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第二章 钻进工具(P98-99)
7、牙轮的超顶、移轴和复锥各产生哪个方向的滑动?(P53-54)
答:超顶和复锥产生切向滑动,可以剪切掉同一齿圈相邻牙齿之间的岩石;移轴产生轴向滑动,可以剪切掉相邻齿圈之间的岩石。
16、PDC钻头是怎样破碎岩石的?适用于什么样的地层?
答:(1)工作原理(P45:):与刮刀钻头基本相同。主要以切削、剪切和挤压方式破碎岩石,具体方式取决于钻头的切削结构及所钻地层的岩性。
(2)适用地层(P69):软到中硬地层;地层必须是均质地层,以避免冲击载荷;含砾石的地层不能使用PDC钻头。
18、钻柱主要由哪几部分组成?其主要功用有哪些?答:P73中、P73上。 23、井下钻柱受到哪些力的作用?最主要的作用力是什么? 答:P86~90。
24、何为钻柱的中性点?为什么要保证中性点落在钻铤上? 答:P87下、P88中上。。 25、钻柱的哪些部位受力最严重?最主要的作用力是什么?(P91)
答:(1)钻进时:钻柱下部受力最为严重,同时受到轴向压力、扭矩和弯曲力矩作用。井口处钻柱受力比较严重,所受拉力、扭矩都最大。
(2)起下钻时:井口处受力最严重,受到最大拉力。
31、某井用91/2in钻头,7in钻铤(qc?1632N/m)和5in钻杆(qp?284.78N/m),设计钻压为180kN,钻井液密度1.28g/cm3,试计算所需钻铤长度。
3解:钢材密度统一取?s?7.8g/cm
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(1)浮力系数:KB?1??b1.28?1??0.836 P87、式(2-3) ?s7.8(2)取安全系数SN=1.2 P88、式(2-7) 钻铤长度:LN?W?SN180?1.2??189.70(m)
qc?kB?cos?1.362?0.836若此井为直井,则需要钻铤长度为189.70m。
332、已知:井深Dv?1500m,钻压W?14t,钻井液密度为?d?1.38g/cm;
钻具结构:81/2 in钻头+61/2 in钻铤200m(qc?136.24kg/m)+5in钻杆1300m(qp?29.04kg/m)。求中性点所在井深。
解:(1)浮力系数: KB?1??d1.38?1??0.823 P87、式(2-3) ?s7.8W14?103(2)中性点位置: LN? ??124.86(m) P88、式(2-7)qc?KB136.24?0.823(3)中性点所在井深:Dv?LN?1500?124.86?1375.14(m)
34、某井用121/4in钻头钻至3500m,试进行钻柱设计。
13已知:钻头直径db?12/4in,井深D?3500m;钻井液密度?d?1.23g/cm;
钻压W?200kN;拉力余量MOP?450kN;安全系数St?1.30; 卡瓦长度Ls?406.4mm;正常润滑;井斜角??6?。 库存钻具:
9in钻铤(qc?2860N/m)27m;7in 钻铤(qc?1632N/m)81m;
61/4in钻铤(qc?1362.4N/m)供应充足; E级5in钻杆(qp?284.78N/m)900m;
95(X)及105(G)级5in钻杆(qp?284.78N/m)供应充足。
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解:(1)选择钻铤
查表2-21(P91,“钻头尺寸与钻柱尺寸配合”):121/4 in钻头首选9in钻铤。 浮力系数:KB?1??d1.23?1??0.842 P87、式(2-3) ?s7.8取安全系数SN?1.20 P92、式(2-12) 则钻铤长度:Lc?SN?W1.20?200??100.21(m)?27(m)
qc?kB?cos?2.860?0.842?cos6?计算长度Lc?100.21m大于库存量(27m),则实际长度Lc1?27m。除了9in钻铤、还要选1~2段尺寸较小的钻铤,组成 “塔式钻具组合”(直井防斜打直)。
中性点(P87):“钻柱上轴向力等于0的点”。
W??(qci?Lci)?kB?cos?
i?1n钻铤长度的确定原则(P92):“保持中性点始终处在钻铤上”。
Wmax?SN??(qci?Lci)?kB?cos?
i?1n各段钻铤长度的计算公式如下:
SN?Wmaxn?1??(qci?Lci)SN?Wmaxq?L?qc2?Lc2?????qcn?1?Lcn?1 k?cos?i?1Lcn?B??c1c1qcnqcn?kB?cos?qcn第2段钻铤选择7in钻铤,则该段钻铤的计算长度为:
Lc2?SN?Wmaxq?L1.20?2002.860?27.0?c1c1???128.30(m)
qc2?kB?cos?qc21.632?0.842?cos6?1.632计算长度Lc2?128.30m仍然大于库存量(81m),则实际长度Lc2?81.0m。 除了9in钻铤、7in钻铤,还要使用61/4in钻铤,计算长度为:
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Lc3?SN?WmaxLq?Lc2qc2?c1c1qc3?kB?cos?qc31.20?20027.0?2.860?81.0?1.632???56.68(m)1.362?0.842?cos6?1.362
该尺寸钻铤供应充足。若按每根钻铤9m计算,需要7根,实际长度Lc3?63.0m。 全部钻铤的总长度:?Lci?27.0?81.0?63.0?171.0(m)
i?13全部钻铤在空气中的重量:
?(qi?13ci?Lci)?2.860?27.0?1.632?81.0?1.362?63.0?295.22(kN)
3全部钻铤的浮重:?(qci?Lci)?kB?295.22?0.842?248.57(kN)
i?1(2)选择第一段钻杆(接钻铤):E级5in钻杆,线重qp1?284.78N/m
据钻杆直径、钢级、线重(或壁厚),查表2-12(P75)、表2-14(P77),最小抗拉载荷Fy1?1760.31kN。
A、计算最大安全静拉载荷: P93-95、分3种情况计算,最后取最小值 ? 安全系数法: P95、式(2-20) 0.9?1760.31Fa1?0.9Fy1/st??1218.68(kN)1.3? 设计系数法(卡瓦挤毁): P95、式(2-21) ?y0.9?1760.31Fa1?0.9Fy1/()??1115.69(kN)?t1.42其中,据钻杆外径127.0mm,卡瓦长度Ls?406.4mm及正常润滑条件,查表2-22
(P94),得到防止卡瓦挤毁钻杆的设计系数
?y?1.42。 ?x? 拉力余量法: P95、式(2-22)
Fa1?0.9Fy1?MOP?0.9?1760.31?450?1134.28(kN)
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显然,按卡瓦挤毁比值计算的最大安全载荷最小,取Fa1?1115.69kN。 B、计算最大许用长度:
Lp1?Fa11115.69295.22?qcLc????3616.22(m) ?3?3qp1KBqp1284.78?10?0.842284.78?10因为库存量仅有900m,实取第1段钻杆长度Lp1?900.0m。
(3)选取第2段钻杆: 95 X级5in钻杆,线重qp1?284.78N/m
同理:①最小抗拉力Fy2?2229.71kN ②最大安全静拉载荷:
? 安全系数法:Fa2?0.9Fy2/st?0.9?2229.71?1543.65(kN)
1.3? 设计系数法(卡瓦挤毁):Fa2?0.9Fy2/(?y0.9?2229.71)??1413.20(kN) ?t1.42? 拉力余量法:Fa2?0.9Fy2?MOP?0.9?2229.71?450?1556.74(kN) 实取最大安全静拉载荷Fa2?1413.20kN。 ③最大许用长度:
Lp2??Fa2/KB??qcLc?qp1Lp1qp2?3
1413.20/0.842?295.22?284.78?10?900?3956.12m284.78?10?3因为总井深为3500m,实取第2段钻杆长度:
Lp2?D??Lc?Lp1?3500.0?168.0?900?2432.0(m)。
设计钻柱组合列表如下: 规范 第1段钻铤:9in,线重2.860kN/m 长度 /m 27 空气中重 /kN 77.22 -可编辑修改-
中国石油大学(华东)钻井工程课后题答案
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