克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（一口井的設(shè)計(jì)）系部： 石油工程系專業(yè)： 鉆井工程姓名： 王 星學(xué)號： 08050059設(shè)計(jì)題目：一口井的設(shè)計(jì)起訖日期： 2013 年 3 月 1 日2013 年 5 月 31 日設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院指導(dǎo)老師： 劉鵬 摘 要 一口井的設(shè)計(jì)包括井身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，套管柱的設(shè)計(jì)，鉆桿柱的設(shè)計(jì)。井身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)又是整個鉆井設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是保證一口井能順利鉆進(jìn)的前提。合理的井身結(jié)構(gòu)可以保證一口井能順利鉆達(dá)預(yù)定的井深，能夠保證鉆進(jìn)過程的安全，能夠防止鉆進(jìn)中的產(chǎn)層污染，并能花費(fèi)最少的費(fèi)用。 套管柱設(shè)計(jì)既要考慮到套管柱的受力分析又要考慮到套管的強(qiáng)度，套管柱的受力分析是

2、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)套管柱是應(yīng)當(dāng)根據(jù)套管的最危險情況來考慮套管的基本載荷。套管柱的強(qiáng)度設(shè)計(jì)又是根據(jù)套管所受的外載，根據(jù)套管的強(qiáng)度建立一個安全的平衡關(guān)系： 套管強(qiáng)度外載×安全系數(shù) 合理的鉆桿柱設(shè)計(jì)是確保優(yōu)質(zhì)、快速、安全鉆井的重要條件。尤其是對深井鉆井，鉆柱在井下的工作條件十分復(fù)雜與惡劣，鉆桿柱設(shè)計(jì)在整個過程中就顯得更加重要。 ：井身結(jié)構(gòu)鉆具鉆機(jī)套管固井【關(guān)鍵詞】 第一章 第一節(jié) 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 井身結(jié)構(gòu)主要包括套管層次和每層套管的下深，各層套管外水泥返高，以及套管和井眼尺寸的配合。 依據(jù)：地層壓力和地層破裂壓力剖面套管的分類各類型作用 1、表層套管 主要用途： （1）封隔地表淺水

3、層及淺部疏松和復(fù)雜地層； （2）安裝井口、懸掛和支撐后續(xù)各層套管。 下深位置： 根據(jù)鉆井的目的層深度和地表狀況而定，一般為上百米甚至上千米。 2、生產(chǎn)套管（油層套管） 主要用途：用以保護(hù)生產(chǎn)層，提供油氣生產(chǎn)通道。 下深位置：由目的層位置及完井方式而定。 3、中間套管（技術(shù)套管） 在表層套管和生產(chǎn)套管之間由于技術(shù)要求下入的套管，可以是一層、兩層或更多層。主要用來封隔不同地層壓力層系或易漏、易塌、易卡等井下復(fù)雜地層。 4、尾管（襯管） 是在已下入一層技術(shù)套管后采用，即在裸眼井段下套管、注水泥，而套管柱不延伸到井口。 主要用途：減輕下套管時鉆機(jī)的負(fù)荷和固井后套管頭負(fù)荷；節(jié)省套管和水泥。 一般深井和超

4、深井。 二、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則 1、有效地保護(hù)油氣層； 2、有效避免漏、噴、塌、卡等井下復(fù)雜事故的發(fā)生，保證安全、快速鉆進(jìn)； 3、鉆下部地層采用重鉆井液時產(chǎn)生的井內(nèi)壓力，不致壓裂上層套管鞋處最薄弱的裸露地層； 4、下套管過程中，井內(nèi)鉆井液液柱壓力和地層壓力間的壓差不致于壓差卡套管； 5、當(dāng)實(shí)際地層壓力超過預(yù)測值而發(fā)生井涌時，在一定壓力范圍內(nèi)，具有壓井處理溢流的能力。 三、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 地層巖性剖面、地層孔隙壓力剖面、地層破裂壓力剖面、地層坍塌壓力剖面。 6 個設(shè)計(jì)系數(shù)： 抽吸壓力系數(shù) Sb； 0.024 0.048 g/cm3 激動壓力系數(shù) Sg； 0.024 0.048 g/cm3

5、 壓裂安全系數(shù) Sf； 0.03 0.06 g/cm3 井涌允量 Sk； ： 3 0.05 0.08 g/cm 壓差允值 Dp； DPN: 1518 MPa ， DPA： 2123 MPa 四、裸眼井段應(yīng)滿足的力學(xué)平衡條件 1、dmaxpmax Sb （防井涌） 2、dmax-pmin×Dpmin×0.00981P （ 防壓差卡鉆） 3、dmax Sg Sf fmin （防井漏 4、dmax Sf Sk ×Dpmax/ Dc1fc1 （防關(guān)井井漏 其中：dmax-裸眼井段內(nèi)使用的最大鉆井液密度，g/cm3； pmax-裸眼井段鉆遇的最大地層壓力的當(dāng)量泥漿密度， 3

6、 g/cm ； Dpmax-最大地層孔隙壓力所處的井深，m； pmin-裸眼井段鉆遇的最小地層壓力的當(dāng)量泥漿密度，g/cm3； Dpmin-最小地層孔隙壓力所處的最大井深，m； fmin-裸眼井段最小地層破裂壓力的當(dāng)量泥漿密度，g/cm3； Dc1-套管下入深度，m； fc1-套管鞋處地層破裂壓力的當(dāng)量泥漿密度， g/cm3； 五、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 1、求中間套管下入深度的假定點(diǎn) （1）不考慮發(fā)生井涌 由f pmax Sb Sg Sf dmax 計(jì)算出f ，在破裂壓力曲線上查出f 所在的井深 D21 ，即為中間套管下深假定點(diǎn)。 （2）考慮可能發(fā)生井涌 由f pmaxSb Sf Sk ×

7、;Dpmax/ D21 用試算法求 D21；先試取一個D21，計(jì)算f ；將計(jì)算出的f 與 D21 處查得的f 進(jìn)行比較，若計(jì)算值與實(shí)際值相差不大且略小于實(shí)際值，可以確定 D21 為中間套管假定點(diǎn)。否則，重新進(jìn)行試算。 、 一般情況下，在新探區(qū)，取以上（1）（2）兩種條件下 D21 較大的值。 2、驗(yàn)證中間套管下到深度 D21 是否有被卡的危險首先求出裸眼中可能存在的最大靜壓差： Ppmax1Sb -pmin×Dmin×0.00981 pmax1-鉆進(jìn)至 D21 遇到的最大地層壓力當(dāng)量密度，g/cm3。 Dmin-最小地層孔隙壓力所對應(yīng)的井深，m； （當(dāng)有多個最小地層壓力點(diǎn)時

8、，取最大井深。 ） 若P lt PN ，則確定 D21 為中間套管的下入深度 D2。 若P gt PN ，則中間套管深度應(yīng)小于假定點(diǎn)深度。需根據(jù)壓差卡鉆條件確定中間套管下深。 求在壓差PN 下所允許的最大地層壓力： 在地層壓力曲線上找出pper 所在的深度即為中間套管下深 D2。 3、求鉆井尾管下入深度的假定點(diǎn) D31 根據(jù)中間套管鞋處的地層破裂壓力當(dāng)量密度f2 ，求出繼續(xù)向下鉆進(jìn)時裸眼井段所允許的最大地層壓力當(dāng)量密度： 用試算法求 D31。 試取一個 D31， 與 計(jì)算出pper ， D31 處的實(shí)際地層壓力當(dāng)量密度比較，若計(jì)算值與實(shí)際值接近，且略大于實(shí)際值，則確定為尾管下深假定點(diǎn)；否則，另

9、取 D31 進(jìn)行試算 。 4、校核尾管下入到 D31 是否有被卡的危險校核方法與中間套管的校核方法相同。只是將壓差允值PN 變?yōu)镻A 。 5、計(jì)算表層套管下入深度 D1 根據(jù)中間套管鞋處的地層壓力當(dāng)量密度p2 ， 計(jì)算出若鉆進(jìn)到深度 D2 發(fā)生井涌關(guān)井時，表層套管鞋 D1 處所承受的井內(nèi)壓力的當(dāng)量密度： 根據(jù)上式，用試算法確定 D1。 試取一個 D1，計(jì)算fE ，計(jì)算值與 D1 處的地層破裂壓力當(dāng)量密度值比較；若計(jì)算值接近且小于地層破裂壓力值， 則確定 D1 為表層套管下深。否則，重新試算。 第二節(jié) 鉆桿柱設(shè)計(jì) 鉆具和鉆塔是鉆進(jìn)（井）設(shè)備中重要的組成部分。鉆具一般是指鉆頭以上，水接頭以下的全部

10、鋼管柱，它由巖心管、異徑接頭、取粉管、扶正器（或擴(kuò)孔器）、鉆鋌、鉆桿和主動鉆桿等組成。鉆桿是鉆具組成中的主要成員，多根鉆桿借助接頭或接箍連接成相當(dāng)于孔深長度的鉆桿柱。鉆塔的主要任務(wù)是升降鉆具和套管。鉆塔的高度應(yīng)與鉆桿立根的長度相匹配。 鉆桿柱是連通地面鉆進(jìn)設(shè)備與地下破巖工具的樞紐。鉆桿柱把鉆壓和扭矩傳遞給鉆頭，實(shí)現(xiàn)連續(xù)給進(jìn)；鉆桿柱為清潔孔底和冷卻鉆頭提供輸送沖洗介質(zhì)的通道；鉆桿柱還是更換鉆頭、提取巖心管和進(jìn)行事故打撈的工作載體。同時，在繩索取心鉆進(jìn)和水力反循環(huán)連續(xù)取心鉆進(jìn)中，鉆桿柱還是提取巖心的通道；用孔底動力機(jī)鉆進(jìn)時，靠鉆桿柱把動力機(jī)送至孔底，輸送高壓液體或氣體并承擔(dān)反扭矩。 隨著鉆井深度的

11、增加，對鉆桿柱的要求也越來越高。例如，當(dāng)用 50鉆桿鉆進(jìn)孔深達(dá) 1 000m 的鉆孔時，鉆桿柱是一根細(xì)長比（直徑與長度之比）達(dá) 120 000 的細(xì)長軸。它在非常惡劣的孔內(nèi)工作條件下承受著復(fù)雜的交變應(yīng)力，因此往往是鉆進(jìn)設(shè)備與工具中最薄弱的環(huán)節(jié)。在日常生產(chǎn)中，鉆桿脫扣、刺漏、折斷是常見的孔內(nèi)事故，并常導(dǎo)致孔內(nèi)情況進(jìn)一步復(fù)雜化。因此研究鉆桿柱在孔內(nèi)的工作條件與工藝要求，合理地設(shè)計(jì)和使用鉆桿柱，對于預(yù)防惡性事故，實(shí)現(xiàn)快速優(yōu)質(zhì)鉆進(jìn)具有重要的意義。二、鉆桿柱的材質(zhì) 常規(guī)的鉆桿是由不同成分的合金無縫鋼管制成，現(xiàn)用合金成分有Mn、MnSi、MnB、MnMo、MnMoVB 等，并且限制磷、硫等有害成分不得大

12、按于 0.04， 照 GB3423-82 的規(guī)定，用作鉆桿柱的鋼管力學(xué)性能如表 2-1所列，鉆桿的鋼級越高，其屈服強(qiáng)度越大。 表 2-1 鉆桿鋼管的力學(xué)性能不小于表中數(shù)據(jù)表 屈服點(diǎn) 抗拉強(qiáng)度 鋼 級 伸長率 s sMPa pMPa DZ40 400 650 14 DZ50 500 700 12 DZ55 550 750 12 DZ60 600 780 12 DZ65 650 800 12 DZ75 750 850 10 為了確保鉆桿質(zhì)量，軋制的鋼管必須經(jīng)正火、回火處理或調(diào)質(zhì)處理。由于鉆桿柱在回轉(zhuǎn)過程中，經(jīng)常與孔壁摩擦，為了強(qiáng)化其表面抗磨能力，必須對鉆桿表層進(jìn)行高頻淬火。但是為了不影響鉆桿抗疲勞

13、破壞的性能，淬火加硬的表層深度必須控制在 1mm 以內(nèi)。 鉆桿連接螺紋是鉆桿柱中最薄弱的部位。為了克服該弱點(diǎn)，常常須把鉆桿端部管壁向外或向內(nèi)鐓厚，成為外加厚或內(nèi)加厚的鉆桿。但是在鐓厚的過程中對鉆桿會造成熱損傷，所以鐓厚的鉆桿必須進(jìn)行正火、淬火和高溫回火處理。鉆探管材螺紋是專門設(shè)計(jì)的，并已定為國家標(biāo)準(zhǔn)（GB3423-82）。一般鉆桿采用螺距 48mm 每邊傾斜 5°的梯形螺紋，為了防止應(yīng)力集中，螺紋根部有規(guī)定的圓弧角。螺紋部分承受著交變應(yīng)力，所以它既要有足夠的強(qiáng)度，又要能在經(jīng)常擰卸中耐磨。同時鉆管中承受著沖洗液流的高壓作用，要求在鉆桿接頭端部有專門的端面密封。鉆桿柱的結(jié)構(gòu)：1. 主動鉆

14、桿 主動鉆桿（又稱機(jī)上鉆桿）位于鉆桿柱的最上部，由鉆機(jī)立軸或動力頭的卡盤夾持，或由轉(zhuǎn)盤內(nèi)非圓形卡套帶動回轉(zhuǎn)，向其下端連接的孔內(nèi)鉆桿傳遞回轉(zhuǎn)力矩和軸向力。主動鉆桿上端連接水籠頭，以便向孔內(nèi)輸送沖洗液。主動鉆桿的斷面尺寸大，便于卡盤夾持回轉(zhuǎn)，不易彎曲，其斷面形狀有圓形、兩方、四方、六方和雙鍵槽形。主動鉆桿的長度應(yīng)比鉆桿的定尺長度與回轉(zhuǎn)器通孔長度之和略長一些，常用的長度是 4.5m 或 6m。2. 鉆鋌 在大口徑鉆進(jìn)中常會用到鉆鋌。鉆鋌直徑大于鉆桿，位于鉆桿柱的最下部。其主要特點(diǎn)是壁厚大（相當(dāng)于鉆桿壁厚的 46 倍），具有較大的質(zhì)量、強(qiáng)度和剛度。鉆鋌的主要作用是： 給鉆頭施加鉆壓； 保證復(fù)雜應(yīng)力條件

15、下的必要強(qiáng)度； 減輕鉆頭的振動，使其工作定； 控制孔斜。 圖 2-1 鉆桿柱的連接方式 1-內(nèi)絲鉆桿 2-外絲鉆桿 3-公鎖接頭4-母鎖接頭 5-接箍3. 鉆桿柱的連接方式（圖 2-1）3.1 內(nèi)絲鉆桿 用接頭連接的內(nèi)絲鉆桿兩端內(nèi)壁車有扁梯形螺紋。我國金剛石巖心鉆進(jìn)（非繩索取心）均采用內(nèi)絲鉆桿，這是金剛石鉆進(jìn)的特點(diǎn)所決定的。因?yàn)榻饎偸@進(jìn)孔徑小、轉(zhuǎn)速高，必須使鉆桿外徑和孔壁之間的環(huán)狀間隙很小。因此要求整個鉆桿柱的外表面基本是平滑一致的，從而決定了其只能用內(nèi)絲鉆桿連接方式。3.2 外絲鉆桿 用接箍連接的外絲鉆桿兩端管壁有內(nèi)、外加厚，并車有帶錐度的三角螺紋。接箍外徑較鉆桿大，可減少鉆桿磨損和其在孔

16、內(nèi)的彎曲程度，但卻占用了較大的鉆桿外環(huán)狀間隙。在合金和鉆粒鉆進(jìn)中，基本是采用外絲鉆桿。3.3 用焊接接頭連接 這種鉆桿的兩端與鉆桿接頭之間用焊接的方法連接起來，接頭之間再用螺紋。在水井、地?zé)峋@進(jìn)中常采用烘裝焊接連接方式的鉆桿，在金剛石繩索取心鉆進(jìn)中則采用對焊連接的鉆桿。 為減少升降工序中擰卸鉆桿的次數(shù)與時間，由 24 根鉆桿連接成立根，一次升降一個立根，在鉆孔過程中不再卸開。為便于擰卸，立根之間用兩個一組的公母鎖接頭連接（圖 2-1），其外徑與接箍相同。為了升降鉆具擰卸與掛提引器方便，公母鎖接頭上均開有方切口。公母鎖接頭上的連接螺紋錐度大、螺距大，自動對中好，擰卸省力又省時。 常用的普通鉆桿

17、及其連接件的規(guī)格如表 2-2 所列，用于大口徑工程施工的鉆桿可查閱原石油部的規(guī)范，而金剛石巖心鉆探用的鉆桿規(guī)格可查閱 GB3423-82。 目前國外已推廣鋁合金鉆桿，國內(nèi)也在試制。使用鋁合金鉆桿可以減小鉆桿柱的質(zhì)量，減少回轉(zhuǎn)和提升鉆桿柱所消耗的功率，所以在同樣的條件下可以增大鉆機(jī)的可鉆深度，提高轉(zhuǎn)速，同時可以減少升降鉆桿柱的時間。 表 2-2 普通鉆桿及其連接的主要規(guī)格YB235-70 接 鉆 桿 鎖 接 頭 箍加 公 附加厚 長 每米質(zhì) 質(zhì)量 切 鎖 母鎖 外內(nèi) 量 外 長 外 內(nèi) 連接后全方 度 量 kg/ 口 接 接頭 徑徑 kg/ 徑 度 徑 徑 長式 m kg/m 個 寬 頭 長 根

18、 長內(nèi) 42 32 3.0 4.56 0.65 57 130 1.4 57 22 40 165 230 355加 50 39 4.5 6.04 0.96 65 140 1.7 65 28 45 190 255 395厚 60 48 4.5 7.99 1.44 75 140 2.04 75 38 50 215 290 445外 60 48 6.0 7.99 1.5 86 140 2.7 86 44.5 50 241 310 481加 73 59 6.0 11.4 2.5 105 165 4.7 105 68 50 355 280 533厚 89 69 8.0 19.48 3.5 118 165

19、5.2 121 除單獨(dú)說明者外，單位均為 mm。鉆桿柱的工作狀態(tài)： 鉆桿柱在孔內(nèi)的工況隨鉆進(jìn)方法、鉆進(jìn)工序的不同而異。鉆桿柱主要是在起下鉆和鉆進(jìn)這兩種條件下工作。 在起下鉆時，鉆桿柱不接觸孔底，整個鉆桿柱處于懸持狀態(tài)，在自重作用下，鉆桿柱處于受拉伸的穩(wěn)定狀態(tài)。 圖 2-2 鉆桿在孔內(nèi)的波形彎曲 在正常鉆進(jìn)時，由于鉆桿柱自身的偏心和由于自重失穩(wěn)而產(chǎn)生的某些彎曲，造成鉆桿柱有一定的質(zhì)量偏離回轉(zhuǎn)中心。這些偏心質(zhì)量在回轉(zhuǎn)運(yùn)動中則產(chǎn)生離心力，更促使鉆桿柱彎曲。與此同時，鉆桿柱給孔底工作的鉆頭傳送所需鉆壓主要依賴于鉆桿柱自身的質(zhì)量，多余的部分由鉆機(jī)提拉而減壓；如果壓力不足，則需靠鉆機(jī)補(bǔ)充（即所謂加壓鉆進(jìn)）

20、。因此，鉆桿柱上還有由自重、鉆機(jī)給進(jìn)力及摩擦力合成的縱向壓力。在離心力、縱向壓力和扭矩的聯(lián)合作用下，鉆桿柱軸線一般呈變節(jié)距的空間螺旋彎曲曲線形狀。彎曲程度取決于這三種力作用的大小。由于鉆桿柱愈往下，所受重力愈大，因此，彎曲的鉆桿柱軸線在孔底螺距最小，往上逐漸加大。如圖 2-2 所示。 我們把鉆桿柱中心線和鉆孔的軸線相交兩點(diǎn)間的一段縱向長度稱為半波長，以 l 表示。根據(jù)薩爾基索夫的理論推導(dǎo)，距零斷面（零斷面的概念見本節(jié)后續(xù)內(nèi)容）距離為 Z 處的半波長可按式（2-1）計(jì)算。 m 2-1式中： q-鉆桿柱在沖洗液中單位長度的質(zhì)量，kg/m； -鉆桿柱轉(zhuǎn)速，r/min；Z-所求斷面距零斷面的距離，在零

21、斷面以下壓縮部分取負(fù)號，反之取正號，m；J-鉆桿柱橫斷面的軸慣性矩，cm4。 薩爾基索夫公式的前提條件是理想的鉆桿柱在孔壁完整的鉆孔中以鉆孔軸線為中心作公轉(zhuǎn)運(yùn)動，并呈平面彎曲，該公式僅表示了鉆桿柱在孔內(nèi)彎曲的基本狀態(tài)。 螺旋彎曲的鉆桿柱在孔內(nèi)是怎樣旋轉(zhuǎn)的呢這是一個極為復(fù)雜的問題。鉆桿柱在孔內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動可能有三種形式。 （1）鉆桿柱圍繞自身彎曲軸線旋轉(zhuǎn)（自轉(zhuǎn)）。鉆桿柱自轉(zhuǎn)時在整個圓周上與孔壁接觸，產(chǎn)生均勻的磨損，但受到交變彎曲應(yīng)力的作用。 （2）鉆桿柱圍繞鉆孔軸線旋轉(zhuǎn)并沿著孔壁滑動（公轉(zhuǎn)）。鉆桿柱公轉(zhuǎn)時不受交變彎曲應(yīng)力的作用，但產(chǎn)生一邊偏磨。 （3）鉆桿柱圍繞鉆孔軸線旋轉(zhuǎn)，但不是沿著孔壁滑動而是

22、沿著孔壁反向滾動（公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)的結(jié)合），鉆桿柱同時圍繞自身軸線和鉆孔軸線旋轉(zhuǎn)。其磨損均勻，也受到交變彎曲應(yīng)力的作用，但循環(huán)次數(shù)比第一種形式低得多。 從理論上講，如果鉆桿柱的剛度各方向是均勻一致的，那么鉆桿柱以何種形式旋轉(zhuǎn)就取決于外界阻力的大小，按照常規(guī)是以消耗能量最小的形式轉(zhuǎn)動。當(dāng)鉆桿柱自轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)經(jīng)過的行程比其他運(yùn)動形式都小，克服泥漿阻力及孔壁摩擦力所消耗的能量也較小。因此，一般認(rèn)為呈半波彎曲的鉆桿柱的主要形式是自轉(zhuǎn)，但也可能產(chǎn)生兩種形式的結(jié)合，即有時以自轉(zhuǎn)為主公轉(zhuǎn)，有時以公轉(zhuǎn)為主自轉(zhuǎn)。鉆柱的受力： 在鉆進(jìn)過程中，鉆桿柱承受著各種載荷的作用。1. 軸向壓力和拉力 當(dāng)鉆孔達(dá)到一定深度時，孔內(nèi)鉆桿

23、柱的重力已超過了鉆頭所能承受的鉆壓值，則必須減壓鉆進(jìn)。即上部鉆桿柱受拉，其中孔口處拉力最大，向下逐漸減??；下部鉆桿柱受壓，孔底壓力最大（圖 2-3）。在某一深處軸向力等于零，稱之為零斷面或中和點(diǎn)。在施工中我們應(yīng)該設(shè)計(jì)使中和點(diǎn)落在剛度大、抗彎能力強(qiáng)的鉆鋌上，保證上部的鉆桿處于受拉伸的穩(wěn)定狀態(tài)。即使在小口徑的條件下不可能使用鉆鋌，也應(yīng)避免落在強(qiáng)度和剛度較弱的舊鉆桿上，以免加劇其受壓彎曲，在自轉(zhuǎn)中造成疲勞破壞。 圖 2-3 軸向力分布示意圖2. 扭矩 鉆進(jìn)中鉆桿柱受到扭矩的作用，在鉆桿柱各個截面上都產(chǎn)生剪應(yīng)力。 鉆桿柱在孔口處承受的扭矩最大，在孔底最小。3. 彎矩與離心力 已經(jīng)彎曲的鉆桿柱在軸向力的

24、作用下，將受到彎矩的作用，如繞自身軸旋轉(zhuǎn)則會產(chǎn)生交變的彎曲應(yīng)力。如鉆桿柱公轉(zhuǎn)，則產(chǎn)生離心力。離心力又將加劇鉆桿柱的彎曲變形。4. 縱振、扭振與擺振 孔底跳躍式的破碎巖石（尤其是沖擊鉆進(jìn)、牙輪鉆進(jìn)或鉆進(jìn)破碎巖石的條件下）會引起鉆桿柱的縱向振動，在中和點(diǎn)附近產(chǎn)生交變的軸向應(yīng)力。當(dāng)產(chǎn)生共振時，鉆桿柱容易疲勞破壞。當(dāng)孔底巖石對鉆頭的回轉(zhuǎn)阻力不斷變化時，會引起鉆桿柱的扭轉(zhuǎn)振動，從而產(chǎn)生交變的剪應(yīng)力。在某一臨界轉(zhuǎn)速下，鉆桿柱會出現(xiàn)擺振，其結(jié)果是迫使鉆桿柱公轉(zhuǎn)，引起鉆桿柱嚴(yán)重的偏磨。 由以上分析不難看出，鉆桿柱受力嚴(yán)重部位是下部、孔口處和零斷面附近。 第三節(jié) 套管設(shè)計(jì) 套管：優(yōu)質(zhì)無縫鋼管。一端為公扣，直接車在管體上；一端為帶母扣的套管接箍。 套管的尺寸系列： API 標(biāo)準(zhǔn)套管：4 1/2quot，5quot，5 1/2quot，6 5/8quot，7quot，75/8quot，8 5/8quot，9 5/8quot，10 3/4quot，11 3/4quot，13