石油工程钻井钻柱力学-最大延伸长度Lmax与疲劳破坏.pptVIP

石油工程钻井钻柱力学 最大延伸长度 Lmax 与疲劳破坏 石油工程钻井钻柱力学 复 习 题 * * 1 大庆石油学院 石油工程院 3. 2、压缩比 ?载荷比钻与钻柱延伸长度上限 Lmax 1、当自锁不是限制因素时，钻柱的额定载荷试验足以保证合理的钻柱设计。 2、当自锁是限制因素的大位移延伸井中，应针对给定的钻柱壁厚，通过确定钻柱压缩比上限，大位移延伸井试验来调整钻柱的长度。 0 5 10 15 压缩比? 35 -- 30 -- 25 -- 20 -- 15 -- 10 -- 5 -- 0 -- L/L1(%) 图（2）水平井段钻柱延伸长度与压缩比的实例 X 井深剖面 节点 ? 4 ? 3 ? 2 ? 1 3 ? 2 ? 4 ? 1 ? E3 E4 E2 E1 钻柱单元 钻柱组合剖面 图（3） 井深和钻柱组合剖面 Z ? 2 4、在钻柱出现自锁之前，应用压缩比可以确定能把多长的钻柱推入井内。假设将钻柱所受轴向压缩载荷比定义为“： ?载荷比 = - Fa（x）/ k————————（5） 由图（2）可以看出水平井段的长度L与压缩比 ? 的关系。增加压缩比 ? 延伸长度很快减少。这表明：对于大的压缩比 ?，增加压缩比 ?，只能使钻柱的延伸长度减少。 3、计算表明：钻柱发生自锁所施加的轴力应满足的条件。 Fa（x） ? （-1）k， _————————（4） 式中：k = Max（Fc r ? k ?） k ? =[4EIWbCos? /(??r) ]0.5 5、如果将式（4）和式（5）联立，在 ?载荷比 ? 1的额条件下，只要对式（2） 进行求解，我们就可以获得计算钻柱在大位移延伸井中可延伸长度的上限公式： 3 4 式中：?o = Fo /k ，Fo—钻柱下端面上轴向载荷，?o ? 1。 6、就一端受拉或受压，另一端自由的水平段钻柱来讲，上式中L长度对应于螺旋弯曲长度；未发生螺旋弯曲长度可由下式计算 Ls = Fhx / (??WbSin? - WbCos?) —————（7） 式中：Fhx——钻柱发生螺旋弯曲的临界力（载荷） ————（6） 第四节、关于预测钻柱疲劳破坏的方法 5 1、引起钻柱疲劳破坏原因？ 1）、高交变、非优化计计； 2）、处于严重的腐蚀环境； 3）、低上扣扭矩； 4）、钻杆本体的力学破坏； 5）、接头表面力学破坏； 6）、研磨磨损破坏。 2、研究柱疲劳破坏试验的方法？ 1）、疲劳破坏极限（σs），S-N曲线图上的斜线-水平线交点处的交变次数（No）， 2）、双对数坐标（LogMa-LogN）曲线图的斜率（m）。其中：Ma和N—分别称之为交变弯曲力矩，破坏次数（百万次、50%的残余S-N曲线）。 3）、根据足尺疲劳实验数据库，S-N曲线公式计算钻杆与接头的疲劳破坏比。 6 3、预测钻柱疲劳破坏的理论方法 1）、Paris的疲劳寿命： 2）、应力强度因子（K1）： K1 = Fm?? ?（??a）1/2 3）、裂纹几何因子 （1）、表面半圆裂纹 （2）、表面线性裂纹： （3）、（深埋椭圆形裂纹）； Fm = 1/? （4）、 （深埋圆形裂纹）： Fm = 2.01 / ? 7 4）、 应力强度因子变化 幅度和临界裂纹尺寸： 5）、钻杆裂纹疲劳 寿命预测公式： 4、为何使用应力强度因子K1预测钻柱破坏寿命 由于疲劳破坏的主要原因在于钻杆在制造和使用时出现裂纹，在一定使用条件下，开始产生初始裂纹并导致扩展。应力强度因子是描述应力场和位移场的物理量，也是计算疲劳寿命的关键因素。其表达式可写成：K1 = Fm?? ?（??a）1/2。 5、钻柱摩阻力在不同工况下以何种形式存在 1）、起下钻时摩擦力全部以轴向力的形式作用在钻柱上； 2）、钻头空转时：摩擦力则全部以扭矩的形式显示出来。 8 3）、在钻进时：钻柱同时受摩阻力和扭矩的作用。 6、如何测定井眼摩阻系数 ?？说明式中符号意义 式中：QSc—实测大钩负荷；Qjs—计算负荷；Fd—泥浆粘滞阻力；S—计算钻柱长度； FZN—钻柱所受侧向正压力。 7、