钻柱
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钻柱力学分析读者朋友,欢迎你来到这篇文章,这篇文章将为你提供一个深入的分析,关于叫做钻柱力学(Drilling Column Mechanics)的话题。
本文将概述钻柱力学的基本原理和它的在石油钻探中的应用,还将分析钻柱力学的可行性以及它在钻探方面的发展前景。
一、钻柱力学的基本原理钻柱力学的主要原理来自于两个优秀的物理原理:力的平衡和圆柱曲线力学。
力的平衡是指钻柱的各种力,如系统重力、钻柱扭矩、钻柱圆柱曲线力学及系统抗拉力,需要相互抵消,以维持力学稳定。
而圆柱曲线力学是指圆柱形轴向力的力学行为,可以用来计算钻柱的截面变形情况。
二、钻柱力学在石油钻探中的应用现代石油钻探技术中,钻柱力学是一个重要的因素,可以帮助工程师理解钻探过程中钻柱受力和变形的情况,以及如何确定在钻探过程中采取正确的措施。
此外,钻柱力学还可以用来估计井壁收敛变形,以及确定最佳钻柱尺寸,以减少钻井时间和成本。
三、钻柱力学的可行性在钻探过程中,钻柱受到各种不同的力,这些力会促使钻柱产生微小的变形,并在时间的推移中不断影响钻探过程的进展。
因此,利用钻柱力学可以有效地控制钻柱的受力状态,从而帮助钻探工程师在短时间内完成钻井。
此外,钻柱力学可以帮助建立仿真模型,以便工程师可以在实际钻探之前模拟出不同情况下的钻井受力和变形状况。
四、钻柱力学的发展前景由于石油钻探技术不断进步,钻柱力学在钻井过程中也将变得越来越重要。
目前,钻柱力学已经被广泛应用于石油钻探,但未来仍有很多空间可以改进和优化,如研发新型工具和材料,以及提高力学分析技术。
此外,研究人员正在尝试用钻柱力学来优化钻探布线,以减少钻探过程中的受力和变形。
总结以上是关于钻柱力学的详细介绍。
从上面可以看出,钻柱力学是一个非常重要的概念,它可以帮助工程师在短时间内完成钻井,而且在未来也会越来越受重视。
因此,为了提高石油钻探的效率,应该加强对钻柱力学的研究,以提升钻探技术水平。
第二节钻柱一、钻柱的作用与组成二、钻柱的工作状态与受力分析三、钻柱设计一、钻柱的组成与作用(一)钻柱的组成钻柱(Drilling String)是水龙头以下、钻头以上钢管柱的总称。
它包括方钻杆(Square Kelly)、钻杆(Drill Pipe)、钻挺(Drill Collar)、各种接头(Joint)及稳定器(Stabilizer)等井下工具。
(一)钻柱组成(一)钻柱的组成钻柱是钻头以上,水龙头以下部分的钢管柱的总称.它包括方钻杆、钻杆、钻挺、各种接头(Joint)及稳定器等井下工具。
(二)钻柱的作用(见动画)(1)提供钻井液流动通道;(2)给钻头提供钻压;(3)传递扭矩;(4)起下钻头;(5)计量井深;(6)观察和了解井下情况(钻头工作情况、井眼状况、地层情况);(7)进行其它特殊作业(取芯、挤水泥、打捞等);(8)钻杆测试(Drill-Stem Testing),又称中途测试。
1. 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,由无缝钢管制成。
1. 钻杆(3)连接方式及现状:a.细丝扣连接,对应钻杆为有细扣钻杆。
b.对焊连接,对应钻杆为对焊钻杆。
1. 钻杆(4)管体两端加厚方式:常用的加厚形式有内加厚(a)、外加厚(b)、内外加厚(c)三种.(a) (b) (c)(5)规范壁厚:9 ~11mm 外径:长度:根据美国石油学会(American Petroleum Institute,简称API)的规定,钻杆按长度分为三类:"21,"21 ,"21,"87 ,835139.70 ,500.127 430.1144101.60390.88 273.00 230.60第一类 5.486~6.706米(18~22英尺);第二类8.230~9.144米(27~30英尺); 第三类11.582~13.716米(38~45英尺)。
常用钻杆规范(内径、外径、壁厚、线密度等)见表2-12(6)钢级与强度钻 杆 钢 级物 理 性 能D E95(X)105(G)135(S)MPa379.21517.11655.00723.95930.70最小屈服强度lb/in2550007500095000105000135000 MPa586.05723.95861.85930.791137.64最大屈服强度lb/in285000105000125000135000165000 MPa655.00689.48723.95792.90999.74最小抗拉强度lb/in295000100000105000115000145000钢级:钻杆钢材等级,由钻杆最小屈服强度决定。
钻柱工作状态及受力分析一、钻柱的工作状态在钻井过程中,钻柱主要是在起下钻和正常钻进这两种条件下工作。
在起下钻时,整个钻柱被悬挂起来,在自重力的作用下,钻柱处于受拉伸的直线稳定状态。
实际上,井眼并非是完全竖直的,钻柱将随井眼倾斜和弯曲。
在正常钻进时,部分钻柱(主要是钻铤)的重力作为钻压施加在钻头上,使得上部钻柱受拉伸而下部钻柱受压缩。
在钻压小和直井条大钻压,则会出现钻柱的第一次弯曲或更多次弯曲(图1)。
目前,旋转钻井所用钻压一般都超过了常用钻铤的临界压力值,如果不采取措施,下部钻柱将不可避免地发生弯曲。
在转盘钻井中,整个钻柱处于不停旋转的状态,作用在钻柱上的力,除拉力和压力外,还有由于旋转产生的离心力。
离心力的作用有可能加剧下部钻柱的弯曲变形。
钻柱上部的受拉伸部分,由于离心力的作用也可能呈现弯曲状态。
在钻进过程中,通过钻柱将转盘扭矩传送给钻头。
在扭矩的作用下,钻柱不可能呈平面弯曲状态,而是呈空间螺旋形弯曲状态。
根据井下钻柱的实际磨损情况和工作情况来分析,钻柱在井眼内的旋转运动形式可能是自转,钻柱像一根柔性轴,围绕自身轴线旋转;也可能是公转,钻柱像一个刚体,围绕着井眼轴线旋转并沿着井壁滑动;或者是公转与自转的结合及整个钻柱或部分钻柱做无规则的旋转摆动。
从理论上讲,如果钻柱的刚度在各个方向上是均匀一致的,那么钻柱是哪种运动形式取决于外界阻力(如钻井液阻力、井壁摩擦力等)的大小,但总以消耗能量最小的运动形式出现。
因此,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。
在钻柱自转的情况下,离心力的总和等于零,对钻柱弯曲没有影响。
这样,钻柱弯曲就可以简化成不旋转钻柱弯曲的问题。
在井下动力钻井时,钻头破碎岩石的旋转扭矩来自井下动力钻具,其上部钻柱一般是不旋转的,故不存在离心力的作用。
另外,可用水力荷载给钻头加压,这就使得钻柱受力情况变得比较简单。
二、钻柱的受力分析钻柱在井下受到多种荷载(轴向拉力及压力、扭矩、弯曲力矩)作用,在不同的工作状态下,不同部位的钻柱的受力的情况是不同的。
钻柱一、钻柱的作用与组成二、钻柱的工作状态与受力分析三、钻柱设计一、钻柱的组成与功用(一)钻柱的组成钻柱(Drilling String)是钻头以上,水龙头以下部分的钢管柱的总称.它包括方钻杆(Square Kelly)、钻杆(Drill Pipe)、钻挺(Drill Collar)、各种接头(Joint)及稳定器(Stabilizer)等井下工具。
(二)钻柱的功用(1)提供钻井液流动通道;(2)给钻头提供钻压;(3)传递扭矩;(4)起下钻头;(5)计量井深。
(6)观察和了解井下情况(钻头工作情况、井眼状况、地层情况);(7)进行其它特殊作业(取芯、挤水泥、打捞等);(8)钻杆测试 ( Drill-Stem Testing),又称中途测试。
1. 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(3)规范:壁厚:9 ~ 11mm外径:长度:根据美国石油学会(American Petroleum Institute,简称API)的规定,钻杆按长度分为三类:第一类 5.486~ 6.706米(18~22英尺);第二类 8.230~ 9.144米(27~30英尺);第三类 11.582~13.716米(38~45英尺)。
常用钻杆规范(内径、外径、壁厚、线密度等)见表2-12•丝扣连接条件:尺寸相等,丝扣类型相同,公母扣相匹配。
•钻杆接头特点:壁厚较大,外径较大,强度较高。
•钻杆接头类型:内平(IF)、贯眼(FH)、正规(REG); NC系列•内平式:主要用于外加厚钻杆。
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。
钻柱弯曲理论计算公式钻井是石油勘探和开采过程中的重要环节,钻柱是钻井过程中的重要工具之一。
钻柱在钻井过程中承受着巨大的力和压力,因此需要对钻柱的弯曲情况进行理论计算,以保证钻井过程的顺利进行。
钻柱弯曲理论计算公式是钻井工程中的重要内容之一,下面将对钻柱弯曲理论计算公式进行详细介绍。
钻柱的弯曲是由于钻柱在井下受到地层作用力的影响而产生的。
在钻井过程中,钻柱需要穿过不同地层,因此受到的地层作用力也不同,这就导致了钻柱的弯曲情况。
为了对钻柱的弯曲情况进行理论计算,需要使用一些公式来进行计算。
钻柱的弯曲情况可以用弯曲方程来描述,弯曲方程可以用来计算钻柱在受到外力作用后的变形情况。
弯曲方程的一般形式如下:M = E I d^2θ/dx^2。
其中,M是钻柱在x处的弯矩,E是钻柱的杨氏模量,I是钻柱的惯性矩,θ是钻柱在x处的偏转角,d^2θ/dx^2是偏转角的二阶导数。
在钻井工程中,通常需要计算钻柱在受到外力作用后的最大偏转角,这可以通过弯曲方程来计算。
钻柱的最大偏转角可以通过以下公式来计算:θmax = (5 M L^4) / (384 E I)。
其中,θmax是钻柱的最大偏转角,M是钻柱的最大弯矩,L是钻柱的长度,E是钻柱的杨氏模量,I是钻柱的惯性矩。
除了以上的弯曲方程和最大偏转角公式外,钻柱的弯曲还需要考虑到地层作用力的影响。
地层作用力会对钻柱的弯曲情况产生影响,因此需要将地层作用力考虑进去。
地层作用力可以通过以下公式来计算:P = ∫(0~L) W(x) dx。
其中,P是地层作用力,W(x)是钻柱在x处受到的地层作用力,L是钻柱的长度。
通过以上的公式,可以对钻柱在受到地层作用力后的弯曲情况进行计算。
这些公式可以帮助钻井工程师们更好地理解和掌握钻柱的弯曲情况,从而更好地指导钻井作业。
除了以上介绍的公式外,钻柱的弯曲还需要考虑到一些其他因素,比如钻柱的材料、地层的性质、钻井液的性质等。
这些因素都会对钻柱的弯曲情况产生影响,因此在进行钻柱弯曲理论计算时,需要综合考虑这些因素。