各種鉆具組合設(shè)計(jì)方法

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1、一、直井下部鉆具組合設(shè)計(jì)方法(一)鉆鋌尺寸及重量的確定1.鉆鋌尺寸的確定(1)為保證套管能順利下入井內(nèi)，鉆柱中最下段（一般不應(yīng)少于一立柱）鉆鋌應(yīng)有足夠大的外徑，推薦按表1選配。表1：與鉆頭直徑對(duì)應(yīng)的推薦鉆鋌外徑鉆頭直徑鉆鋌外徑142.9～152.4104.7～120.6158.8～171.4120.6，127.0190.5～200.0127.0～158.8212.7～222.2158.8～171.4241.3～250.8177.8～203.2269.9177.8～228.6311.2228.6～254.0374.6228.6～254.0444.5228.6～279

2、.4508.0～660.4254.0～279.4(2)鉆鋌柱中最大鉆鋌外徑應(yīng)保證在打撈作業(yè)中能夠套銑。(3)在大于190.5mm的井眼中,應(yīng)采用復(fù)合(塔式)鉆鋌結(jié)構(gòu)(包括加重鉆桿)，相鄰兩段鉆鋌的外徑差一般不應(yīng)大于25.4mm。最上一段鉆鋌的外徑不應(yīng)小于所連接的鉆桿接頭外徑。每段長度不應(yīng)少于一立柱。(4)鉆具組合的剛度應(yīng)大于所下套管的剛度。2.鉆鋌重量的確定：根據(jù)設(shè)計(jì)的最大鉆壓計(jì)算確定所需鉆鋌的總重量,然后確定各種尺寸鉆鋌的長度,以確保中性點(diǎn)始終處于鉆鋌柱上，所需鉆鋌的總重量可按式(1)計(jì)算：Wc=PmaxKs/Kf………………………………………(1)其中：Kf=

3、1-ρm/ρs式中：Wc——所需鉆鋌的總重力，kN；Pmax——設(shè)計(jì)的最大鉆壓，kN；Ks——安全系數(shù)，一般條件下取1.25，當(dāng)鉆鋌柱中加鉆具減振器時(shí)，取1.15；Kf——鉆井液浮力減輕系數(shù)；ρm——鉆井液密度，g/cm3；ρs——鉆鋌鋼材密度，g/cm3。(二)鐘擺鉆具組合設(shè)計(jì)1.無穩(wěn)定器鐘擺鉆具組合設(shè)計(jì)：為了獲得較大的鐘擺降斜力,最下端1～2柱鉆鋌應(yīng)盡可能采用大尺寸厚壁鉆鋌。2.單穩(wěn)定器鐘擺鉆具組合設(shè)計(jì)(1)穩(wěn)定器安放高度的設(shè)計(jì)原則：a.在保證穩(wěn)定器以下鉆鋌在縱橫載荷作用下產(chǎn)生彎曲變形的最大撓度處不與井壁接觸的前提下,盡可能高地安放穩(wěn)定器。b.在使用牙輪鉆頭、

4、鉆鋌尺寸小，井斜角大時(shí)，應(yīng)低于理論高度安放穩(wěn)定器。(2)當(dāng)穩(wěn)定器以下采用同尺寸鉆鋌時(shí),可用式(2)計(jì)算穩(wěn)定器的理論安放高度：Ls={[-b+（b2-4ac）1/2]/2a}1/2……………………（2）其中：b=184.6P(0.667+0.333e/r)2(r-0.42e-0.08e2/r)α=π2qsinαc=-184.6π2EI(r-0.42e-0.08e2/r)式中：Ls——穩(wěn)定器的理論安放高度，m；p——鉆壓，kN；e——穩(wěn)定器與井眼間的間隙值，即穩(wěn)定器外徑與鉆頭直徑差值之半，m；r——鉆鋌與井眼間的間隙值，即井眼直徑與鉆鋌外徑的差值之半，m；q——單位長

5、度鉆鋌在鉆井液中的重力，kN/m；α——井斜角，（°）；EI——鉆鋌的抗彎剛度，kN·m2。(3)穩(wěn)定器的實(shí)際安放高度一般在計(jì)算的理論高度的90%以內(nèi)。a.根據(jù)實(shí)際鉆鋌單根長度確定的長鐘擺鉆具組合,應(yīng)用式(3)、（4）分別計(jì)算使用這種組合在鉆壓一定時(shí)的允許最大井斜角αmax和井斜角一定時(shí)的允許最大鉆壓Pmax：αmax=arcsin[184.6π2EI(r-0.42e-0.08e2/r)/（π2qL4）-184.6PL2(0.667+0.333e/r)2(r-0.42e-0.08e2/r)/（π2qL4）]…………………………(3)Pmax=[184.6π2EI(

6、r-0.42e-0.08e2/r)-π2qL4sinα]/[184.6L2(0.667+0.333e/r)2(r-0.42e-0.08e2/r)]……………………………(4)式中：L——穩(wěn)定器的實(shí)際安放高度，m。b.當(dāng)穩(wěn)定器與井眼間的間隙e值趨于零時(shí),式(3)、式（4）可分別簡化為；αmax=arcsin[（184.6π2rEI—82.04PrL）/π2qL4]…(5)Pmax=（184.6π2rEI—π2qL4sinα）/82.04rL2………(6)(三)多穩(wěn)定器鐘擺鉆具組合設(shè)計(jì)：多穩(wěn)定器鐘擺鉆具組合是在單穩(wěn)定器鐘擺組合的穩(wěn)定器上,每間隔一定長度(一般是單根鉆鋌

7、)再安放1～3只穩(wěn)定器。3.鉆具減振器安放位置(1)鉆具減振器的安放位置應(yīng)盡量靠近接頭。(2)在鐘擺鉆具組合中,鉆具減振器一般應(yīng)直接安放在鉆頭之上。4.鉆具震擊器安放位置(1)為防止震擊器早期損壞,不得將震擊器安放在中性點(diǎn)附近。(2)鉆具震擊器安放在鉆柱受拉部位,推薦在軸向應(yīng)力零點(diǎn)以上的1個(gè)立柱。三、定向井下部鉆具組合設(shè)計(jì)方法(一)鉆鋌尺寸及重量的確定：1.鉆鋌尺寸的確定(1)在斜井段使用的最下一段（應(yīng)大于27m）鉆鋌的剛度應(yīng)適用于設(shè)計(jì)的井眼曲率。(2)入井的下部鉆具組合中，鉆鋌的外徑應(yīng)能滿足打撈作業(yè)。(3)鉆頭直徑與相應(yīng)鉆鋌尺寸范圍的要求見表1。表1：鉆頭直徑與

8、相應(yīng)的鉆鋌