钻柱与下部钻具组合设计

197~248(73/ 152~178(6~ 114,127(41/ 108,133(41/
4~93/4)
7)
2,5)
4,51/4)
146~216(53/ 4~81/2)
146(53/4)
89(31/2)
89,108(31/2, 41/4)
从上表可以看出，一种尺寸的钻头可以使用 两种尺寸的钻具，具体选择就要依据实际条件。 选择的基本原则是：
3.钻铤尺寸决定着井眼的有效直径，为了保证所钻 井眼能使套管或套铣筒的顺利下入，钻铤中最下 部一段（一般应不少一立柱）的外径应不小于允 许最小外径，其允许最小钻铤外径为
允许最小钻铤外径＝2×套管接箍外径－钻头直径
当钻铤柱中采用了稳定器，可以选用稍小外 径的钻铤。钻铤柱中选用的最大外径钻铤应以保 证在可能发生的打捞作业中能够被套铣为前提。
一是安全系数法。考虑起下钻时的动载及摩 擦力，一般取一个安全系数St，以保证钻柱的工 作安全，即：
Fa = Fp / St 式中：St——安全系数，一般取1.30
二是设计系数法（考虑卡瓦挤压）。对于深井钻柱 来说，由于钻柱重力大，当它坐于卡瓦中时，将 受到很大的箍紧力。当合成应力（大于纯拉伸应 力）接近或达到材料的最小屈服强度时，就会导 致卡瓦挤毁钻杆。为了防止钻杆被卡瓦挤毁，要 求钻杆的屈服强度与拉伸应力的比值不能小于一 定数值，并以此值作为设计系数，确定钻杆的最 大安全静拉力。
在大于241.3mm的井眼中，应采用复合钻铤 结构。但相邻两段钻铤的外径一般以不超过 25.4mm为宜。
4．钻铤尺寸一般选用与钻杆接头外径相等或相 近的尺寸，有时根据防斜措施来选用钻铤的直径 。近些年来，在下部钻具组合中更多的使用大直 径钻铤，因为使用大直径钻铤具有下列优点：
1）用较少的钻铤满足所需钻压的要求，减少钻铤 ，也可减少起下钻时连接钻铤的时间；
钻杆柱所能承受的最大安全静拉力的大小取决 于钻杆材料的屈服强度、钻杆尺寸以及钻柱的实 际工作条件。
1）钻杆在屈服强度下的抗拉力Fy：钻杆所承受 的拉伸载荷必须小于钻杆材料的屈服强度下的抗 拉力Fy：
Fy = 0.1σyAp
式中：σy——钻杆钢材的最小屈服强度，Mpa； Ap——钻杆的横截面积，cm2； Fy——最小屈服强度下的抗拉力，kN。Fy可
表1 钻头尺寸与钻柱尺寸配合
钻头直径 钻铤外径 钻杆外径 方钻杆方宽 /mm(in) /mm(in) /mm(in) /mm(in)
>299(113/4) 203(8) 168(65/8) 152(6)
248~299(93/ 178~203(7~
4~113/4)
8)
140(51/2)
133,152(51/ 4,6)
1.钻杆由于受到扭矩和拉力最大，在供应可 能的情况下，应尽量选用大尺寸方钻杆。
2.钻机提升能力允许的情况下，选择大尺寸钻杆是 有利的。因为大尺寸钻杆强度大，水眼大，钻井 液流动阻力小，且由于环空较小，钻井液上返速 度高，有利于携带岩屑。入境的钻柱结构力求简 单，以便于起下钻操作。国内各油田目前大都用 127mm(5 in)钻杆。
钻具组合
张凤文 中有石油勘探局钻井三公司
钻具组合 一、钻柱设计与计算 （一）钻柱尺寸选择 （二）钻铤长度的确定 （三）钻杆强度设计 二、下部钻具组合设计 （一）YXY组合的结构 （三）增斜钻具组合设
计
一、钻柱设计与计算
合理的钻柱设计是确保优质、快速、安全钻井的 重要条件。尤其是对深井钻井，钻柱在井下的工 作条件十分复杂与恶劣，钻柱设计就显得更加重 要。
以计算，也可以从表中查出。
2）钻杆的最大允许拉伸力Fp：如果钻杆所受拉 伸载荷达到Fy时，材料将发生屈服而产生轻微的 永久伸长。为了避免这种情况的发生，一般取Fy 的90%作为钻杆的最大允许拉伸力Fp，即：
Fp = 0.9Fy
式中：Fp——钻杆的最大允许拉伸力，kN。
3）钻杆的最大安全静拉力Fa：最大安全静拉力 是指允许钻杆所承受的由钻柱重力（浮重）引起 的最大载荷。考虑到其他一些拉伸拉伸载荷，如 起下钻时的动载及摩擦力、解卡上提立及卡瓦挤 压的作用等，钻杆的最大安全静拉力必须小于其 最大允许拉伸力，以确保安全。目前，用于确定 钻杆的最大安全静拉力的方法有三种：
2）高了钻头附近钻柱的刚度，有利于改善钻头工 况；
3）铤和井壁的间隙较小，可减少连接部分的疲劳 破坏；
4）利于放斜。
（二）钻铤长度的确定
钻铤长度取决于钻压与钻铤尺寸，其确定 原则是：保证在最大钻压时钻杆不承受压缩 载荷，即保持中性点始终处在钻铤上。由 （2-7）式可得钻铤长度计算公式：
LC =( SN Wmax)/qcKBcosα 式中：LC ——钻铤长度，m；
在以抗拉伸计算为主的钻杆柱强度设计中， 主要考虑由钻柱重力（浮重）引起的静拉载荷， 其他一些载荷（如动载、摩擦力、卡瓦挤压力的 影响及解卡上提力等）通过一定的设计系数考 虑）。
1．钻杆设计的强度条件 钻杆柱任一截面上的静拉伸载荷应满足以下条件：
Ft ≤ Fa 式中：
Ft——钻杆柱任一截面上的静拉伸载荷，kN； Fa——钻杆柱的最大安全静拉力，kN。
钻柱设计包括钻柱尺寸选择和强度设计两方面内 容。在设计中，一般遵循以下两个原则：
满足强度（抗拉强度、抗击强度等）要求，保证钻 柱安全工作；
尽量减轻整个钻柱的重力，以便在现有的抗负荷能 力下钻更深的井。
（一）钻柱尺寸选择
具体对一口井而言，钻柱尺寸Baidu Nhomakorabea选择首先取 决于钻头尺寸和钻机的提升能力。同时，还要考 虑每个地区的特点，如地质条件、井身结构、钻 具供应及防斜措施等。常用的钻头尺寸和钻柱尺 寸配合列于表1供参考。
Wmax ——设计的最大钻压，kN ；
SN ——安全系数，防止遇到意外附加 力（动载、井壁摩擦力等）时，中性点移到 较弱的钻杆上，一般取SN=1.15~1.25；
qc——每米钻铤在空气中的重力，
（三）钻杆强度设计
由钻柱的受力分析可知，不论是在起下钻还是 在正常钻进时，经常作用于钻杆且数值较大的力 是拉力。而且，井越深，钻杆柱越长，钻杆柱上 部受到的拉力越大。但对某种尺寸和钢级的钻杆， 其抗拉强度是一定的，即按抗拉强度确定其可下 深度。在一些特殊作业（如 钻杆测试等）中， 也需要对抗挤及抗内压强度进行校核。