录井的意义不大,所以我们不考虑钻柱与井壁、钻井液的摩擦以及上提或下放钻柱速度的变化所引起的轴向载荷的变化。只考虑重力、浮力和因加钻压而产生的压力,以及循环钻井液时在钻柱内及钻头水眼上所消耗的压力而产生的轴向载荷。1.钻柱在垂直井眼中悬挂时的受力情况钻柱在垂直井眼中悬
4、挂时,在井眼内没有钻井液的情况下,处于悬挂状态的钻柱仅受到自重力的作用,由上而下处于受拉伸状态。最下端拉力为零,井口处拉力最大。钻柱任一截面处的拉力可按下式计算:F0=qpLp+qcLc(1)＊杨明清工程师,1972年生,1996年毕业于石油大学钻井工程专业,现在胜利油田地质录井公司从事现场录井工作。通讯地址:山东省东营市。邮编:257064。电话:(0546)8632551。第14卷第4期杨明清等:钻进中钻具伸长量的计算·39·式中qp、qc分别为钻杆、钻铤单位长度的重力,N/m;F0空井中的钻柱任一截面处的拉力,它等于
5、该截面以下钻柱在空气中的重力,N;Lc钻铤的长度,m;Lp截面以下钻杆长度,m,若计算截面落在钻铤上,Lp为零。一般情况,井眼内充满钻井液,此时钻柱除了受自重力的作用外,还受到钻井液静液压力的作用。钻柱的所有与钻井液相接触的表面上的静液压力与面积乘积的合力,称为浮力,方向向上。浮力的作用,减轻了钻柱的重力,使钻柱的轴向拉力减小。此外,作用于钻柱内外表面上的侧向静液压力,虽然合力为零,但对钻柱管体却形成侧向挤压作用。研究指出:钻井液浮力和静液压力侧向挤压作用对钻柱轴向力的综合影响结果,相当于使钻柱的线重减轻了,其减轻程度可用
6、系数KB表示:KB=1-ρd/ρs(2)式中KB称为“浮力系数”;3ρd钻井液密度,kg/m;3ρs钻柱钢材密度,kg/m。考虑钻井液浮力和静液压力作用后,钻柱任一截面处的轴向拉力可按下式计算:Fm=KB(qpLp+qcLc)=KBF0(3)式中Fm悬挂在钻井液中的钻柱任一截面上的轴向拉力,N。它等于该截面以下钻柱在钻井液中的重力。2.正常钻进时的受力情况正常钻进时,下放钻柱,把部分钻柱的重力加到钻头上作为钻压。钻压使钻柱的轴向拉力减小一个相应数值,而且下部钻柱受压缩应力的作用。钻柱任一截面上的轴向拉力为:Fw=KB(qp
7、Lp+qcLc)-W(4)式中Fw钻进时(有钻压)钻柱任一截面上的轴向拉力,N;W钻压,N。由公式(4)可知,作用在钻柱某一截面上的轴向拉力等于该截面以下的钻柱浮重减去钻压,其分布如图1所示。由图1可以看出:上部钻柱受拉力作用,井口处最大,向下逐渐减小。下部钻柱受压力作用,井底处最大。在某一深度处,轴向力等于零。我们把钻柱上轴向力等于零的点(N点)定义为中性点,亦称中和点。中性点将钻柱分为两段,上面一段钻柱在钻井液中的重力等于大钩悬重,下面一段钻柱在钻井液中的重力等于钻压。这种提法只适用于垂直钻柱。图1钻柱轴向力的分布根据
8、中性点的定义,垂直井眼中的中性点高度可按下式确定:·40·录井技术2003年12月WLN=(5)qcKB式中LN中性点距井底的高度,m。钻柱的中性点在实际工作中有着重要意义,中性点是钻柱受拉与受压的分界点。在钻柱设计中,我们希望中性点始终落在刚度大、抗弯能力强的钻铤上,而不是落在强度较弱的钻杆上,使钻杆
