钻柱与下部钻具组合设计课件

钻具组合钻具组合 中有石油勘探局钻井三公司中有石油勘探局钻井三公司 张凤文张凤文 钻具组合钻具组合一、钻柱设计与计算一、钻柱设计与计算（一）钻柱尺寸选择（一）钻柱尺寸选择（二）钻铤长度的确定（二）钻铤长度的确定（三）钻杆强度设计（三）钻杆强度设计二、下部钻具组合设计二、下部钻具组合设计（一）（一）YXY组合的结构组合的结构（三）增斜钻具组合设计（三）增斜钻具组合设计（二）钟摆钻具组合设计（二）钟摆钻具组合设计 一、钻柱设计与计算一、钻柱设计与计算 合理的钻柱设计是确保优质、快速、安全钻井的合理的钻柱设计是确保优质、快速、安全钻井的重要条件。尤其是对深井钻井，钻柱在井下的工重要条件。尤其是对深井钻井，钻柱在井下的工作条件十分复杂与恶劣，钻柱设计就显得更加重作条件十分复杂与恶劣，钻柱设计就显得更加重要。要。钻柱设计包括钻柱尺寸选择和强度设计两方面内钻柱设计包括钻柱尺寸选择和强度设计两方面内容。在设计中，一般遵循以下两个原则：容。在设计中，一般遵循以下两个原则：满足强度（抗拉强度、抗击强度等）要求，保证满足强度（抗拉强度、抗击强度等）要求，保证钻柱安全工作；钻柱安全工作；尽量减轻整个钻柱的重力，以便在现有的抗负荷尽量减轻整个钻柱的重力，以便在现有的抗负荷能力下钻更深的井。能力下钻更深的井。（一）（一）钻柱尺寸选择钻柱尺寸选择 具体对一口井而言，钻柱尺寸的选择首具体对一口井而言，钻柱尺寸的选择首先取决于钻头尺寸和钻机的提升能力。同先取决于钻头尺寸和钻机的提升能力。同时，还要考虑每个地区的特点，如地质条时，还要考虑每个地区的特点，如地质条件、井身结构、钻具供应及防斜措施等。件、井身结构、钻具供应及防斜措施等。常用的钻头尺寸和钻柱尺寸配合列于表常用的钻头尺寸和钻柱尺寸配合列于表1供供参考。参考。表1 钻头尺寸与钻柱尺寸配合钻头直径/mm(in)钻铤外径/mm(in)钻杆外径/mm(in)方钻杆方宽/mm(in)299(113/4)203(8)168(65/8)152(6)248299(93/4113/4)178203(78)140(51/2)133,152(51/4,6)197248(73/493/4)152178(67)114,127(41/2,5)108,133(41/4,51/4)146216(53/481/2)146(53/4)89(31/2)89,108(31/2,41/4)从上表可以看出，一种尺寸的钻头可以从上表可以看出，一种尺寸的钻头可以使用两种尺寸的钻具，具体选择就要依据使用两种尺寸的钻具，具体选择就要依据实际条件。选择的基本原则是：实际条件。选择的基本原则是：1.钻杆由于受到扭矩和拉力最大，在供钻杆由于受到扭矩和拉力最大，在供应可能的情况下，应尽量选用大尺寸方钻应可能的情况下，应尽量选用大尺寸方钻杆。杆。2.钻机提升能力允许的情况下，选择大尺寸钻杆是钻机提升能力允许的情况下，选择大尺寸钻杆是有利的。因为大尺寸钻杆强度大，水眼大，钻井有利的。因为大尺寸钻杆强度大，水眼大，钻井液流动阻力小，且由于环空较小，钻井液上返速液流动阻力小，且由于环空较小，钻井液上返速度高，有利于携带岩屑。入境的钻柱结构力求简度高，有利于携带岩屑。入境的钻柱结构力求简单，以便于起下钻操作。国内各油田目前大都用单，以便于起下钻操作。国内各油田目前大都用127mm(5 in)钻杆。钻杆。3.钻铤尺寸决定着井眼的有效直径，为了保证所钻钻铤尺寸决定着井眼的有效直径，为了保证所钻井眼能使套管或套铣筒的顺利下入，钻铤中最下井眼能使套管或套铣筒的顺利下入，钻铤中最下部一段（一般应不少一立柱）的外径应不小于允部一段（一般应不少一立柱）的外径应不小于允许最小外径，其允许最小钻铤外径为许最小外径，其允许最小钻铤外径为 允许最小钻铤外径允许最小钻铤外径2套管接箍外径钻头直径套管接箍外径钻头直径 当钻铤柱中采用了稳定器，可以选用稍小外当钻铤柱中采用了稳定器，可以选用稍小外径的钻铤。钻铤柱中选用的最大外径钻铤应以保径的钻铤。钻铤柱中选用的最大外径钻铤应以保证在可能发生的打捞作业中能够被套铣为前提。证在可能发生的打捞作业中能够被套铣为前提。在大于在大于241.3mm的井眼中，应采用复合钻铤的井眼中，应采用复合钻铤结构。但相邻两段钻铤的外径一般以不超过结构。但相邻两段钻铤的外径一般以不超过25.4mm为宜。为宜。4钻铤尺寸一般选用与钻杆接头外径相等或相钻铤尺寸一般选用与钻杆接头外径相等或相近的尺寸，有时根据防斜措施来选用钻铤的直径。近的尺寸，有时根据防斜措施来选用钻铤的直径。近些年来，在下部钻具组合中更多的使用大直径近些年来，在下部钻具组合中更多的使用大直径钻铤，因为使用大直径钻铤具有下列优点：钻铤，因为使用大直径钻铤具有下列优点：1）用较少的钻铤满足所需钻压的要求，减少）用较少的钻铤满足所需钻压的要求，减少钻铤，也可减少起下钻时连接钻铤的时间；钻铤，也可减少起下钻时连接钻铤的时间；2）高了钻头附近钻柱的刚度，有利于改善钻）高了钻头附近钻柱的刚度，有利于改善钻头工况；头工况；3）铤和井壁的间隙较小，可减少连接部分的）铤和井壁的间隙较小，可减少连接部分的疲劳破坏；疲劳破坏；4）利于放斜。）利于放斜。（二）钻铤长度的确定（二）钻铤长度的确定 钻铤长度取决于钻压与钻铤尺寸，其确定原则钻铤长度取决于钻压与钻铤尺寸，其确定原则是：保证在最大钻压时钻杆不承受压缩载荷，即是：保证在最大钻压时钻杆不承受压缩载荷，即保持中性点始终处在钻铤上。由（保持中性点始终处在钻铤上。由（2-7）式可得）式可得钻铤长度计算公式：钻铤长度计算公式：LC=(SN Wmax)/qcKBcos式中：式中：LC 钻铤长度，钻铤长度，m；Wmax 设计的最大钻压，设计的最大钻压，kN；SN 安全系数，防止遇到意外附加力（动载、井壁摩擦力安全系数，防止遇到意外附加力（动载、井壁摩擦力等）时，中性点移到较弱的钻杆上，一般取等）时，中性点移到较弱的钻杆上，一般取SN=1.151.25；qc每米钻铤在空气中的重力，每米钻铤在空气中的重力，kN/m；KB浮力系数；浮力系数；井斜角度数，直井时，井斜角度数，直井时，=0o（三）钻杆强度设计（三）钻杆强度设计 由钻柱的受力分析可知，不论是在起下钻还是由钻柱的受力分析可知，不论是在起下钻还是在正常钻进时，经常作用于钻杆且数值较大的力在正常钻进时，经常作用于钻杆且数值较大的力是拉力。而且，井越深，钻杆柱越长，钻杆柱上是拉力。而且，井越深，钻杆柱越长，钻杆柱上部受到的拉力越大。但对某种尺寸和钢级的钻杆，部受到的拉力越大。但对某种尺寸和钢级的钻杆，其抗拉强度是一定的，即按抗拉强度确定其可下其抗拉强度是一定的，即按抗拉强度确定其可下深度。在一些特殊作业（如深度。在一些特殊作业（如 钻杆测试等）中，钻杆测试等）中，也需要对抗挤及抗内压强度进行校核。也需要对抗挤及抗内压强度进行校核。在以抗拉伸计算为主的钻杆柱强度设计中，在以抗拉伸计算为主的钻杆柱强度设计中，主要考虑由钻柱重力（浮重）引起的静拉载荷，主要考虑由钻柱重力（浮重）引起的静拉载荷，其他一些载荷（如动载、摩擦力、卡瓦挤压力的其他一些载荷（如动载、摩擦力、卡瓦挤压力的影响及解卡上提力等）通过一定的设计系数考虑）影响及解卡上提力等）通过一定的设计系数考虑）。1钻杆设计的强度条件钻杆设计的强度条件 钻杆柱任一截面上的静拉伸载荷应满足以下条件：钻杆柱任一截面上的静拉伸载荷应满足以下条件：Ft Fa式中：式中：Ft钻杆柱任一截面上的静拉伸载荷，钻杆柱任一截面上的静拉伸载荷，kN；Fa钻杆柱的最大安全静拉力，钻杆柱的最大安全静拉力，kN。钻杆柱所能承受的最大安全静拉力的大小取决钻杆柱所能承受的最大安全静拉力的大小取决于钻杆材料的屈服强度、钻杆尺寸以及钻柱的实于钻杆材料的屈服强度、钻杆尺寸以及钻柱的实际工作条件。际工作条件。1）钻杆在屈服强度下的抗拉力）钻杆在屈服强度下的抗拉力Fy：钻杆所：钻杆所承受的拉伸载荷必须小于钻杆材料的屈服承受的拉伸载荷必须小于钻杆材料的屈服强度下的抗拉力强度下的抗拉力Fy：Fy=0.1yAp 式中：式中：y钻杆钢材的最小屈服强度，钻杆钢材的最小屈服强度，Mpa；Ap钻杆的横截面积，钻杆的横截面积，cm2；Fy最小屈服强度下的抗拉力，最小屈服强度下的抗拉力，kN。Fy可以计算，也可以从表中查出。可以计算，也可以从表中查出。2）钻杆的最大允许拉伸力）钻杆的最大允许拉伸力Fp：如果钻杆所：如果钻杆所受拉伸载荷达到受拉伸载荷达到Fy时，材料将发生屈服而时，材料将发生屈服而产生轻微的永久伸长。为了避免这种情况产生轻微的永久伸长。为了避免这种情况的发生，一般取的发生，一般取Fy的的90%作为钻杆的最大作为钻杆的最大允许拉伸力允许拉伸力Fp，即：，即：Fp=0.9Fy 式中：式中：Fp钻杆的最大允许拉伸力，钻杆的最大允许拉伸力，kN。3）钻杆的最大安全静拉力）钻杆的最大安全静拉力Fa：最大安全静：最大安全静拉力是指允许钻杆所承受的由钻柱重力拉力是指允许钻杆所承受的由钻柱重力（浮重）引起的最大载荷。考虑到其他一（浮重）引起的最大载荷。考虑到其他一些拉伸拉伸载荷，如起下钻时的动载及摩些拉伸拉伸载荷，如起下钻时的动载及摩擦力、解卡上提立及卡瓦挤压的作用等，擦力、解卡上提立及卡瓦挤压的作用等，钻杆的最大安全静拉力必须小于其最大允钻杆的最大安全静拉力必须小于其最大允许拉伸力，以确保安全。目前，用于确定许拉伸力，以确保安全。目前，用于确定钻杆的最大安全静拉力的方法有三种：钻杆的最大安全静拉力的方法有三种：一是安全系数法。考虑起下钻时的动载一是安全系数法。考虑起下钻时的动载及摩擦力，一般取一个安全系数及摩擦力，一般取一个安全系数St，以保，以保证钻柱的工作安全，即：证钻柱的工作安全，即：Fa=Fp/St 式中：式中：St安全系数，一般取安全系数，一般取1.30二是设计系数法（考虑卡瓦挤压）。对于深井钻柱二是设计系数法（考虑卡瓦挤压）。对于深井钻柱来说，由于钻柱重力大，当它坐于卡瓦中时，将来说，由于钻柱重力大，当它坐于卡瓦中时，将受到很大的箍紧力。当合成应力（大于纯拉伸应受到很大的箍紧力。当合成应力（大于纯拉伸应力）接近或达到材料的最小屈服强度时，就会导力）接近或达到材料的最小屈服强度时，就会导致卡瓦挤毁钻杆。为了防止钻杆被卡瓦挤毁，要致卡瓦挤毁钻杆。为了防止钻杆被卡瓦挤毁，要求钻杆的屈服强度与拉伸应力的比值不能小于一求钻杆的屈服强度与拉伸应力的比值不能小于一定数值，并以此值作为设计系数，确定钻杆的最定数值，并以此值作为设计系数，确定钻杆的最大安全静拉力。大安全静拉力。Fa=Fp 式中：y钻杆材料的屈服强 度，Mpa；t有悬挂在吊卡下面钻柱重力引起的拉应力，Mpa；Fp钻杆的最大允许拉伸力，kN。为便于应用，现将为便于应用，现将y/t比值计算结果列入比值计算结果列入表表2-22中，设计时可直接查表。中，设计时可直接查表。考虑卡瓦挤压的影响，要限制钻杆的拉伸载考虑卡瓦挤压的影响，要限制钻杆的拉伸载荷，使屈服强度荷，使屈服强度y与拉伸应力与拉伸应力t的比值不的比值不能小于表能小于表3中的数值，并以此值作为设计系中的数值，并以此值作为设计系数，确定钻杆的最大安全静拉力，即：数，确定钻杆的最大安全静拉力，即：表3 防止卡瓦挤毁钻杆的y/t比值卡瓦长度/mm摩 擦系 数()横 向负 载系 数(Ks)钻杆尺寸/mm60.373.088.9104.6108.0127.0139.7最小比值(y/t)304.80.064.351.271.341.431.501.581.661.730.084.001.251.311.391.451.521.591.660.103.681.221.281.351.411.471.541.600.123.4216211.261.321.3816431.491.550.143.181.191.241.301.341.401.451.50406.40.064.361.201.241.301.361.411.471.520.084.001.181.221.281.321.371.421.470.103.681.161.201.251.291.341.381.430.123.421.151.181.231.271.311.351.390.143.181.141.171.211.251.281.321.365 注：摩擦系数注：摩擦系数0.08用于正常润滑的情况。用于正常润滑的情况。三是拉力余量法。考虑钻柱被卡时的上体解三是拉力余量法。考虑钻柱被卡时的上体解卡力，钻杆住的最大允许静拉力应小于其卡力，钻杆住的最大允许静拉力应小于其最大安全拉伸力一个合适的数值，并以它最大安全拉伸力一个合适的数值，并以它作为余量，称为作为余量，称为“拉力余量拉力余量”（记为（记为MOP），以确保钻柱不被拉断。），以确保钻柱不被拉断。Fa=FpMOP式中：式中：MOP拉力余量，一般取拉力余量，一般取200500 kN。在采用拉力余量法设计钻柱时，必须使在采用拉力余量法设计钻柱时，必须使钻柱每个断面上的拉力余量相同，这样在钻柱每个断面上的拉力余量相同，这样在提拉钻柱时就不会因某个薄弱面影响和限提拉钻柱时就不会因某个薄弱面影响和限制总的提拉载荷的大小。制总的提拉载荷的大小。一般地，在钻杆柱设计中，钻杆的最大一般地，在钻杆柱设计中，钻杆的最大安全静拉力取决于安全系数、设计系数和安全静拉力取决于安全系数、设计系数和拉力余量三个因素。然后从三者中取最低拉力余量三个因素。然后从三者中取最低者作为最大安全静拉力，据此计算钻杆柱者作为最大安全静拉力，据此计算钻杆柱的最大允许长度。的最大允许长度。2钻杆柱设计钻杆柱设计 1）单一钻杆柱长度设计。对同一尺寸、）单一钻杆柱长度设计。对同一尺寸、壁厚和钢级的钻杆柱，我们可以计算出它壁厚和钢级的钻杆柱，我们可以计算出它的最大安全静拉力的最大安全静拉力Fa，从而算出该钻杆柱，从而算出该钻杆柱的最大允许长度的最大允许长度L。因为。因为 Fa=（Lqp+Lcqc）KB 所以，最大允许长度为：所以，最大允许长度为：L=(Fa/KB-Lcqc）/qp 式中:Fa钻杆柱的最大安全静拉力，kN；L钻杆柱的最大允许长度，m；qp单位长度钻杆在空气中的重力，kN/m；Lc钻铤柱长度，m；qc单位长度钻铤在空气中的重力，kN/m。如果最大允许长度L满足不了设计井深的要求，则重新选择更高一级的钻杆进行计算，直到满足要求为止。2）复合钻杆柱长度设计。在深井和超深井钻井中，）复合钻杆柱长度设计。在深井和超深井钻井中，经常采用复合钻杆柱，即采用不同尺寸（上大下经常采用复合钻杆柱，即采用不同尺寸（上大下小），或不同壁厚（上厚下薄）、或不同钢级小），或不同壁厚（上厚下薄）、或不同钢级（上高下低）的钻杆组成的钻杆柱。这种复合钻（上高下低）的钻杆组成的钻杆柱。这种复合钻杆柱和单一钻杆柱相比具有很多优点，它既能满杆柱和单一钻杆柱相比具有很多优点，它既能满足强度要求，又能减轻钻柱的重力，允许在一定足强度要求，又能减轻钻柱的重力，允许在一定钻机负荷能力下钻达更大的井深，如果再采用高钻机负荷能力下钻达更大的井深，如果再采用高强度钻杆或铝合金钻杆，还可以进一步提高钻柱强度钻杆或铝合金钻杆，还可以进一步提高钻柱的许下深度和钻机的钻井深度。的许下深度和钻机的钻井深度。设计复合钻杆柱时，应自下而上逐段确定各段设计复合钻杆柱时，应自下而上逐段确定各段钻杆的最大长度。承载能力最低的钻杆应置于钻钻杆的最大长度。承载能力最低的钻杆应置于钻铤之上，承载能力较强的钻杆置于较弱钻杆之上。铤之上，承载能力较强的钻杆置于较弱钻杆之上。自钻铤上面第一段钻杆起，各段钻杆的最大长度自钻铤上面第一段钻杆起，各段钻杆的最大长度按以上公式计算：按以上公式计算：注意：如果各段钻杆的实际长度不等于理论计算注意：如果各段钻杆的实际长度不等于理论计算长度，应进行修正。长度，应进行修正。3）抗外挤强度计算。有钻柱受力分析知，钻杆在）抗外挤强度计算。有钻柱受力分析知，钻杆在钻杆测试作业中承受很大的外挤力。此外，下入钻杆测试作业中承受很大的外挤力。此外，下入带回压凡尔的钻柱或下入喷嘴被堵塞的钻头时，带回压凡尔的钻柱或下入喷嘴被堵塞的钻头时，若为向钻柱内灌钻井液，也会产生较大的外挤压若为向钻柱内灌钻井液，也会产生较大的外挤压力，由于这些原因把钻杆击毁的情况并不少见。力，由于这些原因把钻杆击毁的情况并不少见。因此，为了避免钻杆管体被击毁，要求钻杆柱某因此，为了避免钻杆管体被击毁，要求钻杆柱某部位所受最大外挤压力应小于该处钻杆的最小抗部位所受最大外挤压力应小于该处钻杆的最小抗挤强度。为安全起见，一般以一个适当的安全系挤强度。为安全起见，一般以一个适当的安全系数去除钻杆的最小抗挤强度作为其允许外挤压力，数去除钻杆的最小抗挤强度作为其允许外挤压力，即：即：pca=p/Sc 式中：式中：pca钻杆许用外挤压力，钻杆许用外挤压力，Mpa；p 钻杆的最小抗挤强度，钻杆的最小抗挤强度，Mpa；Sc 安全系数，一般应不小于安全系数，一般应不小于1.125。4）抗扭强度。在钻斜井、深井、扩眼和处理卡钻）抗扭强度。在钻斜井、深井、扩眼和处理卡钻事故时，钻杆受到的扭矩很大，抗扭强度计算也事故时，钻杆受到的扭矩很大，抗扭强度计算也就显得极其重要。就显得极其重要。APIRP7G标准给出了各种尺标准给出了各种尺寸、钢级及不同级别钻杆的抗扭强度数据。寸、钢级及不同级别钻杆的抗扭强度数据。在钻井过程中，钻杆承受的实际扭矩很难准确计算，在钻井过程中，钻杆承受的实际扭矩很难准确计算，可用下式近似估算：可用下式近似估算：M=9.67P/n 式中：式中：M钻杆承受的扭矩，钻杆承受的扭矩，kNm；P是钻柱旋转所需的功率，是钻柱旋转所需的功率，kw；n转速，转速，r/min。应应特特别别注注意意的的是是，在在一一般般情情况况下下加加于于钻钻杆杆上上的的扭扭矩矩不不允允许许超超过过钻钻杆杆接接头头的的紧紧扣扣扭扭矩矩，推推荐荐的的钻钻杆杆接接头头紧紧扣扣扭扭矩矩在在APIRP7G标标准准中中已已有有规规定定，钻钻杆杆接接头头的的紧紧扣扣扭扭矩矩是是防防止止钻钻杆杆接接头头损损坏坏的的唯唯一一最最主主要要的的因因素素。要要求求施施加加于于钻钻杆杆上上的的扭扭矩矩不不应应超超过过规规定定值值，若若施施加加扭扭矩矩过过大大，则则会会在在接接头头丝丝扣扣处处产产生生很很高高的的轴轴向向载载荷荷，会会造造成成丝丝扣扣变变形形、折折断断，公公接接头伸长、剪断，母接头胀大、胀裂等钻具事故。头伸长、剪断，母接头胀大、胀裂等钻具事故。5）抗内压强度。钻杆柱偶尔也会受到较）抗内压强度。钻杆柱偶尔也会受到较大的静内压力。不同尺寸、钢级和级别的大的静内压力。不同尺寸、钢级和级别的钻杆的最小抗内压力可在钻杆的最小抗内压力可在APIRP7G标准中标准中查得，用适当的安全系数去除它，即得其查得，用适当的安全系数去除它，即得其许用净内压力。许用净内压力。3典型钻柱的设计举例典型钻柱的设计举例1）设计参数：井深：）设计参数：井深：5000米；井径：米；井径：215.9mm（8 in）；钻井液密度：）；钻井液密度：1.2g/cm3；钻压：；钻压：180 kN；井斜角：井斜角：3o；拉力余量：；拉力余量：200 kN（假设）；卡瓦（假设）；卡瓦长度：长度：406.4mm；安全系数：；安全系数：1.30（假设）。（假设）。2）钻铤选择：选用外径）钻铤选择：选用外径158.75mm（6 in）、内径）、内径57.15mm(2 in)钻铤，每米重力钻铤，每米重力qc=1.35 kN/m。计。计算钻铤长度：算钻铤长度：Lc=WmaxSN/qcKBcos计算得计算得 Lc=1801.18/1.35cos3o=185（m）按每根钻铤按每根钻铤10m计，需用计，需用19根钻铤总长根钻铤总长190m。3）选择第一段钻杆（接钻铤）：选用外径）选择第一段钻杆（接钻铤）：选用外径127mm、内径内径108.6mm，最小抗拉载荷，最小抗拉载荷Fy=1067 kN，计算，计算最大长度。最大长度。最大安全静拉载荷计算为：最大安全静拉载荷计算为：Fa1=0.9Fy/St=0.91760/1.30=1218.46(kN)Fa1=0.9Fy/(y/t)=0.91760/1.42=1115.49(kN)Fa1=0.9FyMOP=0.91760200=1384(kN)由上面的计算可以看出，按卡瓦挤毁比值计算的由上面的计算可以看出，按卡瓦挤毁比值计算的Fa1最小，则第一段钻杆的许用长度为：最小，则第一段钻杆的许用长度为：L1=Fa1/qp1KBqcLc/qp1 =1115.49/(248.69/1000)0.851901.35/(284.69/1000)=3675(m)显然，需要增加一段较高强度的钻杆，方能达到显然，需要增加一段较高强度的钻杆，方能达到设计井深。设计井深。4）选择第二段钻杆：选用外径）选择第二段钻杆：选用外径127mm、内径、内径108.6mm，每米重，每米重284.69N/m，X-95级的新钻杆，级的新钻杆，最小抗拉载荷为最小抗拉载荷为Fy=2229.71 kN。最大长度计算。最大长度计算如下：如下：Fa2=0.92229.71/1.3=1543.645(kN)Fa2=0.92229.71/1.42=1413.196(kN)Fa2=0.92229.71200=1806.739(kN)那么，第二段钻杆的最大允许长度为：那么，第二段钻杆的最大允许长度为：L2=Fa2/qp2KB(qcLc+qp1Lp1)/qp2 =1413.196/(287.69/1000)0.5861.35190+(284.96/1000)3675/(284.69/1000)=1221(m)许用钻杆的总长度为：许用钻杆的总长度为：L=190+3675+1221=5086(m)钻杆总长已超过设计井深。钻杆总长已超过设计井深。表表4钻柱组合设计结果如下：钻柱组合设计结果如下：规范长度/m在空气中重/kN在钻井液中重/kN钻铤：外径158.75mm，内径57.15mm，线重1.35 kN/m190256.50218第一段钻杆 外径127mm 内径108.60 线重284.69N/m E级36751046.60895.90第二段钻杆 外径127mm 内径108.60 线重284.69 N/m X-95级1135323.20276.70合 计50001626.201390.60 二、下部钻具组合设计二、下部钻具组合设计 从上述对井斜原因的分析可知，井斜的原因从上述对井斜原因的分析可知，井斜的原因可归结为：可归结为：钻头对井底的不对称切削；钻头对井底的不对称切削；钻头钻头轴线相对于井眼轴线发生倾斜；轴线相对于井眼轴线发生倾斜；钻头上侧向力钻头上侧向力导致对井底的侧向切削。我们防斜的措施就是要导致对井底的侧向切削。我们防斜的措施就是要想办法克服这三个原因，满眼钻具组合就是这样想办法克服这三个原因，满眼钻具组合就是这样设计的。设计的。设想，如果钻具的直径与钻头的直径完全相设想，如果钻具的直径与钻头的直径完全相等，上述三个井斜原因就都会被克服。但这样做等，上述三个井斜原因就都会被克服。但这样做将无法循环钻井液，而且会引起一系列其他问题，将无法循环钻井液，而且会引起一系列其他问题，在工程上是行不通的。实际上是采用扶正器组合在工程上是行不通的。实际上是采用扶正器组合的办法来解决。的办法来解决。满眼钻具组合的结构，是在靠近钻满眼钻具组合的结构，是在靠近钻头大约头大约20m长的钻铤上适当安置扶正器，长的钻铤上适当安置扶正器，以此来达到防斜的目的。所谓以此来达到防斜的目的。所谓“适当安适当安置置”，包括扶正器的数量、位置和直径。，包括扶正器的数量、位置和直径。国内外学者已经提出的满眼钻具组合设国内外学者已经提出的满眼钻具组合设计方法很多，设计思想虽有不同，设计计方法很多，设计思想虽有不同，设计结果却差别不大。这里介绍的是我国著结果却差别不大。这里介绍的是我国著名石油钻井专家杨勋尧提出的满眼钻具名石油钻井专家杨勋尧提出的满眼钻具组合，简称组合，简称YXY组合。组合。（一）（一）YXY组合的结构组合的结构YXY组合一般包括四个扶正器，自下而上，分组合一般包括四个扶正器，自下而上，分别为：别为：1近钻头扶正器：紧装在钻头之上，简称近近钻头扶正器：紧装在钻头之上，简称近扶。近扶直径较大，与钻头直径仅差扶。近扶直径较大，与钻头直径仅差12mm。在易斜地区，近扶的长度可加长；在特别易斜的在易斜地区，近扶的长度可加长；在特别易斜的底层，可将两个扶正器串联起来，作为近扶。近底层，可将两个扶正器串联起来，作为近扶。近扶的主要作用，是依靠其支撑在尚未扩大的井壁扶的主要作用，是依靠其支撑在尚未扩大的井壁上，抵抗钻头所受的侧向力，有效的防止钻头侧上，抵抗钻头所受的侧向力，有效的防止钻头侧向切削。同时，近扶由于直径大，长度长，刚性向切削。同时，近扶由于直径大，长度长，刚性大，也可有效的防止钻头倾斜，从而防止钻头的大，也可有效的防止钻头倾斜，从而防止钻头的不对称切削。不对称切削。2中扶正器：简称中扶或二扶。中扶的位置，中扶正器：简称中扶或二扶。中扶的位置，需要经过严格计算。中扶的直径与近扶相同。中需要经过严格计算。中扶的直径与近扶相同。中扶的主要作用是保证中扶与钻头之间的钻柱不发扶的主要作用是保证中扶与钻头之间的钻柱不发生弯曲，使这段钻柱不发生倾斜，从而防止钻头生弯曲，使这段钻柱不发生倾斜，从而防止钻头对井底的不对称切削。对井底的不对称切削。3上扶正器：简称上扶或三扶。安置位置在上扶正器：简称上扶或三扶。安置位置在中扶之上一个钻铤单根处。上扶的直径一般与近中扶之上一个钻铤单根处。上扶的直径一般与近扶和中扶相同，但要求可以稍松。扶和中扶相同，但要求可以稍松。4第四扶正器：简称四扶，一般情况下可不第四扶正器：简称四扶，一般情况下可不装，仅在特别易斜的地层才装。安置位置在上扶装，仅在特别易斜的地层才装。安置位置在上扶之上一个钻铤单根处。直径要求与上扶相同。上之上一个钻铤单根处。直径要求与上扶相同。上扶与四扶的作用在于增大下部钻柱的刚度，协助扶与四扶的作用在于增大下部钻柱的刚度，协助中扶防止下部钻柱轴线发生倾斜。中扶防止下部钻柱轴线发生倾斜。满眼钻具组合的使用要注意以下问题：满眼钻具组合的使用要注意以下问题：1 在已经发生井斜的井内使用满眼钻具并不能在已经发生井斜的井内使用满眼钻具并不能减小井斜角，只能做到使井斜角的变化（增斜或减小井斜角，只能做到使井斜角的变化（增斜或降斜）很小或不变化。所以满眼钻具组合的主要降斜）很小或不变化。所以满眼钻具组合的主要功能是控制井眼曲率，而不能控制井斜角的大小。功能是控制井眼曲率，而不能控制井斜角的大小。2 使用满眼钻具组合的关键在于一个使用满眼钻具组合的关键在于一个“满满”字，字，即扶正器与井眼的间隙对满眼钻具组合的性能影即扶正器与井眼的间隙对满眼钻具组合的性能影响非常显著。在使用中应使间隙尽可能小。设计响非常显著。在使用中应使间隙尽可能小。设计间隙一般为间隙一般为d=dh-ds=0.81.6mm。在使用中，。在使用中，因扶正器的磨损，间隙将增大。当间隙因扶正器的磨损，间隙将增大。当间隙d达到或达到或超过两倍的设计值时，应及时更换或修复扶正器。超过两倍的设计值时，应及时更换或修复扶正器。3保持保持“满满”的另一个关键在于井径不得扩大。的另一个关键在于井径不得扩大。这要求有好的钻井液护壁技术。但即使钻井液护这要求有好的钻井液护壁技术。但即使钻井液护壁技术不好，井径的扩大总要经过一定的时间才壁技术不好，井径的扩大总要经过一定的时间才会发生。只要抢在井径扩大以前钻出新的井眼，会发生。只要抢在井径扩大以前钻出新的井眼，则仍可保持则仍可保持“满满”的效果。这就要求加快钻速。的效果。这就要求加快钻速。我国现场技术人员将此概念总结为我国现场技术人员将此概念总结为“以快保满，以快保满，以满保直以满保直”。4在钻进软硬交错，或倾角较大的地层时，要注在钻进软硬交错，或倾角较大的地层时，要注意适当减小钻压，并要勤划眼，以便消除可能出意适当减小钻压，并要勤划眼，以便消除可能出现的现的“狗腿狗腿”。三、钟摆钻具组合设计三、钟摆钻具组合设计（一）钟摆钻具组合的原理（一）钟摆钻具组合的原理 钟摆钻具中钟摆摆过一定角度时，在钟摆上会钟摆钻具中钟摆摆过一定角度时，在钟摆上会产生一个向回摆的力产生一个向回摆的力GC，称作钟摆力，称作钟摆力，GC=Gsin。显然，钟摆摆过的角度越大，钟摆。显然，钟摆摆过的角度越大，钟摆力就越大。如果在钻柱的下部适当位置加一个扶力就越大。如果在钻柱的下部适当位置加一个扶正器，该扶正器支撑在井壁上，使下部钻柱悬空，正器，该扶正器支撑在井壁上，使下部钻柱悬空，则该扶正器以下的钻柱就好像一个钟摆，也要产则该扶正器以下的钻柱就好像一个钟摆，也要产生一个钟摆力。此钟摆力的作用是使钻头切削井生一个钟摆力。此钟摆力的作用是使钻头切削井壁的下侧，从而使新钻的井眼不断降斜。壁的下侧，从而使新钻的井眼不断降斜。（三）钟摆钻具组合的使用（三）钟摆钻具组合的使用 1钟摆钻具组合的钟摆力随井斜角的大小而变化。钟摆钻具组合的钟摆力随井斜角的大小而变化。井斜角大则钟摆力大，井斜角等于零，则钟摆力井斜角大则钟摆力大，井斜角等于零，则钟摆力也等于零。所以，钟摆钻具组合多数用于对井斜也等于零。所以，钟摆钻具组合多数用于对井斜角已经较大的井进行纠斜。角已经较大的井进行纠斜。2钟摆钻具组合的性能对钻压特别敏感。钻压加钟摆钻具组合的性能对钻压特别敏感。钻压加大，则增斜力增大，钟摆力减小。钻压再增大，大，则增斜力增大，钟摆力减小。钻压再增大，还会将扶正器以下的钻柱压弯，甚至出现新的接还会将扶正器以下的钻柱压弯，甚至出现新的接触点，从而完全失去钟摆组合的作用。所以钟摆触点，从而完全失去钟摆组合的作用。所以钟摆钻具组合在使用中必须严格控制钻压。钻具组合在使用中必须严格控制钻压。3在井尚未斜或井斜角很小时，要想继续钻进在井尚未斜或井斜角很小时，要想继续钻进而保持不斜，只能减小钻压进行而保持不斜，只能减小钻压进行“吊打吊打”。由于。由于“吊打吊打”钻速很慢，所以这时多使用满眼钻具组钻速很慢，所以这时多使用满眼钻具组合，仅在对轨迹要求特别严的直井（段）中，才合，仅在对轨迹要求特别严的直井（段）中，才使用钟摆钻具组合进行使用钟摆钻具组合进行“吊打吊打”。4扶正器与井眼间的间隙对钟摆钻具组合性能的扶正器与井眼间的间隙对钟摆钻具组合性能的影响特别明显，当扶正器直径因磨损而减小时应影响特别明显，当扶正器直径因磨损而减小时应及时更换或修复。及时更换或修复。5使用多扶正器的钟摆钻具组合，需要进行较复使用多扶正器的钟摆钻具组合，需要进行较复杂的设计和计算。杂的设计和计算。四、增斜钻具组合四、增斜钻具组合 扶正器增斜法扶正器增斜法 单弯单扶螺杆增斜单弯单扶螺杆增斜