4.3钻柱的最大允许静拉负荷在线视频

大家好

今天我们给大家讲

钻柱的最大允许静拉负荷

我们知道钻柱下井以后

它在井下要承受很多的载荷

它主要有

轴向载荷

他主要由钻柱的本身重力所产生的

那么第二个是它的外挤压力

它的外挤压力主要是由

钻柱和井眼之间环空的液体

产生的一个压力

那么另外

钻柱在旋转过程中

会产生扭矩

那么最后一个

钻头的弯矩

当钻柱通过弯矩井段的时候

发生弯曲以后

钻柱本身会承受

弯矩载荷

那么

在这么多的载荷里面

其中轴向拉力的作用最大

那么因此

我们在做钻杆强度校核的时候

主要就是以

抗拉强度为主

再附以我们抗压和抗硫设计

那么对于抗拉设计

我们要满足一个钻杆不被拉断

它应该满足一个

最基本的要求

就是我们的

设计的拉伸载荷

一定要小于钻杆最大允许的静拉载荷

这个就是我们这一节给大家讲的重点

这里面设计到两个参数

第一个就是我们的拉伸载荷

拉伸载荷的计算

通常

我们钻柱

在钻井液中悬空的情况来计算

为什么要以悬空的情况来计算

是因为钻柱在悬空的时候相对于

钻柱在钻进过程中

它的静拉更大

因为在钻进的时候

有一部分钻压

会消耗掉它自身的重量

第二个就是我们

钻杆允许的最大静拉负荷

那么它和什么有关系

它主要和钻柱

材料本身的屈服强度有关

第二个是和钻柱的工作条件有关

那么我们来看一下

要计算最大的静拉负荷

首先必须要满足第一个条件

钻杆的最大静拉负荷

首先要满足材料的屈服强度要求

由材料力学我们知道

当一个圆柱

受到拉力P的时候

那么它产生的这个应力等于

我们的拉力除以我们的面积

我们对公式进行一个变形

就能得到

这个拉力等于应力乘上面积

那么我们把这个应力取成

我们材料的屈服强度

这个拉力就是我们杆的极限抗拉能力

我们把这个公式带到

我们钻柱的静拉负荷里面

就能得到

钻柱在屈服强度下的抗拉负荷

Py=材料的屈服强度σs*钻柱的截面积F

前面还有个0.1

这个0.1

是由于我们取的面积单位是cm^2

它是一个单位的一个换算系数

我们讲这个

Py是在屈服强度下的抗拉负荷

也就是说它的极限状态

通常我们在设计的时候

一般把这种极限状态都有设计的标准

我们一般取90%的最大工作负荷

作为我们钻杆的一个最大工作负荷

一般我们把这个在屈服强度下面的

抗拉负荷Py

取90%作为它允许最大工作负荷

也就是说

Pw=0.9Py

那么第二个条件

钻杆在满足材料的屈服强度条件下

还应该满足实际工作的要求

这个地方

我们主要给大家讲三个需求

第一种

动载

第二种

解除复杂或事故

第三种就是

考虑卡瓦挤毁钻杆

那么首先我们来看一下

动载

钻柱产生动载的原因有很多

主要有钻具的震动

包括它的横向震动和纵向震动

第二个

钻柱和井壁产生的摩擦

那么这个摩擦力可能会导致

钻柱的波动

第三个

钻柱在排量不均匀的时候

会产生脉动力

那么最后一个就是我们的起下钻过程中

由于我们起钻的速度不均匀

也会造成我们的动载

那么这些动载

它是随着时间的一个变化

我们在理论上

去准确的计算这些动载的大小

是非常困难的

但是我们在设计的时候

又不能不考虑这些动载

那怎么办

那么为了保证井下的安全

我们就人为的规定

最大工作负荷Pw与

最大允许静拉负荷Pa

之间的比值必须要大于一个值

那么我们把

必须要大于的这个值n

叫作安全系数

它的数值n=Pw/Pa

我们把这个公式进行一个变形

我们就能得到

这个Pa=Pw/n

采用这种方式计算出来的

最大允许的静拉负荷

我们叫做安全系数法

这是动载的影响

第二个就是考虑或解除复杂事故

我们在钻井过程中

经常会遇见一些复杂情况

特别是卡钻

比如我们遇到砂卡

遇到井下落物

遇到我们的缩径

都可能造成钻柱卡在井下

那么这个时候

我们需要上提或下压我们的钻杆

去解除这个卡

这个时候就要求我们钻柱

具备一定的上提或是下压的能力

这个上提或是下压的这个值

我们叫拉力余量

那么拉力余量

与我们最大允许的静拉负荷的关系

有这个Pa=Pw-ΔT

由于这个Pw我们取0.9倍的Py

那么就得到这个公式

0.9py-ΔT

那么这个的ΔT我们一般取450KN

可能同学们就会问

前面我们已经用安全系数

给我们的钻柱留下了余量

为什么我们还要考虑

这个拉力余量的事

我们先看一个例子

假设我们有这么一个钻杆

外径是88.9mm

线重是194.14N/m

然后低级钻杆

我们通过查手册就知道

这种钻杆它的抗拉强度是886.025kN

设计安全系数是1.3

那么我们就根据前面的

安全系数法来来计算它的一个静拉力

Pa=0.9*Py/n

最后的数值=613.46kN

这个就是通过安全系数法计算出来的

钻柱的允许最大静拉负荷

那么我们看一下

在这种条件下面

它的拉力余量是多少

我们还是取0.9倍的最大工作负荷来计算

0.9*Py-Pa

最后得到的值是183.96

小于通常我们要求的450kN

所以当满足小于安全的要求的时候

不一定满足拉力余量的要求

同样

满足拉力余量的要求的时候

也不一定满足我们的安全系数

通常我们在浅井

钻杆钢级比较低的时候

我们要更多的去考虑拉力余量

那么第三个就是我们要考虑

卡瓦挤毁钻杆

在有些时候

我们需要用卡瓦来卡住钻柱

那么这个卡瓦的工作原理是

这里有两幅图

那么卡瓦这样一个锥形的体

把它放在钻柱和补心之间

由于是个椎体

钻柱下拉的过程中

那么他会越来越紧

就将我们这个钻杆

卡在这个井口

那么当钻柱往下拉我们的卡瓦的时候

同样卡瓦也会给我们钻柱一个

侧向的挤压力

这个拉力越大

对钻杆的挤压力就越大

当这个外挤力达到一定的数值的时候

就可能将我们的钻杆挤毁

因此要防止卡瓦挤毁我们的钻杆

钻杆的屈服强度与拉应力的比值

不能小于一定的数值

这个比值的极限值

可以由这个公式来计算

这个公式我们看一下里面包含了什么

它包含了钻柱的外

卡瓦的横向负荷系数

与他们的接触长度

通过公式我们就能够计算

这个最小的值是多少

那么另外

应力的比值和我们力的比值

在数值上是相等的

所以就有了这么一个等式

那么将这个等式进行一个变形

变形以后

我们就能够得到

Pa=Pw/σs/σt

我们还是取0.9倍的最大工作负荷

0.9Py/σs/σt

那么我们通过三种

允许最大静拉负荷分析

得到三个不同的公式

那么这三个不同的计算公式

得到的结果可能不一样

那么我们怎么去选取

那么我们要选取的话

应该是选

通过安全系数法

考虑卡瓦挤毁钻杆的设计系数法

以及拉力余量法

他们的最小值

来作为设计段的钻杆的

最大静拉负荷

那么

今天我们的课就介绍到这里

谢谢大家