【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 鎖 接 頭 外 徑 內(nèi) 徑 長(zhǎng)度(m) 每米質(zhì)量(kg/m) 附加量(kg/根 ) 外 徑 長(zhǎng) 度 質(zhì)量 (kg/個(gè) 外 徑 內(nèi) 徑 切口寬 公鎖接頭長(zhǎng) 母鎖接頭長(zhǎng) 連接后全長(zhǎng) 內(nèi) 加 厚 42 50 60 32 39 48 57 65 75 130 140 140 57 65 75 22 28 38 40 45 50 165 190 215 230 255 290 355 395 445 外 加 厚 60 73 89 48 59 69 86 105 118 140 165 165 86 105 121 68 50 50 241 355 310 280 481 533 除單獨(dú)說(shuō)明者外，單位均為 mm。 鉆桿柱的工作狀態(tài)： 鉆桿柱在孔內(nèi)的工況隨鉆進(jìn)方法、鉆進(jìn)工序的不同而異。鉆桿柱主要是在起下鉆和鉆進(jìn)這兩種條件下工作。 在起下鉆時(shí)，鉆桿柱不接觸孔底，整個(gè)鉆桿柱處于懸持狀態(tài)，在自重作用下，鉆桿柱處于受拉伸的穩(wěn)定狀態(tài)。 圖 22 鉆桿在孔內(nèi)的波形彎曲 在正常鉆進(jìn)時(shí)，由于鉆桿柱自身的偏心和由于自重失穩(wěn)而產(chǎn)生的某些彎曲，造成鉆桿柱有一定的質(zhì)量偏離回轉(zhuǎn)中心。這些偏心質(zhì)量在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中則產(chǎn)生離心力，更促使鉆桿柱彎曲。與此同時(shí)，鉆桿柱給孔底工作的鉆頭傳送所需鉆壓主要依賴于鉆桿柱自身的質(zhì)量，多余的部分由鉆機(jī)提拉而減壓；如果壓力不足，則需靠鉆機(jī)補(bǔ)充（即所謂加壓鉆進(jìn)）。因此，鉆桿柱上還有由自重、鉆機(jī)給進(jìn)力及摩擦力合成的縱向壓力。在離心力、縱向壓力和扭矩的聯(lián)合作用 下，鉆桿柱軸線一般呈變節(jié)距的空間螺旋彎曲曲線形狀。彎曲程度取決于這三種力作用的大小。由于鉆桿柱愈往下，所受重力愈大，因此，彎曲的鉆桿柱軸線在孔底螺距最小，往上逐漸加大。如圖 22 所示。 我們把鉆桿柱中心線和鉆孔的軸線相交兩點(diǎn)間的一段縱向長(zhǎng)度稱為半波長(zhǎng)，以 l 表示。根據(jù)薩爾基索夫的理論推導(dǎo)，距零斷面（零斷面的概念見本節(jié)后續(xù)內(nèi)容）距離為 Z 處的半波長(zhǎng)可按式（ 21）計(jì)算。 (m) (21) 式中： q鉆桿柱在沖洗液中單位長(zhǎng)度的質(zhì)量， kg/m； 鉆桿柱轉(zhuǎn)速， r/min； Z所求斷面距零斷面的距離，在零斷面以下壓縮部分取負(fù)號(hào)，反之取正號(hào)， m； J鉆桿柱橫斷面的軸慣性矩， cm4。 薩爾基索夫公式的前提條件是理想的鉆桿柱在孔壁完整的鉆孔中以鉆孔軸線為中心作公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并呈平面彎曲，該公式僅表示了鉆桿柱在孔內(nèi)彎曲的基本狀態(tài)。 螺旋彎曲的鉆桿柱在孔內(nèi)是怎樣旋轉(zhuǎn)的呢 ?這是一個(gè)極為復(fù)雜的問(wèn)題。鉆 桿柱在孔內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可能有三種形式。 （ 1）鉆桿柱圍繞自身彎曲軸線旋轉(zhuǎn)（自轉(zhuǎn)）。鉆桿柱自轉(zhuǎn)時(shí)在整個(gè)圓周上與孔壁接觸，產(chǎn)生均勻的磨損，但受到交變彎曲應(yīng)力的作用。 （ 2）鉆桿柱圍繞鉆孔軸線旋轉(zhuǎn)并沿著孔壁滑動(dòng)（公轉(zhuǎn)）。鉆桿柱公轉(zhuǎn)時(shí)不受交變彎曲應(yīng)力的作用，但產(chǎn)生一邊偏磨。 （ 3）鉆桿柱圍繞鉆孔軸線旋轉(zhuǎn)，但不是沿著孔壁滑動(dòng)而是沿著孔壁反向滾動(dòng)（公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)的結(jié)合），鉆桿柱同時(shí)圍繞自身軸線和鉆孔軸線旋轉(zhuǎn)。其磨損均勻，也受到交變彎曲應(yīng)力的作用，但循環(huán)次數(shù)比第一種形式低得多。 從理論上講，如果鉆桿柱的 剛度各方向是均勻一致的，那么鉆桿柱以何種形式旋轉(zhuǎn)就取決于外界阻力的大小，按照常規(guī)是以消耗能量最小的形式轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)鉆桿柱自轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò)的行程比其他運(yùn)動(dòng)形式都小，克服泥漿阻力及孔壁摩擦力所消耗的能量也較小。因此，一般認(rèn)為呈半波彎曲的鉆桿柱的主要形式是自轉(zhuǎn)，但也可能產(chǎn)生兩種形式的結(jié)合，即有時(shí)以自轉(zhuǎn)為主 +公轉(zhuǎn)，有時(shí)以公轉(zhuǎn)為主 +自轉(zhuǎn)。 鉆柱的受力： 在鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆桿柱承受著各種載荷的作用。 1. 軸向壓力和拉力 當(dāng)鉆孔達(dá)到一定深度時(shí)，孔內(nèi)鉆桿柱的重力已超過(guò)了鉆頭所能承受的鉆壓值，則必須減壓鉆進(jìn)。即上部鉆 桿柱受拉，其中孔口處拉力最大，向下逐漸減小；下部鉆桿柱受壓，孔底壓力最大（圖 23）。在某一深處軸向力等于零，稱之為零斷面或中和點(diǎn)。在施工中我們應(yīng)該設(shè)計(jì)使中和點(diǎn)落在剛度大、抗彎能力強(qiáng)的鉆鋌上，保證上部的鉆桿處于受拉伸的穩(wěn)定狀態(tài)。即使在小口徑的條件下不可能使用鉆鋌，也應(yīng)避免落在強(qiáng)度和剛度較弱的舊鉆桿上，以免加劇其受壓彎曲，在自轉(zhuǎn)中造成疲勞破壞。 圖 23 軸向力分布示意圖 2. 扭矩 鉆進(jìn)中鉆桿柱受到扭矩的作用，在鉆桿柱各個(gè)截面上都產(chǎn)生剪應(yīng)力。 鉆桿柱在孔口處承受的扭矩最大，在孔底最小。 3. 彎矩與離心力 已經(jīng)彎曲的鉆桿柱在軸向力的作用下，將受到彎矩的作用，如繞自身軸旋轉(zhuǎn)則會(huì)產(chǎn)生交變的彎曲應(yīng)力。如鉆桿柱公轉(zhuǎn)，則產(chǎn)生離心力。離心力又將加劇鉆桿柱的彎曲變形。 4. 縱振、扭振與擺振 孔底跳躍式的破碎巖石（尤其是沖擊鉆進(jìn)、牙輪鉆進(jìn)或鉆進(jìn)破碎巖石的條件下）會(huì)引起鉆桿柱的縱向振動(dòng)，在中和點(diǎn) 附近產(chǎn)生交變的軸向應(yīng)力。當(dāng)產(chǎn)生共振時(shí)，鉆桿柱容易疲勞破壞。當(dāng)孔底巖石對(duì)鉆頭的回轉(zhuǎn)阻力不斷變化時(shí)，會(huì)引起鉆桿柱的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，從而產(chǎn)生交變的剪應(yīng)力。在某一臨界轉(zhuǎn)速下，鉆桿柱會(huì)出現(xiàn)擺振，其結(jié)果是迫使鉆桿柱公轉(zhuǎn)，引起鉆桿柱嚴(yán)重的偏磨。 由以上分析不難看出，鉆桿柱受力嚴(yán)重部位是下部、孔口處和零斷面附近。 第三節(jié) 套管設(shè)計(jì) 套管：優(yōu)質(zhì)無(wú)縫鋼管。一端為公扣，直接車在管體上；一端為帶母扣的套管接箍。 套管的尺寸系列： API 標(biāo)準(zhǔn)套管： 4 1/2， 5， 5 1/2， 6 5/8， 7， 75/8， 8 5/8，9 5/8， 10 3/4， 11 3/4， 13 3/8， 16， 18 5/8， 20；共 14種。 壁厚： ～ mm。 小直徑的套管壁厚小一些，大直徑的套管 壁厚 大一些。 另外有非標(biāo)準(zhǔn)的鋼級(jí)和壁厚。 套管的鋼級(jí)： API 標(biāo)準(zhǔn)： H40， J55， K55， C75， L80， N80， C90， C95，P110， Q125。（數(shù)字 1000 為套管的最小屈服強(qiáng)度 kpsi）。 1kpsi= 其中， H40， J55， K55， C75， L80， C90 是抗硫的。 連接螺紋的類型 API 標(biāo)準(zhǔn)：短圓（ STC）、長(zhǎng)圓（ LTC）、梯形（ BTC）、直連型（ XL） 套管柱：由同一內(nèi)徑、不同鋼級(jí)、不同壁厚的套管用接箍連接組成的管柱。特殊情況下也使用無(wú)接箍套管柱。 二、套管柱受力分析及套管強(qiáng)度 套管柱在井內(nèi)所受外載復(fù)雜。在不同時(shí)期（下套管過(guò)程中、注水泥時(shí)、后期開采等過(guò)程中）套管柱的受力也不同。 在分析和設(shè)計(jì)中主要考慮基本載荷：軸向拉力、外擠壓力及內(nèi)壓力。 套管柱設(shè)計(jì)時(shí)按最危險(xiǎn)情況考慮。 軸向拉力及套管的抗拉強(qiáng)度 （ 1）套管的軸向拉力 自重產(chǎn)生的拉 力、彎曲產(chǎn)生的附加拉力、注水泥時(shí)產(chǎn)生的附加力、動(dòng)載、摩阻等。 ①自重引起的拉力 F0=Σ qL 103 qmi第 I種套管在鉆井液中的單位長(zhǎng)度重力，N； Li第 I 種套管的長(zhǎng)度， m； n組成套管柱的套管種類（鋼級(jí)、壁厚）。 ②套管彎曲引起的附加拉力 經(jīng)驗(yàn)公式： kN 在為定向井、水平井以及狗腿度嚴(yán)引起的附加拉力。 ③注水泥引起