一口油井设计_毕业论文(编辑修改稿)

一口油井设计_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

锁 接 头 外 径 内 径 长度(m) 每米质量(kg/m) 附加量(kg/根 ) 外 径 长 度 质量 (kg/个 外 径 内 径 切口宽 公锁接头长 母锁接头长 连接后全长 内 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 除单独说明者外，单位均为 mm。 钻杆柱的工作状态： 钻杆柱在孔内的工况随钻进方法、钻进工序的不同而异。 钻杆柱主要是在起下钻和钻进这两种条件下工作。 在起下钻时，钻杆柱不接触孔底，整个钻杆柱处于悬持状态，在自重作用下，钻杆柱处于受拉伸的稳定状态。 图 22 钻杆在孔内的波形弯曲 在正常钻进时，由于钻杆柱自身的偏心和由于自重失稳而产生的某些弯曲，造成钻杆柱有一定的质量偏离回转中心。 这些偏心质量在回转运动中则产生离心力，更促使钻杆柱弯曲。 与此同时，钻杆柱给孔底工作的钻头传送所需钻压主要依赖于钻杆柱自身的质量，多余的部分由钻机提拉而减压；如果压力不足，则需靠钻机补充（即所谓加压钻进）。 因此，钻杆柱上还有由自重、钻机给进力及摩擦力合成的纵向压力。 在离心力、纵向压力和扭矩的联合作用 下，钻杆柱轴线一般呈变节距的空间螺旋弯曲曲线形状。 弯曲程度取决于这三种力作用的大小。 由于钻杆柱愈往下，所受重力愈大，因此，弯曲的钻杆柱轴线在孔底螺距最小，往上逐渐加大。 如图 22 所示。 我们把钻杆柱中心线和钻孔的轴线相交两点间的一段纵向长度称为半波长，以 l 表示。 根据萨尔基索夫的理论推导，距零断面（零断面的概念见本节后续内容）距离为 Z 处的半波长可按式（ 21）计算。 (m) (21) 式中： q钻杆柱在冲洗液中单位长度的质量， kg/m； 钻杆柱转速， r/min； Z所求断面距零断面的距离，在零断面以下压缩部分取负号，反之取正号， m； J钻杆柱横断面的轴惯性矩， cm4。 萨尔基索夫公式的前提条件是理想的钻杆柱在孔壁完整的钻孔中以钻孔轴线为中心作公转运动，并呈平面弯曲，该公式仅表示了钻杆柱在孔内弯曲的基本状态。 螺旋弯曲的钻杆柱在孔内是怎样旋转的呢 ?这是一个极为复杂的问题。 钻 杆柱在孔内的旋转运动可能有三种形式。 （ 1）钻杆柱围绕自身弯曲轴线旋转（自转）。 钻杆柱自转时在整个圆周上与孔壁接触，产生均匀的磨损，但受到交变弯曲应力的作用。 （ 2）钻杆柱围绕钻孔轴线旋转并沿着孔壁滑动（公转）。 钻杆柱公转时不受交变弯曲应力的作用，但产生一边偏磨。 （ 3）钻杆柱围绕钻孔轴线旋转，但不是沿着孔壁滑动而是沿着孔壁反向滚动（公转与自转的结合），钻杆柱同时围绕自身轴线和钻孔轴线旋转。 其磨损均匀，也受到交变弯曲应力的作用，但循环次数比第一种形式低得多。 从理论上讲，如果钻杆柱的 刚度各方向是均匀一致的，那么钻杆柱以何种形式旋转就取决于外界阻力的大小，按照常规是以消耗能量最小的形式转动。 当钻杆柱自转时，旋转经过的行程比其他运动形式都小，克服泥浆阻力及孔壁摩擦力所消耗的能量也较小。 因此，一般认为呈半波弯曲的钻杆柱的主要形式是自转，但也可能产生两种形式的结合，即有时以自转为主 +公转，有时以公转为主 +自转。 钻柱的受力： 在钻进过程中，钻杆柱承受着各种载荷的作用。 1. 轴向压力和拉力 当钻孔达到一定深度时，孔内钻杆柱的重力已超过了钻头所能承受的钻压值，则必须减压钻进。 即上部钻 杆柱受拉，其中孔口处拉力最大，向下逐渐减小；下部钻杆柱受压，孔底压力最大（图 23）。 在某一深处轴向力等于零，称之为零断面或中和点。 在施工中我们应该设计使中和点落在刚度大、抗弯能力强的钻铤上，保证上部的钻杆处于受拉伸的稳定状态。 即使在小口径的条件下不可能使用钻铤，也应避免落在强度和刚度较弱的旧钻杆上，以免加剧其受压弯曲，在自转中造成疲劳破坏。 图 23 轴向力分布示意图 2. 扭矩 钻进中钻杆柱受到扭矩的作用，在钻杆柱各个截面上都产生剪应力。 钻杆柱在孔口处承受的扭矩最大，在孔底最小。 3. 弯矩与离心力 已经弯曲的钻杆柱在轴向力的作用下，将受到弯矩的作用，如绕自身轴旋转则会产生交变的弯曲应力。 如钻杆柱公转，则产生离心力。 离心力又将加剧钻杆柱的弯曲变形。 4. 纵振、扭振与摆振 孔底跳跃式的破碎岩石（尤其是冲击钻进、牙轮钻进或钻进破碎岩石的条件下）会引起钻杆柱的纵向振动，在中和点 附近产生交变的轴向应力。 当产生共振时，钻杆柱容易疲劳破坏。 当孔底岩石对钻头的回转阻力不断变化时，会引起钻杆柱的扭转振动，从而产生交变的剪应力。 在某一临界转速下，钻杆柱会出现摆振，其结果是迫使钻杆柱公转，引起钻杆柱严重的偏磨。 由以上分析不难看出，钻杆柱受力严重部位是下部、孔口处和零断面附近。 第三节 套管设计 套管：优质无缝钢管。 一端为公扣，直接车在管体上；一端为带母扣的套管接箍。 套管的尺寸系列： API 标准套管： 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种。 壁厚： ～ mm。 小直径的套管壁厚小一些，大直径的套管 壁厚 大一些。 另外有非标准的钢级和壁厚。 套管的钢级： API 标准： H40， J55， K55， C75， L80， N80， C90， C95，P110， Q125。 （数字 1000 为套管的最小屈服强度 kpsi）。 1kpsi= 其中， H40， J55， K55， C75， L80， C90 是抗硫的。 连接螺纹的类型 API 标准：短圆（ STC）、长圆（ LTC）、梯形（ BTC）、直连型（ XL） 套管柱：由同一内径、不同钢级、不同壁厚的套管用接箍连接组成的管柱。 特殊情况下也使用无接箍套管柱。 二、套管柱受力分析及套管强度 套管柱在井内所受外载复杂。 在不同时期（下套管过程中、注水泥时、后期开采等过程中）套管柱的受力也不同。 在分析和设计中主要考虑基本载荷：轴向拉力、外挤压力及内压力。 套管柱设计时按最危险情况考虑。 轴向拉力及套管的抗拉强度 （ 1）套管的轴向拉力 自重产生的拉 力、弯曲产生的附加拉力、注水泥时产生的附加力、动载、摩阻等。 ①自重引起的拉力 F0=Σ qL 103 qmi第 I种套管在钻井液中的单位长度重力，N； Li第 I 种套管的长度， m； n组成套管柱的套管种类（钢级、壁厚）。 ②套管弯曲引起的附加拉力 经验公式： kN 在为定向井、水平井以及狗腿度严引起的附加拉力。 ③注水泥引起。