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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
