各种钻具组合设计方法

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1、一、直井下部钻具组合设计方法(一)钻铤尺寸及重量的确定1.钻铤尺寸的确定(1)为保证套管能顺利下入井内，钻柱中最下段（一般不应少于一立柱）钻铤应有足够大的外径，推荐按表1选配。表1：与钻头直径对应的推荐钻铤外径钻头直径钻铤外径142.9～152.4104.7～120.6158.8～171.4120.6，127.0190.5～200.0127.0～158.8212.7～222.2158.8～171.4241.3～250.8177.8～203.2269.9177.8～228.6311.2228.6～254.0374.6228.6～254.0444.5228.6～279

2、.4508.0～660.4254.0～279.4(2)钻铤柱中最大钻铤外径应保证在打捞作业中能够套铣。(3)在大于190.5mm的井眼中,应采用复合(塔式)钻铤结构(包括加重钻杆)，相邻两段钻铤的外径差一般不应大于25.4mm。最上一段钻铤的外径不应小于所连接的钻杆接头外径。每段长度不应少于一立柱。(4)钻具组合的刚度应大于所下套管的刚度。2.钻铤重量的确定：根据设计的最大钻压计算确定所需钻铤的总重量,然后确定各种尺寸钻铤的长度,以确保中性点始终处于钻铤柱上，所需钻铤的总重量可按式(1)计算：Wc=PmaxKs/Kf………………………………………(1)其中：Kf=

3、1-ρm/ρs式中：Wc——所需钻铤的总重力，kN；Pmax——设计的最大钻压，kN；Ks——安全系数，一般条件下取1.25，当钻铤柱中加钻具减振器时，取1.15；Kf——钻井液浮力减轻系数；ρm——钻井液密度，g/cm3；ρs——钻铤钢材密度，g/cm3。(二)钟摆钻具组合设计1.无稳定器钟摆钻具组合设计：为了获得较大的钟摆降斜力,最下端1～2柱钻铤应尽可能采用大尺寸厚壁钻铤。2.单稳定器钟摆钻具组合设计(1)稳定器安放高度的设计原则：a.在保证稳定器以下钻铤在纵横载荷作用下产生弯曲变形的最大挠度处不与井壁接触的前提下,尽可能高地安放稳定器。b.在使用牙轮钻头、

4、钻铤尺寸小，井斜角大时，应低于理论高度安放稳定器。(2)当稳定器以下采用同尺寸钻铤时,可用式(2)计算稳定器的理论安放高度：Ls={[-b+（b2-4ac）1/2]/2a}1/2……………………（2）其中：b=184.6P(0.667+0.333e/r)2(r-0.42e-0.08e2/r)α=π2qsinαc=-184.6π2EI(r-0.42e-0.08e2/r)式中：Ls——稳定器的理论安放高度，m；p——钻压，kN；e——稳定器与井眼间的间隙值，即稳定器外径与钻头直径差值之半，m；r——钻铤与井眼间的间隙值，即井眼直径与钻铤外径的差值之半，m；q——单位长

5、度钻铤在钻井液中的重力，kN/m；α——井斜角，（°）；EI——钻铤的抗弯刚度，kN·m2。(3)稳定器的实际安放高度一般在计算的理论高度的90%以内。a.根据实际钻铤单根长度确定的长钟摆钻具组合,应用式(3)、（4）分别计算使用这种组合在钻压一定时的允许最大井斜角αmax和井斜角一定时的允许最大钻压Pmax：αmax=arcsin[184.6π2EI(r-0.42e-0.08e2/r)/（π2qL4）-184.6PL2(0.667+0.333e/r)2(r-0.42e-0.08e2/r)/（π2qL4）]…………………………(3)Pmax=[184.6π2EI(

6、r-0.42e-0.08e2/r)-π2qL4sinα]/[184.6L2(0.667+0.333e/r)2(r-0.42e-0.08e2/r)]……………………………(4)式中：L——稳定器的实际安放高度，m。b.当稳定器与井眼间的间隙e值趋于零时,式(3)、式（4）可分别简化为；αmax=arcsin[（184.6π2rEI—82.04PrL）/π2qL4]…(5)Pmax=（184.6π2rEI—π2qL4sinα）/82.04rL2………(6)(三)多稳定器钟摆钻具组合设计：多稳定器钟摆钻具组合是在单稳定器钟摆组合的稳定器上,每间隔一定长度(一般是单根钻铤

7、)再安放1～3只稳定器。3.钻具减振器安放位置(1)钻具减振器的安放位置应尽量靠近接头。(2)在钟摆钻具组合中,钻具减振器一般应直接安放在钻头之上。4.钻具震击器安放位置(1)为防止震击器早期损坏,不得将震击器安放在中性点附近。(2)钻具震击器安放在钻柱受拉部位,推荐在轴向应力零点以上的1个立柱。三、定向井下部钻具组合设计方法(一)钻铤尺寸及重量的确定：1.钻铤尺寸的确定(1)在斜井段使用的最下一段（应大于27m）钻铤的刚度应适用于设计的井眼曲率。(2)入井的下部钻具组合中，钻铤的外径应能满足打捞作业。(3)钻头直径与相应钻铤尺寸范围的要求见表1。表1：钻头直径与

8、相应的钻铤