CN110529053A - 一种石油钻杆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种石油钻杆，根据需要钻探地点的临井数据，预估井下的各种参数，包括根据临井和地质探测的参数预设钻杆的内径、外径、环空压力、钻杆内压力，然后通过计算公式对钻杆进行设计，使设计出来的钻杆更加符合现场的需要，确保了现场作业的安全，进一步的保证了石油工人的人身安全。

Description

一种石油钻杆

技术领域

本发明属于石油钻井，主要涉及一种石油钻杆。

背景技术

钻杆是钻柱的主要组成部分，在旋转钻井中传递扭矩，在钻井过程中作为钻井液的循环通道，并通过不断连接来加长钻柱进而达到不断加深井眼的目的。钻杆在钻井设备中占有十分重要的地位，其使用寿命对钻井速度和质量具有至关重要的影响。钻井过程是石油天然气勘探开发的关键环节，其技术和水平直接影响油气勘探开发的质量和效益，其费用占勘探开发总投资的50％以上，其中钻柱的质量和安全使用寿命起着至关重要的作用。

钻杆在钻井过程中服役条件苛刻，不仅承受拉压、弯曲、扭转、震动等多种载荷的复合作用，而且受到钻井液、地层水以及油气中的腐蚀性气体介质的腐蚀，在钻进过程中常常发生失效，从而严重影响钻井进度并增加钻井成本。而且现有的钻杆基本上都是应用的国际标准的钻杆，但是，实际钻井地点的参数不同，对钻杆的要求不同，同一个标准的钻杆无法满足所有地形或者地下环境的需要，因此，目前急需一种根据实际的钻井数据进行设计的钻杆，进而保证了钻井液的通道，也保证了钻井的安全。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种石油钻杆，主要涉及一种根据现场的实际情况进行设计的石油钻杆，根据相应区块内少数钻井的数据，通过计算公式对钻杆进行设计，使钻杆能够满足井下环境的需要，确保了钻井作业的安全，保证了钻井工人的人身安全。

本发明的具体技术方案是：本发明提供了一种石油钻杆的设计方法，根据需要钻探地点的临井数据，预估井下的各种参数，包括根据临井和地质探测的参数预设钻杆的内径、外径、环空压力、钻杆内压力，然后通过下述步骤对钻杆进行设计；

步骤一、通过计算公式计算出钻杆径向受到的扩张应力，公式如下：

式中，τ₁：径向受到的扩张应力；

r₁：钻杆内径；

r₂：钻杆外径；

P₁：环空压力；

P₂：钻杆内压力；

Δ：钻杆中心到钻杆内径和外径中间点的半径；即钻杆内径加上壁厚二分之一的半径；

第二步，通过计算公式计算钻杆竖向受到的拉力，公式如下：

τ₂：竖向受到的拉力；

r₁：钻杆内径；

r₂：钻杆外径；

P₁：环空压力；

P₂：钻杆内压力；

Δ：钻杆中心到钻杆内径和外径中间点的半径；即钻杆内径加上壁厚二分之一的半径；

第三步，通过计算公式，计算钻杆外壁圆周表面沿着环向受到的应力，计算公式如下：

τ₃：钻杆外壁圆周表面受到的应力；

r₁：钻杆内径；

r₂：钻杆外径；

P₁：环空压力；

P₂：钻杆内压力；

第四步，通过计算公式对钻杆的受力进行预估，计算公式如下：

第五步，通过第四步计算出的预估的受力值，与钻杆自身材料的最大的屈服强度值进行比较，如果：τ≤ε，则说明前述预设的数值是能够进行钻杆的设计和制造的，如果τ＞ε，则返回第一步，重新设计钻杆的参数，直至符合τ≤ε结束；

其中，τ：钻杆的预估受力值；

ε：钻杆自身材料的最大的屈服强度值。

优选的，所述钻杆包括公接头和母接头。

优选的，所述相邻钻杆的公接头和母接头通过螺纹连接。

借由以上的技术方案，本申请的有益效果在于：

1、摒弃了现有技术中一成不变的钻杆的设计方式，开创性的根据实际区块或者临井的数据对钻杆的参数进行设计，使采用的钻杆更加适合现场的需要，使钻井更加安全。

2、对于公式的设计，也是考虑了井下所有的环境进行优化的计算方法，该计算方法更贴合现实的数据，确保了钻杆在作业过程中的安全。

参照后文的说明，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

具体实施方式

下面对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一种石油钻杆的设计方法，根据需要钻探地点的临井数据，预估井下的各种参数，包括根据临井和地质探测的参数预设钻杆的内径、外径、环空压力、钻杆内压力，然后通过下述步骤对钻杆进行设计，其中的环空压力和钻杆内的压力可以参考临井的数据进行设置。上述数据的预设一方面考虑了临井的数据，另一方面，对于外径和内径的设计是在标准钻杆的数据±1cm的范围内进行预估的，确保钻杆不会变化太大。此外，新设计的钻杆之间的接头还是跟现有技术的相同，仅仅是在外径和内径的数据上产生变化，使钻杆能够更加贴合现实环境的需要。设计步骤具体如下：

步骤一、通过计算公式计算出钻杆径向受到的扩张应力，公式如下：

式中，τ₁：径向受到的扩张应力；

r₁：钻杆内径；

r₂：钻杆外径；

P₁：环空压力；

P₂：钻杆内压力；

Δ：钻杆中心到钻杆内径和外径中间点的半径；即钻杆内径加上壁厚二分之一的半径；

第二步，通过计算公式计算钻杆竖向受到的拉力，公式如下：

τ₂：竖向受到的拉力；

r₁：钻杆内径；

r₂：钻杆外径；

P₁：环空压力；

P₂：钻杆内压力；

Δ：钻杆中心到钻杆内径和外径中间点的半径；即钻杆内径加上壁厚二分之一的半径；

第三步，通过计算公式，计算钻杆外壁圆周表面沿着环向受到的应力，计算公式如下：

τ₃：钻杆外壁圆周表面受到的应力；

r₁：钻杆内径；

r₂：钻杆外径；

P₁：环空压力；

P₂：钻杆内压力；

此处所涉及的钻杆外壁圆周表面受到的应力为钻杆在圆环表面受到的应力。

第四步，通过计算公式对钻杆的受力进行预估，计算公式如下：

第五步，通过第四步计算出的预估的受力值，与钻杆自身材料的最大的屈服强度值进行比较，如果：τ≤ε，则说明前述预设的数值是能够进行钻杆的设计和制造的，如果τ＞ε，则返回第一步，重新设计钻杆的参数，直至符合τ≤ε结束。这样的设计方式才可以保证在所有受力都加载到钻杆上后，钻杆也不会发生变形或者破裂，确保了钻井作业的安全。

其中，τ：钻杆的预估受力值；

ε：钻杆自身材料的最大的屈服强度值。

优选的，所述钻杆包括公接头和母接头。

优选的，所述相邻钻杆的公接头和母接头通过螺纹连接。

需要说明的是，本实施例提供的钻杆、公接头、母接头等可以选用任意合适的现有构造。为清楚简要地说明本实施例所提供的技术方案，在此将不再对上述部分进行赘述，说明书也进行了相应简化。但是应该理解，本实施例在范围上并不因此而受到限制。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。

Claims (3)

1.一种石油钻杆的设计方法，其特征在于：根据需要钻探地点的临井数据，预估井下的各种参数，包括根据临井和地质探测的参数预设钻杆的内径、外径、环空压力、钻杆内压力，然后通过下述步骤对钻杆进行设计；

步骤一、通过计算公式计算出钻杆径向受到的扩张应力，公式如下：

式中，τ₁：径向受到的扩张应力；

r₁：钻杆内径；

r₂：钻杆外径；

P₁：环空压力；

P₂：钻杆内压力；

Δ：钻杆中心到钻杆内径和外径中间点的半径；即钻杆内径加上壁厚二分之一的半径；

第二步，通过计算公式计算钻杆竖向受到的拉力，公式如下：

τ₂：竖向受到的拉力；

r₁：钻杆内径；

r₂：钻杆外径；

P₁：环空压力；

P₂：钻杆内压力；

Δ：钻杆中心到钻杆内径和外径中间点的半径；即钻杆内径加上壁厚二分之一的半径；

第三步，通过计算公式，计算钻杆外壁圆周表面沿着环向受到的应力，计算公式如下：

τ₃：钻杆外壁圆周表面受到的应力；

r₁：钻杆内径；

r₂：钻杆外径；

P₁：环空压力；

P₂：钻杆内压力；

第四步，通过计算公式对钻杆的受力进行预估，计算公式如下：

第五步，通过第四步计算出的预估的受力值，与钻杆自身材料的最大的屈服强度值进行比较，如果：τ≤ε，则说明前述预设的数值是能够进行钻杆的设计和制造的，如果τ＞ε，则返回第一步，重新设计钻杆的参数，直至符合τ≤ε结束；

其中，τ：钻杆的预估受力值；

ε：钻杆自身材料的最大的屈服强度值。

2.根据权利要求1所述石油钻杆的设计方法，其特征在于：所述钻杆包括公接头和母接头。

3.根据权利要求1所述石油钻杆的设计方法，其特征在于：所述相邻钻杆的所述公接头和所述母接头通过螺纹连接。