鉆井工程鉆柱

鉆井工程

復(fù)習(xí)舊課：1、鉆頭的類(lèi)型2、金剛石鉆頭與PDC鉆頭的組成及區(qū)別；3、鉆頭的工作原理。導(dǎo)入新課：鉆頭是破碎巖石的主要工具，需要一定的鉆壓和轉(zhuǎn)速，鉆壓和轉(zhuǎn)速是由誰(shuí)產(chǎn)生和傳遞的呢？第一頁(yè)，共四十七頁(yè)。第二章鉆柱

一、鉆柱的作用與組成二、鉆柱的工作狀態(tài)與受力分析三、鉆柱設(shè)計(jì)四、本章需要10學(xué)時(shí)第二頁(yè)，共四十七頁(yè)。一、鉆柱的作用概念：鉆柱是鉆頭以上，水龍頭以下各部分的管柱的總稱。它包括方鉆桿、鉆桿、鉆挺、各種接頭、及穩(wěn)定器等井下工具。（一）、鉆柱在鉆井過(guò)程中的主要作用1、為鉆井液由井口流向鉆頭提供通道；2、給鉆頭施加適當(dāng)?shù)膲毫?鉆壓)，使鉆頭的工作刃不斷吃入巖石；3、把地面動(dòng)力(扭矩等)傳遞給鉆頭，使鉆頭不斷旋轉(zhuǎn)破碎巖石；4、起下鉆頭；5、根據(jù)鉆柱的長(zhǎng)度計(jì)算井深。第二章鉆柱§2-1鉆柱的作用與組成第三頁(yè)，共四十七頁(yè)。（二）鉆柱的特殊作用

1、通過(guò)鉆柱可以觀察和了解鉆頭的工作情況、井眼狀況及地層情況等；2、進(jìn)行取心、擠水泥、打撈井下落物、處理井下事故等特殊作業(yè)；3、對(duì)地層流體及壓力狀況進(jìn)行測(cè)試與評(píng)價(jià)，即鉆桿測(cè)試，又稱中途測(cè)試

第四頁(yè)，共四十七頁(yè)。

二、鉆柱組成方鉆桿鉆桿鉆鋌穩(wěn)定器配合接頭和保護(hù)接頭其它井下工具：減震器、震擊器、擴(kuò)眼器、鍵槽破壞器第二章鉆柱

§2-1鉆柱的作用與組成第五頁(yè)，共四十七頁(yè)。

（一）鉆桿

1、作用：傳遞扭矩和輸送鉆井液，延長(zhǎng)鉆柱。2、結(jié)構(gòu)：管體+接頭

第二章鉆柱§2-1鉆柱的作用與組成有效長(zhǎng)度第六頁(yè)，共四十七頁(yè)。

3、規(guī)范：

（1）壁厚：9～11mm（2）外徑：73.0，88.9（3?），101.6，114、（4?），127.0（5英寸），139.7（3）長(zhǎng)度：18～22ft，27～30ft，38～45ft第二章鉆柱

§2-1鉆柱的作用與組成4、接頭及絲扣（1）絲扣連接：

2）鉆桿接頭點(diǎn)（3）鉆桿接頭類(lèi)型：尺寸相等，絲扣類(lèi)型相同，公母扣相匹配。壁厚較大，外徑較大，強(qiáng)度較高。內(nèi)平、貫眼、正規(guī)。第七頁(yè)，共四十七頁(yè)。

內(nèi)平式：主要用于外加厚鉆桿。其特點(diǎn)是鉆桿通體內(nèi)徑相同，鉆井液流動(dòng)阻力??；但外徑較大，容易磨損。貫眼式：主要用于內(nèi)加厚鉆桿。其特點(diǎn)是鉆桿有兩個(gè)內(nèi)徑，鉆井液流動(dòng)阻力大于內(nèi)平式，但其外徑小于內(nèi)平式。正規(guī)式：主要用于內(nèi)加厚鉆桿及鉆頭、打撈工具。其特點(diǎn)是接頭內(nèi)徑加厚處內(nèi)徑管體內(nèi)徑，鉆井液流動(dòng)阻力大，但外徑最小，強(qiáng)度較大。三種類(lèi)型接頭均采用V型螺紋，但扣型、扣距、錐度及尺寸等都有很大的差別。第二章鉆柱

§2-1鉆柱的作用與組成第八頁(yè)，共四十七頁(yè)。5、鉆桿的通稱尺寸：指鉆桿本體外徑6．加重鉆桿

加重鉆桿是用厚壁鋼管制造的新型鉆柱構(gòu)件，管體兩端和中部有超長(zhǎng)的外加厚接頭或外加厚段，兼有鉆鋌和鉆桿的功能。它具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1)超長(zhǎng)的整體接頭可以提供較大的耐磨表面和重量，接頭螺紋可以多次修復(fù)；(2)比同尺寸的鉆桿重，管體和接頭外徑與普通鉆桿一致，內(nèi)孔是內(nèi)平的，內(nèi)孔直徑至少等于鉆鋌的內(nèi)徑。(3)中部外加厚段起小型穩(wěn)定器作用。受壓時(shí)管體可以撓曲，只有兩端和中部加厚段接觸井壁，管體本身不受磨損。

第二章鉆柱

§2-1鉆柱的作用與組成第九頁(yè)，共四十七頁(yè)。

(4)耐磨表面是用硬質(zhì)合金加固的接頭，壽命可以延長(zhǎng)4倍。鉆柱疲勞失效常發(fā)生在鉆鋌以上數(shù)根鉆桿上，因?yàn)閺你@鋌過(guò)渡到鉆桿時(shí)斷面急劇變化，彎曲應(yīng)力集中在這部分鉆桿上。如果在鉆鋌和鉆桿之間加入加重鉆桿，則可以緩和斷面的變化，減少應(yīng)力集中，從而減少鉆具事故。另外，與鉆鋌相比，加重鉆桿還有打撈容易、可縮短起下鉆時(shí)間、搬運(yùn)方便等優(yōu)點(diǎn)，并能保持定向井的方位，起到穩(wěn)斜作用。在大鉤負(fù)荷和鉆壓相同的情況下，使用加重鉆桿，還可提高鉆機(jī)的鉆深能力。國(guó)外加重鉆桿已廣泛用于直井和斜井，據(jù)統(tǒng)計(jì)已超過(guò)數(shù)百萬(wàn)根，但我國(guó)很少使用?，F(xiàn)就國(guó)外使用情況分述如下：

第二章鉆柱

§2-1鉆柱的作用與組成第十頁(yè)，共四十七頁(yè)。(1)用于直井：在鉆鋌和普通鉆桿之間連接15～30根加重鉆桿，就可防止與鉆鋌連接的鉆桿發(fā)生疲勞破壞；(2)用于定向井：定向井鉆柱中接上加重鉆桿后，可使鉆鋌和加重鉆桿不緊貼在井壁上，從而減少發(fā)生泥餅卡鉆的可能性，減少卸扣扭矩，在起鉆時(shí)上提拉力也不會(huì)超過(guò)井內(nèi)重量太多。此外，還能更好地控制井斜角和方位角，減少定向工作的次數(shù)，從而縮短定向井的建井周期。在定向井中，為了保證足夠的鉆壓，所需的加重鉆桿長(zhǎng)度比直井在同樣鉆壓下所需長(zhǎng)度大，一般在30°井眼中需加長(zhǎng)度15％，在45°井眼中需增加長(zhǎng)度40％，在60°井眼中需增加長(zhǎng)度100%。第二章鉆柱

§2-1鉆柱的作用與組成第十一頁(yè)，共四十七頁(yè)。

（二）鉆鋌1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：管體兩端直接車(chē)制絲扣，無(wú)專門(mén)接頭；壁厚大(38-53毫米），重量大，是鉆桿質(zhì)量的4～6倍剛度大。2、主要作用：(1)給鉆頭施加鉆壓;(2)減輕鉆頭的振動(dòng)、擺動(dòng)和跳動(dòng)等，使鉆頭工作平穩(wěn)；(3)控制井斜。3、類(lèi)型：光鉆鋌、螺旋鉆鋌、扁鉆鋌。常用尺寸：6-1/4，6-1/2，7，8，9英寸

第二章鉆柱

§2-1鉆柱的作用與組成有效長(zhǎng)度第十二頁(yè)，共四十七頁(yè)。（三）方鉆桿

1、類(lèi)型：四方形、六方形2、特點(diǎn)：壁厚較大，強(qiáng)度較高3、主要作用：傳遞扭矩和承受鉆柱的全部重量。4、常用尺寸：89mm(3-1/2英寸)，108mm(4-1/2英寸)，133.4mm(5-1/2英寸)。

5、方鉆桿統(tǒng)稱尺寸：方鉆桿統(tǒng)稱尺寸指方部截面邊寬

第十三頁(yè)，共四十七頁(yè)。6、方鉆桿技術(shù)規(guī)范

方鉆桿位于鉆柱的最上端，有四方形和六方形兩種。鉆進(jìn)時(shí)，方鉆桿與方補(bǔ)心、轉(zhuǎn)盤(pán)補(bǔ)心配合，將地面轉(zhuǎn)盤(pán)扭矩傳遞給鉆桿，以帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)。

標(biāo)準(zhǔn)方鉆桿全長(zhǎng)12．19m，驅(qū)動(dòng)部分長(zhǎng)11．25m。為了適應(yīng)鉆柱配合的需要，方鉆桿也有多種尺寸和接頭類(lèi)型。方鉆桿的壁厚一般比鉆桿大三倍左右，并用高強(qiáng)度合金鋼制造，故具有較大的抗拉強(qiáng)度及抗扭強(qiáng)度可以承受整個(gè)鉆柱的重量和旋轉(zhuǎn)鉆柱及鉆頭所需要的矩。第二章鉆柱

§2-1鉆柱的作用與組成上方保接頭下方保接頭第十四頁(yè)，共四十七頁(yè)。方鉆桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，上端始終處于轉(zhuǎn)盤(pán)面以上，下部則處在轉(zhuǎn)盤(pán)面以下。方鉆桿上端至水龍頭的連接部位的絲扣均為左旋絲扣(反扣)，以防止方鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)卸扣。方鉆桿下端至鉆頭的所有連接絲扣均為右旋轉(zhuǎn)扣(正扣)，在方鉆桿帶動(dòng)鉆柱旋轉(zhuǎn)時(shí)，絲扣越上越緊。為減輕方鉆桿下部接頭絲扣(經(jīng)常拆卸部位)的磨損，常在該部位裝保護(hù)接頭。加上兩端方保接頭，全長(zhǎng)14～15米。第二章鉆柱

§2-1鉆柱的作用與組成5、方鉆桿技術(shù)規(guī)范第十五頁(yè)，共四十七頁(yè)。（四）穩(wěn)定器

1、作用：防止井斜；控制井眼軌跡2、類(lèi)型：剛性穩(wěn)定器、不轉(zhuǎn)動(dòng)橡膠套穩(wěn)定器、滾輪穩(wěn)定器

其中：剛性穩(wěn)定器：螺旋棱（長(zhǎng)棱、短棱）；直棱（長(zhǎng)棱、短棱）第二章鉆柱

§2-1鉆柱的作用與組成第十六頁(yè)，共四十七頁(yè)。第二章鉆柱

§2-1鉆柱的作用與組成第十七頁(yè)，共四十七頁(yè)。（五）配合接頭1、作用：把兩端不符合連接條件的鉆柱連接在一起。2、接頭的類(lèi)型有效長(zhǎng)度有效長(zhǎng)度有效長(zhǎng)度有效長(zhǎng)度（1）（4）（3）（2）注：（1）公母扣接頭；（2）雙公扣接頭;（3）雙母扣接頭（4）特殊接頭第十八頁(yè)，共四十七頁(yè)。小結(jié)：1、鉆柱的作用：第二章鉆柱

§2-1鉆柱的作用與組成

鉆柱在鉆井過(guò)程中的主要作用鉆柱的特殊作用2、鉆柱組成：鉆桿、鉆鋌、方鉆桿、穩(wěn)定器、配合接頭作業(yè)：1、鉆柱的概念？2、鉆柱的作用有哪些？3、鉆柱的組成？第十九頁(yè)，共四十七頁(yè)。

一、鉆柱的工作狀態(tài)

1.起下鉆工況下：

（1）直井：直的拉伸、滑動(dòng)（2）斜井：隨井眼傾斜和彎曲，滑動(dòng)。

2.正常鉆進(jìn)工況下

上部受拉伸，下部受壓彎曲；在扭矩作用下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。下部鉆柱彎曲的原因：鉆壓的作用使下部鉆柱受壓縮，當(dāng)壓力達(dá)到鉆柱的臨界壓力，鉆柱將失去直線穩(wěn)定狀態(tài)而發(fā)生彎曲并與井觸。壓力較大時(shí)可能發(fā)生多次彎曲。第二章鉆柱

§2-2鉆柱的工作狀態(tài)及受力分析第二十頁(yè)，共四十七頁(yè)。

3.鉆柱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)形式：

(1)自轉(zhuǎn)。鉆柱像一根柔性軸，圍繞自身軸線旋轉(zhuǎn)。鉆柱自轉(zhuǎn)時(shí)，在整個(gè)圓周上與井壁接觸，產(chǎn)生均勻磨損。彎曲鉆柱在自轉(zhuǎn)時(shí)，受到交變彎曲應(yīng)力的作用，容易發(fā)生疲勞破壞。在軟地層彎曲井段，鉆柱自轉(zhuǎn)容易形成鍵槽，起鉆時(shí)可能造成卡鉆事故。(2)公轉(zhuǎn)。鉆柱像一個(gè)剛體，圍繞著井眼軸線旋轉(zhuǎn)并沿著井壁滑動(dòng)。鉆柱公轉(zhuǎn)時(shí)，不受交變彎曲應(yīng)力的作用，但產(chǎn)生不均勻的單向磨損(偏磨)，從而加快了鉆柱的磨損和破壞。

第二章鉆柱

§2-1鉆柱工作狀態(tài)及受力分析第二十一頁(yè)，共四十七頁(yè)。第二章鉆柱

§2-1鉆柱工作狀態(tài)及受力分析

（3）公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)的結(jié)合

鉆柱圍繞井眼軸線旋轉(zhuǎn)，同時(shí)圍繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，即不是沿著井壁滑動(dòng)而是滾動(dòng)。在這種情況下，鉆柱磨損均勻，但受交變應(yīng)力的作用，循環(huán)次數(shù)比自轉(zhuǎn)時(shí)低得多。比較簡(jiǎn)單。

（4）縱向振動(dòng)—鉆頭振動(dòng)引起，產(chǎn)生交變應(yīng)力。

(5）扭轉(zhuǎn)振動(dòng)—由井底對(duì)鉆頭旋轉(zhuǎn)阻力的變化引起，產(chǎn)生交變扭剪應(yīng)力。

（6）橫向擺振—達(dá)到某一臨界轉(zhuǎn)速，可能產(chǎn)生無(wú)規(guī)則擺動(dòng)，產(chǎn)生交變彎曲應(yīng)力。一般認(rèn)為彎曲鉆柱旋轉(zhuǎn)的主要形式是自轉(zhuǎn)，但也可能產(chǎn)生公轉(zhuǎn)或兩種運(yùn)動(dòng)形式的結(jié)合，既有自轉(zhuǎn)，也有公轉(zhuǎn)。第二十二頁(yè)，共四十七頁(yè)。二、鉆柱的受力分析

1.概述 （1）自重產(chǎn)生的拉力 （2）鉆壓產(chǎn)生的壓力 （3）鉆井液的浮力 （4）摩擦阻力 （5）循環(huán)壓降產(chǎn)生的附加拉力 （7）起下鉆時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)載荷 （8）扭距 （9）彎曲應(yīng)力 （10）離心力 （11）外擠力 （12）振動(dòng)產(chǎn)生的交變應(yīng)力

鉆柱受力最嚴(yán)重的部位： 1）井口斷面—拉力最大，扭距最大； 2）下部受壓彎曲部分—交變軸向應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、扭剪應(yīng)力 3）中性點(diǎn)—拉壓交變載荷。軸向力第二章鉆柱

§2-2鉆柱工作狀態(tài)及受力分析第二十三頁(yè)，共四十七頁(yè)。

（二）.鉆柱的受力分析1、軸向拉力和壓力（1）自重產(chǎn)生的軸向拉力（井內(nèi)掏空時(shí)）：（2）浮重產(chǎn)生的軸向力：

式中：

稱為“浮力減輕系數(shù)”（3）正常鉆進(jìn)時(shí)的軸向力：WF第二章鉆柱

§2-2鉆柱工作狀態(tài)及受力分析第二十四頁(yè)，共四十七頁(yè)。（4）其它軸向力的計(jì)算循環(huán)壓降引起的附加軸向拉力：滑動(dòng)摩擦阻力：動(dòng)載荷：（5）起下鉆時(shí)鉆柱軸向力：第二章鉆柱

§2-2鉆柱工作狀態(tài)及受力分析第二十五頁(yè)，共四十七頁(yè)。 （5）中性點(diǎn)

鉆柱上軸向力等于零的點(diǎn)(Ｎ點(diǎn))(亦稱中和點(diǎn)，NeutralPoint)。

垂直井眼中鉆柱的中性點(diǎn)高度：

式中：—中性點(diǎn)距井底的高度，m。

重要意義：

1）設(shè)計(jì)鉆柱時(shí)要確保中性點(diǎn)始終落在鉆鋌上。為什么？ 2）指導(dǎo)松扣、造扣等特殊作業(yè)。 3）中性點(diǎn)附近鉆柱受交變應(yīng)力作用，易疲勞破壞。

鉆柱軸向力分布與中性點(diǎn)第二章鉆柱

§2-2鉆柱工作狀態(tài)及受力分析第二十六頁(yè)，共四十七頁(yè)。第二章鉆柱

§2-2鉆柱工作狀態(tài)及受力分析2．扭矩3．彎曲力矩4．離心力（1）轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井時(shí)，轉(zhuǎn)盤(pán)扭矩是由鉆柱傳遞給鉆頭。井口最大。（2）在井下動(dòng)力鉆井中，鉆柱承受的扭矩為動(dòng)力鉆具的反扭矩，在井底處最大，往上逐漸減小。

在轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井中，鉆柱彎曲。產(chǎn)生彎曲力矩的作用當(dāng)鉆柱繞井眼軸線公轉(zhuǎn)時(shí)，將產(chǎn)生離心力。離心力將引起鉆柱彎曲或加劇鉆柱的彎曲變形。第二十七頁(yè)，共四十七頁(yè)。5．外擠壓力鉆桿測(cè)試(DST)時(shí)，鉆桿將承受很大的外擠壓力。進(jìn)行鉆桿測(cè)試時(shí)，一般都在鉆柱底部裝一封隔器，用以封隔下部地層和管外環(huán)空。鉆桿下入井內(nèi)控制閥是關(guān)閉的，因此鉆井液不能進(jìn)入鉆桿內(nèi)，封隔器壓緊后打開(kāi)控制閥，地層流體才流入鉆柱內(nèi)。

第二章鉆柱

§2-2鉆柱工作狀態(tài)及受力分析第二十八頁(yè)，共四十七頁(yè)。7．扭轉(zhuǎn)振動(dòng)當(dāng)井底對(duì)鉆頭旋轉(zhuǎn)的阻力不斷變化時(shí)，會(huì)引起鉆柱的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，因而產(chǎn)生交變剪應(yīng)力，降低鉆柱的壽命。扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和鉆頭結(jié)構(gòu)、巖石性質(zhì)均勻程度、鉆壓及轉(zhuǎn)速等因素有關(guān)。特別是使用刮刀鉆頭鉆軟硬交錯(cuò)地層時(shí)，鉆柱可能產(chǎn)生劇烈的扭振，出現(xiàn)所謂“蹩跳”現(xiàn)象。第二章鉆柱

§2-2鉆柱工作狀態(tài)及受力分析6．縱向振動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)(特別是牙輪鉆頭)會(huì)引起鉆柱的縱向振動(dòng)，在鉆柱中性點(diǎn)附近產(chǎn)生交變的軸向應(yīng)力。縱向振動(dòng)和鉆頭結(jié)構(gòu)、所鉆地層性質(zhì)、泵量不均勻、鉆壓及轉(zhuǎn)速等因素有關(guān)。當(dāng)縱向振動(dòng)的周期和鉆柱本身固有的振動(dòng)周期相同時(shí)(或成倍當(dāng)鉆柱繞井眼軸線公轉(zhuǎn)時(shí)，將產(chǎn)生離心力。離心力將引起鉆柱彎曲或加劇鉆柱的彎曲變形。數(shù))，就會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象，振幅急劇增大。第二十九頁(yè)，共四十七頁(yè)。8．橫向擺振在某一臨界轉(zhuǎn)速下，鉆柱將出現(xiàn)擺振，其結(jié)果是使鉆柱產(chǎn)生公轉(zhuǎn)，引起鉆柱嚴(yán)重偏磨。由以上分析可知，轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井時(shí)鉆柱的受力情況是比較復(fù)雜的。這些載荷就性質(zhì)來(lái)講，可分為不變的和交變的兩大類(lèi)。由軸向載荷和扭矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力、壓應(yīng)力和剪應(yīng)力屬于不變應(yīng)力；屬于交變應(yīng)力的有彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)引起的剪應(yīng)力。第二章鉆柱

§2-2鉆柱工作狀態(tài)及受力分析第三十頁(yè)，共四十七頁(yè)。三、鉆柱的損壞鉆柱的損壞形式：疲勞破壞（純疲勞破壞；傷痕疲勞破壞；腐蝕疲勞破壞）1、疲勞破壞：指鉆柱在長(zhǎng)期交變應(yīng)力的作用下發(fā)生的破壞。（1）純疲勞破壞：指鉆柱在沒(méi)有任何其他原因發(fā)生的破壞。（2）傷痕疲勞破壞：（鉆柱本身缺陷；電弧燒傷；大鉗咬傷；卡瓦傷痕等）（3）腐蝕疲勞破壞：（化學(xué)腐蝕；電化學(xué)腐蝕）2、氫脆破壞：就是鉆柱在硫化氫介質(zhì)中發(fā)生的突然斷裂和裂縫。即氫原子滲入到金屬中產(chǎn)生的破壞。3、減少疲勞破壞采取的措施（1）鉆桿始終處于拉伸狀態(tài)，保證鉆鋌在鉆井液中的重力大于最大鉆壓。（2）使用減震器（3）彎曲井段使用加重鉆桿（4）使用好起下鉆工具（5）控制好鉆井掖性能（6）定期檢查鉆桿第二章鉆柱

§2-2鉆柱工作狀態(tài)及受力分析第三十一頁(yè)，共四十七頁(yè)。

一、設(shè)計(jì)內(nèi)容

1、尺寸選擇2、鉆鋌柱長(zhǎng)度計(jì)算3、鉆桿柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)及校核。二、設(shè)計(jì)原則：1、滿足強(qiáng)度（抗拉、抗擠強(qiáng)度等）要求，保證鉆柱安全工作；2、盡量減輕整個(gè)鉆柱的重力，以便在現(xiàn)有的抗負(fù)荷能力下鉆更深的井。三、鉆柱尺寸選擇1.依據(jù)：（1）鉆機(jī)的提升能力；（2）井眼尺寸；（3）地質(zhì)條件；（4）工藝要求；（5）供貨情況。第二章鉆柱

§2-3鉆柱設(shè)計(jì)第三十二頁(yè)，共四十七頁(yè)。3.經(jīng)驗(yàn)配合關(guān)系第二章鉆柱

§2-3鉆柱設(shè)計(jì)（6）井身結(jié)構(gòu)（7）防斜措施2、原則（1）盡量選用大尺寸的方鉆桿（2）在鉆機(jī)提升能力允許的條件下選用大尺寸的鉆桿（3）鉆鋌一般選用與鉆桿接頭相等或相近的尺寸

第三十三頁(yè)，共四十七頁(yè)。4、使用大直徑鉆鋌具有下列優(yōu)點(diǎn)：1、可用較少的鉆鋌滿足所需鉆壓的要求，減少鉆鋌，也可減少起下鉆時(shí)連接鉆鋌的時(shí)間；2、提高了鉆頭附近鉆柱的剛度，有利于改善鉆頭工況；3、鉆鋌和井壁的間隙較小，可減少連接部分的疲勞破壞；4、有利于防斜。第二章鉆柱

§2-3鉆柱設(shè)計(jì)第三十四頁(yè)，共四十七頁(yè)。 四、鉆鋌長(zhǎng)度的確定

浮重原則：保證在最大鉆壓時(shí)鉆桿不承受壓縮載荷，即保持中性點(diǎn)始終處在鉆鋌上。

計(jì)算公式： 式中：—鉆鋌長(zhǎng)度，m； —設(shè)計(jì)的最大鉆壓，kN； —安全系數(shù)，考慮附加力（動(dòng)載、井壁摩擦力等），防止中性點(diǎn)移動(dòng)較弱的鉆桿上，一般取=1.15～1.25； —每米鉆鋌在空氣中的重力，kN/m；

KB—浮力系數(shù)； —井斜角度數(shù)，直井時(shí)，=0°。第二章鉆柱

§2-3鉆柱設(shè)計(jì)第三十五頁(yè)，共四十七頁(yè)。

五、鉆桿柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)

1.強(qiáng)度條件Ft

≤Fa

式中：Ft

—鉆桿柱任一截面上的靜拉伸載荷，kN；Fa—鉆桿柱的最大安全靜拉力，kN。

（1）鉆桿在屈服強(qiáng)度下的抗拉載荷： 鉆桿材料的屈服強(qiáng)度所允許的最大抗拉載荷。

式中：—鉆桿鋼材的最小屈服強(qiáng)度，MPa；—鉆桿的橫截面積，cm2；—最小屈服強(qiáng)度下的抗拉載荷，kN。 可以計(jì)算,也可以從表2－14中查出。第二章鉆柱

§2-3鉆柱設(shè)計(jì)第三十六頁(yè)，共四十七頁(yè)。

（2）鉆桿的最大允許拉伸力Fp：

式中：—鉆桿的最大允許拉伸載荷，kN。（3）鉆桿的最大安全靜拉力Fa： ①安全系數(shù)法（考慮起下鉆時(shí)的動(dòng)載及摩擦力）

式中：—安全系數(shù)，一般取1.30。 ②設(shè)計(jì)系數(shù)法（考慮卡瓦擠壓）

③拉力余量法

式中：MOP—拉力余量，一般取200～500KN。第二章鉆柱

§2-3鉆柱設(shè)計(jì)第三十七頁(yè)，共四十七頁(yè)。 2.鉆桿柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)

按最大安全靜拉力Fa設(shè)計(jì)鉆桿柱的最大允許下深（長(zhǎng)度）。。

（1）單一鉆桿柱設(shè)計(jì)

強(qiáng)度條件： 最大允許下深：

（2）復(fù)合鉆桿柱設(shè)計(jì)（深井） 思路：由下而上，所受拉伸載荷逐漸增大，強(qiáng)度應(yīng)逐漸增大。故由鉆鋌上面第一段鉆桿開(kāi)始，先選擇強(qiáng)度較低的鉆桿，確定其許用長(zhǎng)度；再逐段向上選擇強(qiáng)度更高的鉆桿進(jìn)行設(shè)計(jì)。這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的鉆桿柱，由下而上強(qiáng)度逐級(jí)增大以滿足抗拉強(qiáng)度的要求。 每段鉆桿滿足強(qiáng)度條件：第二章鉆柱

§2-3鉆柱設(shè)計(jì)第三十八頁(yè)，共四十七頁(yè)。鉆鋌上面第一、二、三、四段鉆桿的長(zhǎng)度相應(yīng)各段鉆桿的最大安全靜拉力相應(yīng)各段鉆桿在空氣中的單位長(zhǎng)度重力第二章鉆柱

§2-3鉆柱設(shè)計(jì)第三十九頁(yè)，共四十七頁(yè)。3.強(qiáng)度較核

（1）抗外擠強(qiáng)度較核： 式中:──最大安全外擠載荷,MPa；──鉆桿的最小抗擠壓力，MPa；──安全系數(shù)，一般應(yīng)不小于1.125。 （2）抗扭強(qiáng)度較核：

式中：M-鉆桿承受的扭矩,kNm；

P-使鉆柱旋轉(zhuǎn)所需的功率，kW；

n-轉(zhuǎn)速，rpm。 （3）抗內(nèi)壓強(qiáng)度較核： 不同尺寸、鋼級(jí)和級(jí)別的鉆桿的最小抗內(nèi)壓力可在APIRP7G標(biāo)準(zhǔn)中查得，用適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)去除它，即得其許用凈內(nèi)壓力第二章鉆柱

§2-3鉆柱設(shè)計(jì)第四十頁(yè)，共四十七頁(yè)。例題1某井用Φ127mm鉆桿(372.4N/m)2200m，Φ158.8mm鉆鋌(1328N/m)150m及Φ212mm鉆頭，鉆井液密度1.2kg/l。鉆進(jìn)時(shí)加鉆壓180kN，求中性點(diǎn)位置。[解]：①0.846②164千牛<180千牛，故中性點(diǎn)落在鉆桿上③設(shè)中性點(diǎn)高度（距井底距離）為米 =200.786米第四十一頁(yè)，共四十七頁(yè)。 例題2

（1）設(shè)計(jì)參數(shù)

①井深:5000m;②井徑:215.9mm(8-1/2in);③鉆井液密度:1.2g/cm3;④鉆壓:180kN;⑤井斜角:3°;⑥拉力余量:200kN(本例假設(shè));⑦卡瓦長(zhǎng)度:406.4mm;⑧安全系數(shù)：1.30(本例假設(shè))。（2）鉆鋌選擇：

①選用外徑158.75mm(6-1/4in)、內(nèi)徑57.15mm(2-1/4in)鉆鋌，每米重力qc=1.35kN/m。②計(jì)算鉆鋌長(zhǎng)度:

六、鉆柱—設(shè)計(jì)第四十二頁(yè)，共四十七頁(yè)。

式中:─最大鉆壓,180kN;─安全系數(shù),取=1.18;─每米鉆鋌在空氣中的重力,1.35kN/m；─浮力系數(shù),計(jì)算得=0.85;─井斜角,=3°。計(jì)算得：=180×1.18/1.35×0.85×cos3°=185(m)按每米鉆鋌10m計(jì)，需用19根鉆鋌,總長(zhǎng)190m。 （3）選擇第一段鉆桿（接鉆鋌）

①選用外徑127mm、內(nèi)徑108.6mm，每米重284.69N/m，E級(jí)新鉆桿，最小抗拉載荷=1760KN。②最大長(zhǎng)度計(jì)算:最大安全靜拉載荷為:=0.9×1760/1.30=1218.46(kN)=0.9×1760/1.42=1115.49(kN)=0.9×1760-200=1384(kN)

第四十三頁(yè)，共四十七頁(yè)。

由上面的計(jì)算可以看出,按卡瓦擠毀比值計(jì)