钻柱

常用尺寸：6-1/4，6-1/2 ，7，8，9 英寸
（三）方钻杆 1、类
型：四方形、六方形 2、特 点：壁厚较大，强度较高 3、主要作用：传递扭矩和承受钻柱的全部重量。 4 、 常 用 尺 寸 ： 89mm(3-1/2 英 寸 ) ， 108mm (4-1/4 英 寸 ) ， 133.4mm (5-1/4英寸)。
v Fd F0 gt
pi
pb
pi ps pb
pb pb pbot
（5）起下钻时钻柱轴向力：
Ft KB (q p Lp qc Lc ) Ff Fd
pbot
pb
第二章 钻 柱 §2-2 钻柱工作状态及受力分析 （5）中性点
钻柱上轴向力等于零的点(Ｎ点) (亦称中和点，Neutral Point )。 垂直井眼中钻柱的中性点高度：




第二章 钻 柱 §2-1 钻 柱的作用与组成 5、钻杆的通称尺寸：指钻杆本体外径 6．加重钻杆 加重钻杆是用厚壁钢管制造的新型钻柱构件，管 体两端和中部有超长的外加厚接头或外加厚段，兼有 钻铤和钻杆的功能。它具有以下几个特点： (1)超长的整体接头可以提供较大的耐磨表面和重 量，接头螺纹可以多次修复； (2)比同尺寸的钻杆重，管体和接头外径与普通钻 杆一致，内孔是内平的，内孔直径至少等于钻铤的内 径。 (3)中部外加厚段起小型稳定器作用。受压时管体 可以挠曲，只有两端和中部加厚段接触井壁，管体本 身不受磨损。
上方保接头
下方保接头
第二章 钻 柱 §2-1 钻柱的作用与组成 5、方钻杆技术规范

方钻杆旋转时，上端始终处于转盘面以上， 下部则处在转盘面以下。方钻杆上端至水龙头 的连接部位的丝扣均为左旋丝扣(反扣)，以防 止方钻杆转动时卸扣。方钻杆下端至钻头的所 有连接丝扣均为右旋转扣(正扣)，在方钻杆带 动钻柱旋转时，丝扣越上越紧。为减轻方钻杆 下部接头丝扣(经常拆卸部位)的磨损，常在该 部位装保护接头。加上两端方保接头，全长 13～16米。
4、接头及丝扣
（1）丝扣连接：
尺寸相等，丝扣类型 相同，公母扣相匹配。 壁厚较大，外径较大， 强度较高。 内平、贯眼、正规。
2）钻杆接头点
（3）钻杆接头类型：
第二章 钻 柱 §2-1 钻柱的作用与组成 内平式：主要用于外加厚钻 杆。其特点是钻杆通体内径相同， 钻井液流动阻力小；但外径较大， 容易磨损。 贯眼式：主要用于内加厚钻 杆。其特点是钻杆有两个内径， 钻井液流动阻力大于内平式，但 其外径小于内平式。 正规式：主要用于内加厚钻 杆及钻头、打捞工具。其特点是 接头内径加厚处内径管体内径， 钻井液流动阻力大，但外径最小， 强度较大。 三种类型接头均采用V型螺纹， 但扣型、扣距、锥度及尺寸等都 有很大的差别。

有效长度 （1 ）
有效长度
（2）
有效长度 （3）
注：（1）公母扣接头；
有效长度 （4）
（2）双公扣接头 ;
（3）双母扣接头 （4）特殊接头
第二章 钻 柱 §2-1 钻柱的作用与组成 小结： 钻柱在钻井过程中的主要作用 1、钻柱的作用：

钻柱的特殊作用
2、钻柱组成： 钻杆、钻铤、方钻杆、稳定器、
配合接头 作业：1、钻柱的概念？
2、钻柱的作用有哪些？
3、钻柱的组成？
第二章 钻 柱 §2-2 钻柱的工作状态及受力分析
一、钻柱的工作状态
1. 起下钻工况下：
（1）直井：直的拉伸、滑动 （2）斜井：随井眼倾斜和弯曲，滑动。
2. 正常钻进工况下
上部受拉伸，下部受压弯曲；在扭矩作用下旋转运动。 下部钻柱弯曲的原因： 钻压的作用使下部钻柱受压缩，当压力达到钻柱的临
第二章 钻 柱 §2-2 钻柱工作状态及受力分析


5．外挤压力
钻杆测试(DST)时，钻 杆将承受很大的外挤压 力。进行钻杆测试时， 一般都在钻柱底部装一 封隔器，用以封隔下部 地层和管外环空。钻杆 下入井内控制阀是关闭 的，因此钻井液不能进 入钻杆内，封隔器压紧 后打开控制阀，地层流 体才流入钻柱内。

5、方钻杆统称尺寸：方钻杆统称尺寸指方部截面边宽
第二章 钻 柱 §2-1 钻柱的作用与组成 6、方钻杆技术规范 方钻杆位于钻柱的最上端，有四方形和六方形两 种。钻进时，方钻杆与方补心、转盘补心配合，将 地面转盘扭矩传递给钻杆，以带动钻头旋转。

标准方钻杆全长12．19 m，驱动部分长11．25 m。为了适应 钻柱配合的需要，方钻杆也有多种尺寸和接头类型。方钻杆的 壁厚一般比钻杆大三倍左右，并用高强度合金钢制造，故具有 较大的抗拉强度及抗扭强度可以承受整个钻柱的重量和旋转钻 柱及钻头所需要的扭矩。
第二章 钻 柱 §2-1 钻柱工作状态及受力分析
第二章 钻 柱 §2-1 钻柱工作状态及受力分析
（3）公转与自转的结合 钻柱围绕井眼轴线旋转，同时围绕自身轴线转动，即 不是沿着井壁滑动而是滚动。在这种情况下，钻柱磨损均匀 ，但受交变应力的作用，循环次数比自转时低得多。 比较简单。 （4） 纵向振动—钻头振动引起，产生交变应力。 (5）扭转振动—由井底对钻头旋转阻力的变化引起，产生 交变扭剪应力。 （6）横向摆振—达到某一临界转速，可能产生无规则摆 动，产生交变弯曲应力。 一般认为弯曲钻柱旋转的主要形式是自转，但也可能产 生公转或两种运动形式的结合，既有自转，也有公转。
压力
0
拉力
FW
(-)
(+)
LN
W qc K B
LN —中性点距井底的高度，m。 式中：
N
重要意义： 1）设计钻柱时要确保中性点始终落在钻铤 上。为什么？ 2）指导松扣、造扣等特殊作业。 3）中性点附近钻柱受交变应力作用，易疲 劳破坏。
LN
w
w
钻柱轴向力分布与中性点
第二章 钻 柱 §2-2 钻柱工作状态及受力分析
（3）正常钻进时的轴向力：
Байду номын сангаас
Fw K q p Lp qc Lc W


W
第二章 钻 柱 §2-2 钻柱工作状态及受力分析
（4）其它轴向力的计算

循环压降引起的附加轴向拉力：
ps
Fh pi pb Ai 104

滑动摩擦阻力：
Ff 0.2 ~ 0.3Fm

动载荷：
第二章 钻 柱 §2-2 钻柱工作状态及受力分析
二、钻柱的受力分析 1. 概述
（1）自重产生的拉力 （2）钻压产生的压力 （3）钻井液的浮力 轴向力 （4）摩擦阻力 （5） 循环压降产生的附加拉力 （7）起下钻时产生的动载荷 （8）扭距 （9）弯曲应力 （10）离心力 （11）外挤力 （12）振动产生的交变应力 钻柱受力最严重的部位： 1）井口断面—拉力最大，扭距最大； 2）下部受压弯曲部分—交变轴向应力、弯曲应力、扭剪应力 3）中性点—拉压交变载荷。
界 压力，钻柱将失去直线稳定状态而发生弯曲并与井触。 压力较大时可能发生多次弯曲。

3. 钻柱的旋转运动形式： (1)自转。钻柱像一根柔性轴，围绕自身轴线旋转。钻柱自 转时，在整个圆周上与井壁接触，产生均匀磨损。弯曲钻柱 在自转时，受到交变弯曲应力的作用，容易发生疲劳破坏。 在软地层弯曲井段，钻柱自转容易形成键槽，起钻时可能造 成卡钻事故。 (2)公转。 钻柱像一个刚体，围绕着井眼轴线旋转并沿着井壁滑动。钻 柱公转时，不受交变弯曲应力的作用，但产生不均匀的单向 磨损(偏磨)，从而加快了钻柱的磨损和破坏。

第二章 钻 柱 §2-2 钻柱工作状态及受力分析
6．纵向振动 钻进时，钻头转动(特别是牙轮 钻头)会引起钻柱的纵向振动， 在钻柱中性点附近产生交变的轴 向应力。纵向振动和钻头结构、 所钻地层性质、泵量不均匀、钻 压及转速等因素有关。当纵向振 动的周期和钻柱本身固有的振动 周期相同时(或成倍当钻柱绕井 眼轴线公转时，将产生离心力。 离心力将引起钻柱弯曲或加剧钻 柱的弯曲变形。 数)，就会产生共振现象，振幅 急剧增大。
（二）钻柱的特殊作用
1、通过钻柱可以观察和了解钻头的工 作情况、井眼状况及地层情况等； 2、进行取心、挤水泥、打捞井下落物、 处理井下事故等特殊作业； 3、对地层流体及压力状况进行测试与 评价，即钻杆测试，又称中途测试

第二章 钻 柱 §2-1 钻柱的作用与组成
二、钻柱组成 方钻杆 钻杆 钻铤 稳定器 配合接头和保护接头 其它井下工具： 减震器、震击器、 扩眼器、键槽破坏器
第二章 钻 柱 §2-1 钻柱的作用与组成
（一）钻杆
1、作用：传递扭矩和输送钻井液，延长钻柱。 2、结构：管体+接头
有效长度
第二章 钻 柱
§2-1 钻柱的作用与组成
3、规范：
（1）壁厚：9 ～ 11mm （2）外径：73.0，88.9（3½），101.6， 114、（4½），127.0（5英寸），139.7 （3）长度： 18～22ft ，27～30ft， 38～45ft
（1）转盘钻井时，转盘扭矩
2．扭矩
3．弯曲力矩
是由钻柱传递给钻头。井口最 大。 （2）在井下动力钻井中，钻 柱承受的扭矩为动力钻具的反 扭矩，在井底处最大，往上逐 渐减小。
在转盘钻井中，钻柱弯 曲。产生弯曲力矩的作用
当钻柱绕井眼轴线公转时，
4．离心力
将产生离心力。离心力将引起 钻柱弯曲或加剧钻柱的弯曲变 形。
第二章 钻 柱 §2-1 钻柱的作用与组成
（二）钻铤

1、结构特点：管体两端直接车制丝扣，无专门接头；壁厚大(38-53毫 米），重量大，是钻杆质量的4～6倍刚度大。
有效长度

2、主要作用：(1)给钻头施加钻压; (2)减轻钻头的振动、摆动和跳动等，使钻头工作平稳； (3)控制井斜。

3、类
型：光钻铤、螺旋钻铤、扁钻铤。