关于钻柱设计

中性点将钻柱分成两部分。上部长度为x1，处于有效张拉状态，下部长度为X，处于有效压缩状态。

钻柱的组成

在石油和天然气勘探领域，以及各种钻井作业中，钻柱是开采过程中的重要组成部分。钻柱由一系列相互连接的部件组成，作为将钻井力和扭矩从地面钻机传递到地球表面深处的钻头的管道。本文深入研究了钻柱的关键组成部分，强调了它们在成功钻井工作中的单独功能和集体意义。

1. 钻杆:

钻柱的最前端是钻杆，这是一个为钻井液从地面循环到钻头并返回提供管道的管状部分。钻杆由高强度钢制成，两端都有螺纹，便于与其他部件连接。它们承受巨大的应力和压力，需要坚固的材料和精心的设计。

2. 钻铤:

钻杆的正下方是钻铤，这是一种沉重的圆柱形部件，可以增加钻头的重量。增加的重量可以有效地穿透岩层。钻铤通常由实心钢制成，能够承受弯曲和扭转应力。

3.加重钻杆:

位于钻杆和钻铤之间的重量级钻杆结合了两者的特性。它比钻铤轻，但比普通钻杆重。该组件有助于实现钻柱上下段之间的重量平衡过渡，降低屈曲的风险。

4. 接头和连接:

接头和连接件是钻杆段与其他部件之间的关键接口。螺纹连接必须精确加工，以确保安全配合，能够承受钻井过程中遇到的巨大力量。螺纹通常涂上一层润滑剂，并使用专门的工具拧紧，以防止“螺纹磨损”，这是一种可能影响连接完整性的过度摩擦。

5. 短节和附属物:

Subs是“子组件”的缩写，是促进不匹配的线程或各种组件尺寸之间连接的中间组件。此外，各种附件，如稳定器和扩眼器可以附加到钻柱上，以帮助转向钻头并保持井眼直径。

6. 钻头:

钻柱的最下端是钻头，它负责破坏和粉碎岩层。钻头有各种不同的设计，以适应特定的地质条件。通过钻柱泵入的钻井液有助于冷却和润滑钻头，同时还能将岩屑带回地面。

钻柱是钻井作业的支柱，能够从地表下开采有价值的资源。每个组件在钻井过程的整体效率和成功中起着至关重要的作用。从坚固的钻杆到精确的螺纹连接，这些部件的相互作用确保了安全和高效的钻井，强调了精心设计和精心维护钻柱的重要性。

钻柱部件

简介:

钻柱是指用于将钻头下入底部的管柱和附件。钻柱由钻杆、重型钻杆、钻铤以及稳定器、钻震器等部件组成。

钻柱的功能有很多:

-暂停钻头(按此)

-将旋转运动从方钻杆或顶驱传递到钻头

-提供循环钻井液的流动通道(点击此处)

底部钻具组合BHA是使用在钻头上方的组件，不考虑钻杆。

钻杆:

钻杆构成了钻柱长度的大部分。它是无缝的螺纹连接。钻杆有两个工具接头，其中一个母接头称为“盒”，另一个公接头称为“销”。工具接头的外径大于钻杆本体，以容纳螺纹。

一根钻杆被称为单根或一根接头。钻杆的尺寸由美国石油协会(API)规定。有三个长度范围;范围2在钻井现场最常见。为了得到准确的钻杆长度，钻杆必须在钻台现场进行测量。钻杆是根据重量、直径和材料等级制造的。钻杆的规格可以显示为:(5”19。lb/ft等级S范围2)。

钻杆具有爆裂、坍塌、拉伸和扭转强度的特点。这些规格用于为特定的钻井作业选择合适的钻杆。

手册中提到的钻杆重量称为空气重量。钻杆在井内时，必须考虑与钻井液密度有关的浮力。钻杆在井中下入时的重量可计算如下:

浮力=管道在空气中的重量x浮力系数

钻杆应力与破坏:

钻杆可以承受多种应力:

-张力:由于井眼问题，过度拉拔可能会对钻杆造成额外的张力(例如:卡钻)。这种拉伸载荷会导致钻杆失效。

-扭转:恶劣的井眼条件会增加每个接头的扭转力和扭矩，导致从表面到底部的旋转传递不良。

—循环疲劳:钻斜井时，钻杆的管壁在弯曲处受到拉伸和压缩力的影响。当旋转钻柱时，钻杆上的同一点承受循环的拉伸和压缩力。这种循环应力会导致钻杆的疲劳。

此外，还有其他导致疲劳的原因，如磨料摩擦、振动和钻头从底部反弹。

腐蚀也是影响钻杆强度的另一个问题;腐蚀可能是由于溶解气体和酸的存在。二氧化碳会形成酸性的二氧化碳，会导致钢铁腐蚀。

硫化氢可以存在于地层中。它会引起氢脆或硫化物应力开裂。钢的表面在硫化物存在的情况下吸收氢。当浓度大于一定水平(小于13ppm)时，管体会出现裂纹。应力和裂纹的结合导致了管道的破坏。

工具接头:

工具接头提供螺纹，以便将钻杆连接在一起。销和盒之间的肩/肩连接保证了密封。在井内旋转钻柱或用大钳连接时，表面焊接了硬面材料，以保护工具接头不受磨料磨损。在车间中，当由于过度磨损而耗尽时，可以更换这层硬面材料。工具接头的内径小于主体的内径。在钻井作业中，钻杆承受的应力与工具接头承受的应力相同，但还存在其他问题:

-在操作过程中，频繁地接触盒和销可能会造成严重的损伤，从而损坏螺纹。

起下钻时，最后一个工具接头能够支撑其下管柱的全部重量。

加重钻杆(HWDP):

与普通钻杆的壁厚相比，加重钻杆的壁厚更大。在应力集中很重要的地方，它被用来代替钻杆。这些压力是由于:

-钻杆和钻铤之间的横截面相差很大。

—钻杆与钻铤的刚度差

-钻头在钻进过程中产生的弹跳

使用HWDP的主要好处是吸收从钻铤传递到钻杆的应力。在钻铤和钻杆之间使用HWDP可以最大限度地减少由高刚度差异引起的应力。

加重钻杆具有很多特点:

-壁厚高

-长工具接头

-更硬的面

作业时，重量较大的钻杆应压缩作业;为了在钻大斜度井时保持压缩。

钻环:

钻铤的外径比钻杆大，内径比钻杆小。钻铤的作用有:

-在钻井过程中提供所需的钻头重量

保持钻柱张力，减少弯曲和疲劳失效。

-为方向控制提供刚度

钻铤的连接螺纹由于壁厚大，可直接加工在钻铤本体上。为了防止故障，必须施加正确的补紧扭矩。小心处理钻铤是非常重要的。肩部和螺纹应使用含有40%至60%金属锌粉的润滑剂润滑。

与钻杆类似，钻铤承受不同的应力，原因如下:

-弯曲和屈曲力

——紧张

——振动

-交替拉伸和压缩

用于特殊作业的钻铤还有其他类型:

-螺旋钻铤用于钻穿高孔隙地层时避免卡钻。当泥浆压力过大或钻大斜度井时，就会发生卡钻。降低压差卡钻风险的方法之一是减小接箍与井筒之间的接触面积。为了减少表面接触，在齿圈上开螺旋槽。

—非磁性接箍:这种类型的接箍用于隔离测量仪器，使其不受钻柱钢材造成的磁畸变的影响。磁畸变会影响定向仪的功能。

其他钻柱部件:

稳定器:

稳定器是一种外表面加工有叶片的管子。叶片可以是螺旋形的，也可以是直形的，通常是3片叶片。它们有很多功能

-减少钻铤的弯曲和屈曲应力

-将管柱保持在同心位置，以获得更高的钻压。

—通过差动卡死防止卡死。

在作业过程中，稳定器可能会磨损并变得不足。如果稳定器的尺寸小于3/16英寸，则必须更换稳定器才能有效运行。

减震器:

在钻硬地层时，使用减震短节来抑制钻头引起的振动。它通常位于钻头上方，以尽量减少钻头弹跳造成的应力。减震接头利用钢弹簧吸收垂直振动。减少钻头弹跳有很多优点:

-减少对齿的冲击，延长钻头寿命

-避免管柱失效

短节:

它们是用作交叉管的短接头。主要功能是调整螺纹，尺寸，或两者都连接不同的管柱组件接头。

钻井震击器:

它是任何钻柱都必须使用的一个非常重要的设备。它是用来释放的

如果有卡钻的管柱，可以用管柱连接。它们被一个直拉激活，并提供一个向上的打击。剧烈的动作或击打可以摇动弦并使其释放。钻震罩置于钻铤上方，不建议在压缩环境下工作。