第3章钻柱伸长(kk)

• “离底旋转”是最恰当的测量“测量井深”的工 况。
– 慢速(避免出现公转和涡动)旋转(保证轴向没有摩阻)钻柱(5060rpm)； – 慢速将钻柱上提，当钻头刚刚离开井底(钻压等于零)的时候；
钻柱伸长计算公式
• 美国钻井手册上有一个计算钻柱在井下 伸长量的公式：
此式怎么来的？适用性如何？ 此式只能适用于单一管柱、管内 外泥浆密度相等的情况。
一. 简单条件下的钻柱伸长
2.单一钻柱在单一泥浆中的伸长 • 钻柱总伸长ΔL= ΔL1－ ΔL2+ ΔL3
L2
m L2
E
L3
m L2
E
式中单位： 长度——米； 泥浆密度——公斤 / 升
波松比——0.28
此式即为美国API钻井手册上的计算钻柱伸长的公式。美国 人仅仅给出了单一钻柱在管内外泥浆密度相同条件下的伸 长计算公式。
二. 多段复合钻 柱的伸长
1.管内外泥浆相等
• 采用 推导公式，推 导过程很麻烦。设共有N段钻柱，下面有 四套公式可供使用。
– – – – 1986年推导； 1992年推导； 1996年推导； 1999年推导；
L0为钻柱在地面上的长度； Kf为泥浆浮重系数； fK=1－Kf
压力面积法
• 对同一例题这些公式计算结果完全相同， 但存在以下主要问题：
i 1 N 1 li N N L ( f k ) l (1 f k ) ( li qi ) f k li ( l j ) f k L2 0 E 2 qi j i 1 i 1 i 1 i 2 j 1 N 2 i
定向井钻柱伸长计算
取：
0.28
总
式中：
从最下面的微段算起，先计算微段的上端轴向力T1；然后计算 该段伸长量Δ，并累加；一只计算到井口。
四. 伸长法求钻柱卡点
1.单一钻柱卡点计算
• 计算：
L W / F 由于： L卡 E
L E F L卡 W
式中：L卡—自由钻柱长度，m；
– 不能计算钻杆接头的影响； – 不能计算管内外泥浆密度不同下的钻柱伸 长， – 更不能计算管内外多段泥浆密度不同下的 伸长。
二. 多段复合钻柱的伸长
1.管内外泥浆密度相等
1 2 cK f L ( li li Li f k ) E i 1 2 E
c
N
N N q j m 2 L0 li ( li ) E i 1 j i 1 qi
2L L
'
四. 定向井求卡点
• 没有摩阻力情况下，由W1 增加到W2，伸长ΔL0； • 由W2减小到W1，缩短也是 ΔL0； • 用ΔL0和Δ W= W2 - W1计 算卡点深度，应该是比较 准确。 • 但现在是有摩阻的情况下 进行拉伸试验，不能直接 得到 ΔL0 ；但可间接进行 计算： L L dL
四. 伸长法求钻柱卡点
2.复合钻柱卡点计算
• 然后假设卡点在第二段上，计算：
W L2 L2 EF2
– 若求得的L卡<L1+L2，或ΔL>ΔL1+ΔL2，则说 明假设正确。否则说明假设不正确，卡点不 在第二段上，还在下面。 – 假设卡点在第三段上，计算：
三. 定向井中钻柱的伸长
• 条件：
– – – – – – – – – 1. 多段截面的钻柱； 2. 多段不同密度、不同弹性模量的钻柱； 3. 管内外多段密度不同的流体； 4. 井眼轨迹在三维空间内多变； 1. 在慢速旋转条件下提离井底，消除轴向摩阻力； 2. 分段法计算(实际上可用测段进行分段)； 3. 计算各分点处钻柱的有效轴向力； 4. 根据每个分段两端轴向力，计算该分段的伸长量； 5.还要考虑每个分段在三向等值压应力下的伸长；
c 1
N N li N 2 L ( f k ) l (1 f k ) ( li qi ) f k li ( lk ) f k L0 E 2 i 1 i 1 qi j i 1 i 1 k i 1 N N 2 i
c 1
L
c m
2E
li2
i 1
N
c m
E
li N (1 ) m q ( l j q j ) 2 E i 2 i j 1
N
l
i 1
N
i
二. 多段复合钻柱的伸长
2.管内外多段泥浆密度不相等
• • • • • • • • • • • • 共有N段钻柱，现规定以下符号： 各段钻柱的长度：l1，l2 ……li……lN ； 各段底段的深度：L1，L2 ……Li……LN； 各段的外园面积：Ao1，Ao2 ……Aoi……AoN； 各段的内园面积：Ai1Ai2 ……Aii……AiN； 各段钻柱截面积：A1，A2 ……Ai……AN； 各段钻柱的空重：q1，q2 ……qi……qN； 各段外泥浆重率：γo1，γo2，……γoi……γoN； 各段内泥浆重率：γi1，γi2，……γii……γiN； 各段钻柱浮重率：γ1，γ2，……γi……γN； 各段的线重系数：K1，K2 ……Ki ……KN； 各段钻柱的浮重：qm1，qm2 ……qmi……qmN；
• 方法：
定向井钻柱伸长计算
• 显然，不管微段是弯曲的，还是倾斜的，其伸 长量都可以采用相同的公式计算。
总
各微段钻柱的结构、材料、液压环境不同， A 、 E 、 γc、μ、fK，都可能不同。
从最下面的微段算起，先计算微段的上端轴向力T1；然后计算 该段伸长量Δ，并累加；一直计算到井口。
第三章
钻柱的伸长和 卡点计算
为什么要计算钻柱的伸长？
• 实际井深与测量井深：
– 实际井深的意义：油层和其他地层位置的标志。 – 测量井深与实际井深的差别：
• 测量井深的基准零点是钻井期间的转盘平面，在非钻井 期间，需要进行换算； • 钻柱或电缆的直径不可能与井眼直径相等，所以钻柱或 电缆的轴线不可能与井眼轴线完全重合，所以难以测得 井眼的实际长度。 • 测量井深是根据钻柱或电缆在地面上丈量的长度计算的。 没有考虑钻柱或电缆在井下的伸长量；
– – ΔW—两次上提钻柱拉力之差，N； ΔL—两次上提钻柱的位移差，m； E—钻柱钢材弹性模量，可取206GPa； F—钻柱断面积，m2；
四. 伸长法求钻柱卡点
1.单一钻柱卡点计算
• 定向井中如何计算卡点？
– 当拉力由W1增达到W2时，钻柱伸长ΔL，这是在有摩阻力的 情况下的伸长。事实上，如果没有摩阻力，实际的伸长要大 于ΔL。但究竟大多少，我们不知道。 – 摩阻力是无法消除的。我们设法估计它的影响大小。过去采 用的方法是反复多拉几次，然后取平均值。但这种方法并不 能消除摩阻力的影响，反而使摩阻力影响增大。 – 当拉力由W2减小到W1 时，钻柱将缩短ΔL’，这是在有摩阻力 的情况下的缩短。 ΔL －ΔL’正是反映了摩阻力的影响。 – 估计：拉力从W1增加到W2 ，在没有摩阻力情况下的伸长近 似等于：
用
浮力系数法推导公式。
二. 多段复合钻柱的伸长
2.管内外多段泥浆密度不相等
i c Ki
qmi q系数)
(浮力系数)
二. 多段复合钻柱的伸长
2.管内外多段泥浆密度不相等
• 钻柱的受力可以分解为：有效应力和无效应力两部分。 那么，钻柱的伸长也可以分为有效应力引起的伸长和 无效应力引起的伸长。 • 有效应力引起的伸长即浮重(有效轴向应力)引起的伸 长。无效应力引起的伸长即三向等值压应力引起的伸 长。 • 这个公式就要简单的多。当N=1时，公式就变成了：
– 计算钻柱伸长，可使测量井深与实际井深更接近。
“测量井深”的测量方法
• 钻柱长度的变化：
– 上提钻柱，轴向摩阻将增大钻柱伸长量； – 下放钻柱，轴向摩阻将减小钻柱伸长量； – 高速旋转，由于离心力原因和钻柱与井壁的摩阻和碰撞，钻 柱将出现公转或“涡动”，钻柱轴向长度将会缩短； – 上述钻柱伸长量的变化，难以计算。所以要寻找容易计算的 工况条件。
0
dL L L'
L0 2L L'
四. 伸长法求钻柱卡点
2.复合钻柱卡点计算
• 工艺做法与单一管柱是完全一样的。都应该先 求得ΔW和ΔL。 • 计算： – 先假设卡点在第一段钻柱上计算：
EF1 L L卡 W
W L1 L1 EF1
– 若求得的L卡<L1，或ΔL>ΔL1，则说明假设正 确。若求得的L卡>L1，则说明假设不正确， 卡点不在第一段上，而在下面。