一、钻柱的组成与功能

　　(一)钻柱的组成

　　钻柱(Drilling String)是钻头以上
，水以下部门的钢管柱的总称. 它蕴含方钻杆(Square Kelly)、钻杆(Drill Pipe)、钻(DrillCollar)、 各类接头(Joint)及不变器(Stabilizer)等井下工具。

　　(二)钻柱的功能

　　(1)提供钻井液流动通路

　　(2)给钻头提供钻压

　　(3)传递扭矩

　　(4)起下钻头

　　(5)计量井深

　　(6)观察和相识井下情况(钻头工作情况、井眼情况、地层情况)

　　(7)进行其它作业(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
，耽搁钻柱。

　　(2)结构：管体+接头

　　(3)规范 ：

　　壁厚：9 ～ 11mm
，通常是9.19mm。

　　表径：凭据各类钻杆情况而定
，如常用的127
，140等。 长度：通常在9.5 m左右。山西呼和浩特钻具

　　常用钻杆规范(内径、表径、壁厚、线密度等)

　　接头及螺纹

　　螺纹衔接前提：尺寸相称
，丝扣类型一样
，公母螺纹相匹配。

　　钻杆接头特点：壁厚较大
，表径较大
，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：重要用于表加厚钻杆。特点是钻杆通体内径一样
，钻井液流动阻力幼;但表径较大
，容易磨损。 ?

　　● 贯眼式：重要用于内加厚钻杆。其特点是钻杆有两个内径
，钻井液流动阻力大于内平式
，但其表径幼于内平式。 ?

　　●正规式：重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
，但表径
，强度较大。

　　这种类型接头均选取V型螺纹
，但扣型、扣距、锥度及尺寸等都有很大的差距。

　　●NC型系列接头

　　NC23
，NC26
，NC31
，NC35
，NC38
，NC40
，NC44
，NC46
，NC50
，NC56
，NC61
，NC70
，NC77等。

　　NC—National Coarse Thread
，()国度尺度粗牙螺纹。

　　xx—暗示基面丝扣节圆直径
，用英寸暗示的前两位数字乘以10。

　　如：NC26暗示的节圆直径为2.668英寸。

　　NC螺纹也为V型螺纹, 表2-17所列的几种NC型接头与旧API尺度接头有一样的节圆直径、

　　锥度、螺距和螺纹长度
，能够互换使用。

　　数字型接头与旧API接头的区别

　　2、钻铤

　　结构特点：管体两端直接车造丝扣
，无专门接头;壁厚大(38-53毫米)
， 沉量大
，刚度大。

　　重要作用：

　　(1)给钻头施加钻压;

　　(2)保障压缩应力前提下的强度;

　　(3)减轻钻头的振动、摆动和跳动等
，使钻头工作安稳;

　　(4)节造井斜。

　　类 型：光钻铤、螺旋钻铤、扁钻铤。

　　常用尺寸：6-1/4〃
，7 〃 
，8 〃 
，9 〃。

　　3.方钻杆

　　类 型：四方形、六方形

　　特 点：壁厚较大
，强度较高

　　重要作用：传递扭矩和接受钻柱的全数沉量。

　　常用尺寸：89mm(3.5英寸)
，108mm (4.5英寸)
，133.4mm (5.5英寸)。

　　4.不变器

　　类型：刚性不变器、不动弹橡胶套不变器、滚轮不变器。

　　作用： 1)防斜;

　　2)节造井眼轨迹。

　　二、钻柱的工作状态及受力分析

　　(一)钻柱的工作状态

　　1.起下钻工况下

　　直井：直的拉伸、滑动。

　　斜井：随井眼倾斜和弯曲
，滑动。

　　2.正常钻进工况下

　　上部受拉伸
，下部受压弯曲;在扭矩作用下旋动。

　　3. 钻柱的旋动大局

　　(1)自转 钻柱象一根柔性轴
，萦绕自身轴线旋转。 均匀磨损
，易产生委顿粉碎。

　　(2)公转 钻柱象一个刚体
，萦绕着井眼轴线旋转并沿着井壁滑动。 产生偏磨。

　　(3)公转与自转的结合 弯曲钻柱萦绕井眼轴线旋转
，同时萦绕自身轴线活动。

　　(4)纵向振动 钻头振动引起
，产生交变应力。

　　(5)旋转振动 由井底对钻头旋转阻力的变动引起
，产生交变扭剪应力.

　　(6)横向摆振 达到某一临界转速
，可能产生无规定摆动
， 产生交变弯曲应力。

　　通常以为
，弯曲钻柱旋转的重要大局是自转
，但也可能产生公转或两种活动大局的结合。

　　由于在动弹过程中受到阻力的作用
，钻具的动弹是不安稳的。

　　(二)钻柱的受力分析

　　1. 概述

　　(1) 自沉产生的拉力

　　(2) 钻压产生的压力

　　(3) 钻井液的浮力

　　(4) 摩擦阻力

　　(5) 循环压降产生的附加拉力

　　(6) 起下钻时产生的动载荷

　　(7) 扭矩

　　(8) 弯曲应力

　　(9)离心力

　　(10)表挤力

　　(11)振动产生的交变应力。

　　2、钻柱受力严沉的部位：

　　1)井口断面： 拉力
，扭矩;

　　2)下部受压弯曲部门 ： 交变轴向应力、弯曲应力、扭剪应力

　　3)中性点：(钻柱上轴向力蹬宗零的点(N点
，亦称中和点
，Neutral Point )

　　拉压交变载荷。

　　下部钻柱弯曲的原因：

　　钻压的作用使下部钻柱受压缩
，当压力达到钻柱的临界压力
，钻柱将失去直线不变状态而产生弯曲并与井壁接触。

　　压力较大时可能产生屡次弯曲。

　　钻柱设计

　　1、 设计内容：

　　(1)尺寸选择

　　(2)钻铤柱长度推算

　　(3)钻杆柱强度设计及较核。

　　2、设计准则

　　(1)满足强度(抗拉、抗挤强度等)要求
，保障钻柱工作;

　　(2)尽量减轻整个钻柱的沉力
，以便在现有的抗负荷能力下钻更深的井。

　　(一)钻柱尺寸选择

　　1.凭据：

　　(1)钻机的提升能力;

　　(2)井眼尺寸;

　　(3)地质前提;

　　(4)工艺要求;

　　(5)供货情况;

　　2、经验共同关系

　　选择的根基准则：

　　1.钻杆由于受到扭矩和拉力
，在供给可能的情况下
，应尽量选用大尺寸方钻杆,应比钻杆尺寸大;

　　2.钻机提升能力允许的情况下
，选择大尺寸钻杆是有利的。由于大尺寸钻杆强度大
，水眼大
，钻井液

　　流动阻力幼
，且由于环空较幼
，钻井液上返速度高
，有利于携带岩屑。入井的钻柱结构力求单一
，以便

　　于起下钻操作。国内各油田目前多数用127mm(5 in)钻杆。

　　3.钻铤尺寸决定着井眼的直径
，为了保障所钻井眼能使套管或套铣筒的顺利下入
，钻铤中下部

　　一段(通常应不少一立柱)的表径应不幼于允许表径
，其允许钻铤表径为：

　　允许钻铤表径=2×套管接箍表径-钻头直径

　　当钻铤柱当选取了不变器
，能够选用稍幼表径的钻铤。钻铤柱当选用的表径钻铤应以保障在可能产生的打捞作业中可能被套铣为前提。

　　在大于241.3mm的井眼中
，应选取复合钻铤结构。但相邻两段钻铤的表径通常以不超过25.4mm为宜。

　　4.钻铤尺寸通常选用与钻杆接头表径相称或相近的尺寸 
，有时凭据防斜措施来选用钻铤的直径。近些年来
，鄙人部钻具组合中更多的使用大直径钻铤
，由于使用大直径钻铤拥有下列利益： ( (1)用较少的钻铤满足所需钻压的要求
，削减钻铤
，也可削减起下钻时衔接钻铤的功夫;

　　(2)提高了钻头左近钻柱的刚度
，有利于钻头工况;

　　(3)钻铤和井壁的间隙较幼
，可削减衔接部门的委顿粉碎;

　　(4) 有利于防斜