石油工程钻井钻柱力学-第二章 钻柱设计与负荷计算1-2节.pptVIP

3、横向载荷系数的确定 由公式（2-26c）可求得： ?2=（?1+tg?）/（1+?1tg?）=tg（?+?1）——（2-28a） 假定卡瓦给钻杆的横向力 T 与摩擦力 F2 相平衡的钻柱重量为F，则有： F = T ? ?2； 或 T = F / [tg（? + ?1）]——（2-28b） 当令： K = 1 / [tg（?+ ?1）] =（1+?1tg?）/ [tg（?+ ?1）], 因此 T = K ? F————————————（2-29） 同 ? = 9?27?45?。 ? ? ?1；所以，一般情况下，不会发生自锁，因为 ?1 -?2 - ?1。 31 式中：K—横向载荷系数， 即：轴向悬重将放大K倍而成为径向负荷。 由此可见，当 ?1 的取值等于0.15时，tg? = 1/6，则 K = 3.08；因此若将公式（2-26d）代入（2-29）式时， 可得： T = F /tg(?2)——————————（2-30） 由此可见：在不打滑的条件下，钻杆上的径向力只与钻杆和卡瓦之间的摩擦系数 ?2 有关。 ?2 越大要求不打滑的径向力就越小。我们希望径向卡紧力尽可能小。这样不但可以避免在钻杆壁上造成大量的牙痕，减少疲劳、氢脆破坏的源头，也可以避免挤扁钻杆、形成龟裂破坏等现象。 32 第三章: 钻柱设计与负荷计算目录 33 第一节 常用钻柱设计中负荷计算 ————2 一、钻柱的最大允许静拉负荷 Pamax————————————2 二、钻柱（钻杆、钻铤长度）设计与计算——————————8 第二节 钻柱的其它受力计算———————17 一、钻柱压差卡钻受力计算————————————————17 1、造成钻柱产生压差卡钻的条件是 ————————————17 2、伸长量、卡点深度、和套铣钻杆时的扭矩计算 ——————19 1）、钻柱伸长量计算 ——————————————————19 2）、钻柱遇阻卡深度计算 ————————————————20 3）、套铣时钻杆所受扭矩计算 ——————————————21 4）、扭转、大钩负荷、弯曲和压缩四种应力方程 ——————23 5）、应用举例 —————————————————————25 二、钻柱悬挂时（卡瓦）的受力分析与计算—————————26 1、卡瓦卡紧钻杆（接箍）的条件 —————————————27 2、卡瓦与方补心的自锁条件 ———————————————29 3、横向载荷系数的确定 —————————————————31 34 图 2-4a：卡瓦体上的作用力 F2 N2 N1 F1 ? R1 F2 ? ? 图 2-4b： 卡瓦自锁受力示意图 P 28 35 石油工程钻井钻柱力学 第二章 钻柱设计与负荷计算 1 2 钻柱的合理设计与强度效核是非常必要的。设计时应考虑的因素：垂深、井径、井身质量（包括?、?、K ?、 K? K等）、泥浆密度、安全系数、抗外挤安全系数、拉力余量、Dc、Dci；Dp、Dpi；Lc、Lp和刚级，以及单位长度的重量（或质量）等。 第一节 常用钻柱设计中负荷计算 前面对钻柱的受力进行了计算与分析。为防止钻柱所承受载荷超过理论负荷值后可能发生的弹性、塑性（弹塑性）变形，在大多数钻柱设计中，都要在钻柱的理论负荷上乘以不同的系数。下面首先介绍钻柱设计中可能遇到的几个基本概念。 一、钻柱的最大允许静拉负荷 Pamax 由受力分析与计算知道：钻柱上部所受拉伸负荷应满足的条件是：Qa ? Pamax（钻柱的最大允许静拉负荷）。因为计算条件一般是以钻柱在泥浆中空悬状态为依据的。 3 2、钻柱的最大工作负荷 Pw 根据强度条件，当钻柱实际承受的拉力达到 Py值时，钻柱将发生屈服而不能继续使用。一般将其 90% 的值作为最大的工作负荷。即： Pw = 0.9?Py （kN）——————（2-2） 式中：Py——钻柱在屈服强度下的抗拉负荷，kN。 （Py——可由钻井测试手册或钻井工艺原理、或海洋钻井手册中的钻杆承受扭力、拉力、挤压力、内压力数据表查获）； ?s——钻柱的最小屈服强度，兆帕； Pw——最大工作负荷，kN； Pamax——最大允许静拉负荷，kN； nn——安全系数，无因次。 而且钻柱的最大静拉负荷的大小取决于钻柱材料的屈服强度，以及与工作状态相应的使用条件。 3、钻柱的最大允许静拉负荷 Pamax 当考虑了现场