【正文】 介紹了本鉆井工程設(shè)計(jì)軟件的設(shè)計(jì)流程圖基本界面以及軟件的運(yùn)行方 式 第 2 章 鉆井工程設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ) 第 4 頁 第 2 章 鉆井工程設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ) 21 鉆柱組合設(shè)計(jì) 鉆柱是鉆頭以上水龍頭以下部分的鋼管柱的總稱它包括方鉆 桿鉆桿鉆鋌各種接頭及穩(wěn)定器等井下工具鉆柱是鉆井的重要 工具它是聯(lián)通地下與地面的樞紐在轉(zhuǎn)盤鉆井時(shí)靠它來傳遞破碎 巖石鎖需要的能量給井底施加鉆壓以及循環(huán)鉆井液等在井下動(dòng) 力鉆井時(shí)井下動(dòng)力鉆具是用鉆柱送到井底并靠它來承受反扭矩同 時(shí)鉆頭和動(dòng)力鉆具所需要的液體能量也是通過鉆柱輸送到井底的 鉆柱設(shè)計(jì)包括鉆柱尺寸選擇和強(qiáng)度設(shè)計(jì)量方面內(nèi)容在設(shè)計(jì) 一般 遵循以下兩個(gè)原則 第一滿足強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度抗擠強(qiáng) 度要求保證鉆柱安全工作 第二盡量減輕整個(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 鉆柱尺寸選擇 具體對(duì)于一口井而言鉆柱尺寸的選擇首先取決于鉆頭尺寸和鉆機(jī) 的提升能力同時(shí)還要考慮每個(gè)地區(qū)的特點(diǎn)如地質(zhì)條件井身結(jié)構(gòu) 鉆具供應(yīng)以及防斜措施等選擇的基本原則 a 方鉆桿由于受到扭矩和拉力最大在供應(yīng)可能的情況下應(yīng)盡量選用 大尺寸方鉆桿 b 在鉆機(jī)提升能力允許的情況下選擇大尺寸鉆桿是有利的因?yàn)榇蟪? 寸鉆桿強(qiáng)度大水眼大鉆井液流動(dòng)阻力小且由于環(huán)空小鉆井液上 返速度高有利于攜帶巖屑入井的鉆柱力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以便于起下鉆 操作 c 鉆鋌尺寸一般選用與鉆桿接頭外徑相等或相近的尺寸有時(shí)根據(jù) 防斜措施來選擇鉆鋌的直徑常用的鉆頭尺寸與鉆柱尺寸配合列于下表 21 供參考 第 2 章 鉆井工程設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ) 第 5 頁 表 21 鉆頭尺寸與鉆柱尺寸 鉆頭直徑 mm in 鉆鋌 外徑 鉆桿外徑 方鉆桿方寬 mm in mm in mm in 299 113 ／ 4 203 8 168 658 152 6 248299 9341134 178203 78 140 512 133152 5146 197248 73 ／ 493 152178 67 114127 4125 108133 414514 ／ 4 146216 534812 146 534 89 312 89108 314 414 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可減少鉆鋌從而減 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 鉆鋌長度的確定 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 Lc S W q K cos a 21 n c b 式中 Lc 鉆鋌長度 m W 設(shè)計(jì)的最大鉆壓 kN Sn 安全系數(shù)考慮附加力動(dòng)載井壁摩擦力等防 第 2 章 鉆井工程設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ) 第 6 頁 止中性點(diǎn)移動(dòng)較弱的鉆桿上一般取 115 ～ 125 qc 每米鉆鋌在空氣中的重力 kNm Kb 浮力系數(shù) a 井斜角直井時(shí) 0 鉆桿柱強(qiáng)度設(shè)計(jì) a 強(qiáng)度條 件 i1 m Ft ≤ Fa F L q L q L q K 22 ti i pi j pj ck ck B j 1 k 1 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 F yAp 23 01s 式 σ y 鉆桿鋼材的最小屈服強(qiáng)度 MPa Ap 鉆桿的橫截面積 cm2 Fy 最小屈服強(qiáng)度下的抗拉載荷 kN 2 鉆桿的最大允許拉伸力 Fp F 0 9 Fy 2 4 p Fp 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 F F St 25 a p 式 St 安全系數(shù)一般取 130 ② 設(shè)計(jì)系數(shù) 法考慮卡瓦擠壓 1 s F F y a p s t 26 第 2 章 鉆井工程設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ) 第 7 頁 ③ 拉力余量法 Fa Fp MOP 27 式中 MOP 拉力余量一般取 200～ 500KN b 鉆桿柱強(qiáng)度設(shè)計(jì) 按最大安全靜拉力 F a 設(shè)計(jì)鉆桿柱的最大允許下深 長度 1 單一鉆桿柱設(shè)計(jì) 強(qiáng)度條件 Fa Lqp Lcqc Kb 2 8 F a K B L c q c L 最大允許下深 q p 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始先選擇強(qiáng)度較低的鉆桿確定其許用長度 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 i1 m 每段鉆桿滿足強(qiáng)度條件 F L q L q L q K a i i pi j pj ck ck B j 1 k 1 F q L L a 1 c c 1 qp 1K B qp 1 F q L q L L a 2 c C p 1 p 1 2 qp 2K B qp 2 F q L q L q L L a 3 c c p 1 1 p 2 2 3 qp 3K B qp 3 F q L q L q L q L L a 4 c c p 1 1 p 2 2 p 3 3 4 qp 4K B qp 3 L L L L 1 2 3 4 鉆鋌上面第一二三四段鉆桿的長度 Fa 1Fa 2Fa 3Fa 4 相應(yīng)各段鉆桿的最大安全靜拉力 qp 1qp 2qp 3qp 4 相應(yīng)各段鉆桿在空氣 度重力 c 強(qiáng)度較核 1 抗 外 擠 強(qiáng) 度 較 核 P P S 2 9 ac c c 第 2 章 鉆井工程設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ) 第 8 頁 式 P —— 最大安全外擠載荷 MPa ac P —— 鉆桿的最小抗擠壓力 MPa c S —— 安全系數(shù)一般應(yīng)不小于 1125 c 2 抗扭強(qiáng) 度較核 M 967P n 210 式中 M 鉆桿承受的扭矩 KNm