【正文】 800 SJ0081 常規(guī) 中間 8001550 N80 750 SJ0081 常規(guī) 中間 15501800 N80 250 SJ0081 常規(guī) 油層 01830 J55 1830 SJ0081 常規(guī) 油層 18302980 N80 1150 SJ0081 常規(guī) 油層 29803280 N80 300 東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì) 21 第 4 章 鉆柱設(shè)計(jì) 鉆柱設(shè)計(jì)原理 所需鉆鋌長(zhǎng)度的計(jì)算公式 N maxccBcosSWL qK ?? （ 41） 式中： cL 為所需鉆鋌長(zhǎng)度， m ； NS 為安全系數(shù)，一般取 NS =； maxW 為設(shè)計(jì)的最大鉆壓， kN ； cq 為每米鉆鋌在空氣中的重力， kNm 。 2. 鉆桿長(zhǎng)度計(jì)算及安全校核 鉆桿長(zhǎng)度 1 9 . 1 2 0 0 9 . 1 4 1 6 3 . 6 ( m )pL D n? ? ? ? ?根數(shù) ( ) ?? 根，實(shí)際取 18 根。 校核鉆桿抗擠強(qiáng)度： ? ?3 6= = 9 10 20 0 36 .4 25 10 = 9 MPadp gH S? ? ? ? ? ? ?外 擠 擠 一開(kāi)時(shí)鉆桿下部所受最大拉力為下部鉆鋌浮重： 0 . 8 7 3 2 . 1 9 3 6 . 4 6 9 . 6 ( K N )t B c cF K q L? ? ? ? ? 按照雙向應(yīng)力校核鉆桿抗擠強(qiáng)度， 4%?? ??，查《石油工程》圖 96? 雙向應(yīng)力橢圓可知， 96%s??? ? ，因此，鉆桿受拉后抗擠強(qiáng)度降低為： 39。 此時(shí) dB s 1 .2 41 1 0 .8 4 17 .8K ??? ? ? ? ?，最大鉆壓 max 10tW ? ， N ? 則鉆鋌長(zhǎng)度為 ? ?3N m a xc 3cB 1 . 1 8 1 0 1 0 9 . 8 6 2 . 7 9 m2 . 1 9 1 0 0 . 8 4 1SWL qK ? ? ?? ? ???，所用根數(shù)為 ? ? ?? 根。 則鉆桿許用長(zhǎng)度為 c c Bpp1 1 1 6 2 . 1 9 6 3 . 7 0 . 8 4 1 4 1 7 0 m 1 8 0 0 m2 8 4 . 7 8 / 1 0 0 0 0 . 8 4 1aBF q L KL qK? ? ? ?? ? ?? 實(shí)際鉆桿長(zhǎng)度 2 9 . 1 1 8 0 0 9 . 1 7 1 7 3 6 . 3 (m )pL D n? ? ? ? ? 根數(shù) 1 7 3 6 .3 1 9 0 .8 ( )9 .1n ?? 根，實(shí)際取 191 根。 東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì) 25 三次開(kāi)鉆鉆具組合 1800 3280m? 井段 1. 鉆鋌長(zhǎng)度的確定 查《鉆井手冊(cè)（甲方）》選擇鉆鋌 ,鉆鋌外徑 ，內(nèi)徑 ，均重c N mq ? 。 計(jì)算最大安全靜拉載荷為： ① 安全系數(shù)法 ? ?ya1 S ?? ? ? ② 設(shè)計(jì)系數(shù)法：選取卡瓦長(zhǎng)度 ? ， ? ，則112212 .7 4 12 .7 41 1 1. 422 2 2 40 .6 4 2 40 .6 4ytdK dKLL??? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?ya2 yt0 . 9 0 . 9 1 0 2 6 . 7 7 6 5 0 . 7 8 k N1 . 4 2FF ?? ?? ? ? ③ 拉力余量法：取拉力余量 445KNMOP? ? ?a 3 y0. 9 = 0. 9 10 26 .7 7 44 5 47 9 kNF F M O P? ? ? ? ? 比較三種安全校核知拉力余量法計(jì)算的值最小，作為抗拉安全強(qiáng)度2 11 16 ( KN )aaFF?? 。 則鉆桿許用長(zhǎng)度為 c c B 1 1p226 9 8 1 . 2 1 2 2 0 9 . 3 0 . 8 3 2 1 7 3 / 1 0 0 0 1 8 5 6 . 4 0 . 8 3 2 1 2 9 3 m2 0 4 . 3 4 / 1 0 0 0 0 . 8 3 2a p p BpBF q L K q L KL qK?? ? ? ? ? ? ?? ? ?? 12 。 查《鉆井手冊(cè)（甲方）》選擇鉆桿，鉆桿外徑 ，內(nèi)徑 ，均重? ,鋼級(jí) E 級(jí)，鉆桿抗拉強(qiáng)度 y ? ，抗擠強(qiáng)度 D ? ? ，抗拉安全系數(shù)為 ? ，抗擠安全系數(shù) ?擠 。 從而實(shí)際用 23 根鉆鋌，鉆鋌實(shí)際度為 ? ?c 9 .1 2 3 2 0 9 .3 mL ? ? ? 。 94 % 0. 94 68 .9 6 64 .8 2( Mpa )DD??? ? ? ? ? 由于 39。 2. 鉆桿長(zhǎng)度計(jì)算及安全校核 查《鉆井手冊(cè)（甲方）》選擇鉆桿，鉆桿外徑 127mm，內(nèi)徑 ，均重? ,鋼級(jí) E 級(jí)，鉆桿抗拉強(qiáng)度 y ? ，抗擠強(qiáng)度 D ? ? ，抗拉安全系數(shù)為 ? ，抗擠安全系數(shù) ?擠 。= 1 .7 9 M p a 6 6 .2 0 M p a DP ???外 擠 ，所以滿足抗擠強(qiáng)度。 計(jì)算最大安全靜拉載荷為： ① 安全系數(shù)法 ? ?ya1 1219 S ?? ? ? ② 設(shè)計(jì)系數(shù)法：選取卡瓦長(zhǎng)度 ? ， ? ，則 112212 .7 4 12 .7 41 1 1. 422 2 2 40 .6 4 2 40 .6 4ytdK dKLL??? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?ya2 yt0 . 9 0 . 9 1 7 6 0 . 3 1 1 1 6 k N1 . 4 2FF ?? ?? ? ? ③ 拉力余量法：取拉力余量 445KNMOP? ? ?a 3 = 17 60 .3 44 5 11 39 kNF F M O P? ? ? ? ? 比較 三種安全 校核知設(shè) 計(jì)系數(shù)法計(jì) 算的值最 小，作為抗 拉安全強(qiáng)度2 1116( K N )aFa F?? 。 此時(shí) dB s 0 .9 91 1 0 .8 7 37 .8K ??? ? ? ? ?，最大鉆壓 max 5tW ? ， N ? 則鉆鋌長(zhǎng)度為 ? ?3N m a xc 3cB 1 . 1 8 5 1 0 9 . 8 3 0 . 2 4 m2 . 1 9 1 0 0 . 8 7 3SWL qK ? ? ?? ? ???，所用根數(shù)為 ? ?30 .2 4 3. 39. 1n ?? 根。 中間套管設(shè)計(jì)結(jié)果 表 3— 9 中間套管設(shè)計(jì)參數(shù) 井號(hào) 套管 類(lèi)型 井段 （ m） 鋼級(jí) 外徑 （ m） 壁厚 （ mm） 長(zhǎng)度 （ m） 抗拉安全系數(shù) 抗擠安全系數(shù) SJ0081 常規(guī) 0800 J55 800 SJ0081 常規(guī) 8001550 N80 750 SJ0081 常規(guī) 15501800 N80 250 表層套管柱設(shè)計(jì) 東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì) 19 按抗外擠強(qiáng)度設(shè)計(jì)由下向上選擇第一段套管 由公式 31 可知最大外擠壓力為 c o 1 d 10 . 0 0 9 8 1 0 . 0 0 9 8 1 0 . 9 9 2 0 0 1 . 9 4 ( M P a )pD ?? ? ? ? ? 1 ( Mpa )D c o DpS? ? ? ? ? ? 查《鉆井工藝手冊(cè)》表 38 選擇第一段套管 表 310 第一段套管鋼級(jí)選 鋼級(jí) 外徑 （ mm） 壁厚 （ mm） 均重 （ N/m） 抗拉強(qiáng)度 （ kN） 抗擠強(qiáng)度 （ MPa） 內(nèi)徑 （ mm） ?s （ kN） J55 實(shí)際抗擠安全系數(shù) 1117 . 7 9 1 4 . 0 8 1 . 1 2 51 . 9 4DDcoS p?? ? ? ? 假設(shè)設(shè)計(jì)到井口 331 1 1 1 0 7 9 5 . 4 2 0 0 1 0 1 5 9 . 0 8 (K N )W q L ??? ? ? ? ? ? 抗拉安全系數(shù) 1112 2 8 6 . 4 1 4 . 3 7 1 . 31 5 9 . 0 8TT FS W? ? ? ? 滿足抗拉要求。 3 2 7 8 . 3 5 . 5 1 . 31 5 8 . 7 4 3 7 . 8 5TT FS WW? ? ? ??? 抗拉滿足要求。 39 0 % 0 .9 1 3 .9 2 7 1 2 .5 3 4 ( M p a )DD??? ? ? ? ?， 第三段套管抗擠安全系數(shù) 339。 1 0 5 8 3 . 8 7 5 0 1 0 4 3 7 . 8 5 (K N )W q L ??? ? ? ? ? ? 332 39。 295 % 0. 95 21 .3 05 20 .2 4( Mpa )DD??? ? ? ? ?， 水泥面處抗擠安全系數(shù) 239。第一段套管頂部受到的拉伸載荷為 1W ，抗拉安全系數(shù)為 11 1 3 6 6 9 . 8 2 3 . 1 2 1 . 31 5 8 . 7TT FS W? ? ? ?,抗拉滿足要求。 根據(jù)地層壓力資料可得最大地層壓力梯度為 3g/cm ，故： 東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì) 15 6g a s 1 . 2 2 1 0 0 0 9 . 8 3 2 8 0 1 0 3 9 . 2 2 ( M p a )p ?? ? ? ? ? ? 4 0 . 0 0 0 1 1 1 5 5 0 . 5 5 3 2 8 01 . 1 1 5 5 1 03 9 . 2 2 3 2 . 0 7 ( M p a )gasi GDpp ee? ???? ? ? 抗內(nèi)壓安全系數(shù) i3 6 . 6 81 . 1 4 4 1 . 1 2 53 2 . 0 7S p?? ? ? ?內(nèi) 滿足抗內(nèi)壓要求。 3 39。 3 2 8 0 1 1 5 0 3 0 0 1 8 3 0 ( m )L ? ? ? ? 第三段套管重量： 333 39。 38 5 % 0 .8 5 3 3 .8 5 3 2 8 .7 7 5 ( M p a )DD??? ? ? ? ?， 第三段套管抗擠安全系數(shù) 339。39。39。 4 0 . 2 6 8 1 . 3 7 1 . 1 2 50 . 0 0 9 8 1 0 . 0 0 9 8 1 1 . 3 1 2 2 8 0DD dS D? ?? ? ? ???水 泥 面 水 泥 面 所以水泥面處滿足抗擠強(qiáng)度。假設(shè)第二段套管長(zhǎng)度增加 500m。 2. 水泥面處抗擠及抗拉校核 東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì) 13 水泥面以下第三段套管長(zhǎng) 50m,其重量為： 333 3 3 1 0 2 4 8 . 1 5 0 1 0 1 2 . 4 0 5 ( K N )W q L ??? ? ? ? ? ? 333 3 3 1 0 0 . 8 3 2 2 4 8 . 1 5 0 1 0 1 0 . 3 2 1 ( K N )cBW K q L ??? ? ? ? ? ? ? 水泥面處受到拉伸載荷： 1 2 3 7 2 . 8 1 3 4 . 1 7 1 0 . 3 2 1 2 1 7 . 2 9 1 ( K N )c c cW W W? ? ? ? ? ? 由32 1 7 .2 9 1 18%1 2 1 4 .4ZS?? ??， 查《石油工程》圖 96? 雙向應(yīng)力橢圓可知， 90%s??? ? ，因此，套管受拉后抗擠強(qiáng)度降低為： 3 39。 332 2 2 1 0 2 4 8 . 1 6 5 0 1 0 1 6 1 . 1 3 5 (K N )W q L ??? ? ? ? ? ? 332 2 2 1 0 0 . 8 3 2 2 4 8 . 1 6 5 0 1 0 1 3 4 . 1 7 ( K N )cBW K q L ??? ? ? ? ? ? ? 第二段套管抗拉安全系數(shù)： 22121548 6 . 2 3 1 . 38 7 . 4 9 1 6 1 . 1 3 5TT FS WW? ? ? ??? 滿足抗拉要求。 2. 第一段套管抗拉安全系數(shù)校核、第二段套管抗擠安全系數(shù)校核 浮力系數(shù) ： ? 331 1 1 1 0 2 9 1 . 9 3 0 0 1 0 8 7 . 4 9 ( K N )W q L ??? ? ? ? ? ? 331 1 1 1 0 0 . 8 3 2 2 9 1 . 9 3 0 0 1 0 7 2 . 8 ( K N )cBW K q L ??? ? ? ? ? ? ? 抗拉安全系數(shù)為： 1111 9 0 3 .8 2 1 .7 6 1 .38 7