钻柱设计与井斜控制Word文档格式.docx

1、为此，就已知的弯曲载荷下的失效周期而言，六角驱动部分耐久极限较大些。 （3）驱动部分的寿命直接与方补心的配合有关。四角形的驱动截面通常比六角形有较大的间隙和满意的使用寿命。采用新的滚子方补心与新的方钻杆配合，其磨损痕迹将会得到改善，使其在方钻杆的驱动棱边上基本上是平滑的，磨损痕迹在棱角附近接触点宽度为零。这将减少在方钻杆选择上的这些考虑。从使用寿命、传递效率、强度和安全等方面考虑，推荐使用六角方钻杆。 （4）六角方钻杆承受大钩的载荷和张应力，以及抗弯载荷下的疲劳耐久极限比四角方钻杆要大，所以海上钻井船或半潜式钻井平台就很少采用四角方钻杆，一般是配置最长的16.5米（54英尺）而直径比正常选择还

2、大的133毫米或152毫米（514英寸或6英寸）六角方钻杆。若用标准型方钻杆，应在方钻杆下面连接长2.44米（8英尺）以上的方钻杆保护接头，这样在风浪较大的水域钻井，就可以防止紧靠方钻杆下方的一节钻杆承受巨大的弯曲应力的影响。 （5）方钻杆传动角部位的磨损是一种正常的磨损现象，这是因其各边受补心滚柱压缩作用所造成又随扭矩增加而加剧的。它的磨损量继续增大，滚柱与方钻杆各边之间的间隙也随之增大。角部位磨得越圆，滚柱与方钻杆各边的接触角也越大，如图73。为减轻磨圆程度，要求： 新方钻杆应与装有新滚柱的补心配合使用； 采用垫片对方钻杆补心间隙和滚柱进行调整，使间隙减至最小程度； 发现有明显的磨圆迹象，

3、应立刻更换磨蚀的滚柱，以延长方钻杆的使用寿命。 新方钻杆开始使用时，角部的磨损很快，而且会持续磨损，直至传动滚柱与方钻杆各边达到最大程度的接触，其磨蚀率降到最低的程度。 方钻杆磨损到了允许的最大值就应更换。各种规格方钻杆的最大限度磨损痕迹宽度见图74。注意：最大磨损平面宽度是根据采用最小、最大间隙和表75中的接触角计算出来的平均磨损平面，精确度在50范围内。 图74描述新组件具有如上表所示的间隙时方钻杆各驱动面上可期望的最大平滑磨损宽度。 表75和图73、图74可用来评价方钻杆与补心之间的间隙。新组件投入使用后，磨损面一变得明显就应作出评价。 二钻杆 钻杆是组成钻柱的基本部分，目前我国海上钻井

4、全部采用进口的、按 API标准制造的钻杆。我国的钢铁厂已经生产钻杆，有关的国家（行业）标准和规范也是参照使用 API的，所以今后遇到国产钻杆其标准、规范是相同的。 API规定的钻杆管体长度标准有三类： 第一类（R1）：长5.56.7米（1822英尺）（已不用） 第二类（R2）：长8.239.14米（2730英尺） 第三类（R3）：长11.613.7米（3845英尺）目前常用的是第二类钻杆。 钻杆接头与管体采用细扣连接的方法已被淘汰；现用的钻杆其管体与接头是采用对焊的方法连接的，为了增加其连接强度，管体两端对焊部分是加厚的。加厚形式有内加厚、外加厚和内外加厚三种，海上使用的钻杆以内外加厚为主。

5、API规定的钻杆钢级有D级、E75级、X95级、G105级、S135级共五种，后三种为高强度钻杆，其物理性能见表76。 其中D级钻杆已不生产，海上钻井大部分作业者石油公司要求承包商配备G级和S级钻杆。 1钻杆管体的规范 API规定的钻杆外径有6种，其尺寸规范见表77、表78、图75、图76，目前海上钻井常用的是88.9毫米（312英寸）和127毫米（5英寸）两种。 2对焊钻杆接头及螺纹 （1）对焊钻杆接头规范见表79、表710、表71、表7一12、表713。 （2）钻杆两头的粗扣螺纹，API标准称其为旋转台肩式连接螺纹，由于对焊接头与管体连接部分加厚形式的不同，所以有多种不同的扣型，即内平、贯

6、眼、正规。一九六四年美国石油学会、钻井和服务设备委员会为了改进旋转台肩式接头的螺纹连接的工作性能，采用了新型数字型接头（NC）系列。它以二位数字表示公扣基面螺纹节圆直径的大小，NC型接头采用V型螺纹，具有1.651毫米（0.065英寸）平螺纹顶和0.965毫米（0.038英寸）圆形螺纹底。螺纹牙型以V0.038R表示，并可与V0.065牙型相连接。 API标准中的全部内平（IF）和除5 12FH的全部贯眼型（FH）接头的标准已逐渐废除。 （3）API钻杆接头粗扣螺纹的规范和尺寸见表714、表715、图79，它也适用于符合API标准的钻铤、方钻杆和其它的钻具，简称钻具螺纹。我国的钻具螺纹等同于A

7、PI钻具螺纹。 许多接头的尺寸和类型可与其它接头的尺寸和类型互换。这些情况的差别只是名称和在某些情况下的扣型有不同。如果扣型可以互换则接头就可以互换，见表716。表 77 API对焊钻杆管体规范（适用于D、E级钢） 图75 API钻杆加厚端尺寸图（D、E级） （a）内加厚；（b）外加厚；（c）内外加厚 图76 API钻杆加厚端尺寸图（X、G、S级）（b）外加厚。 图77 对焊钻杆接头尺寸（mm）表 78 API对焊钻杆管体规范（适用于X、G、S级钢）表79 E、X、G和S级钻杆用对焊钻杆接头（续表79）表710 适用于E级标准重量对焊钻杆接头选用表表711 适用于E级轻型对焊钻杆接头选用表表7

8、12 适用于E级重型对焊钻杆接头选用表注：1*非 API标准。 以每8.96米（29.4英尺）钻杆配一对接头计算。 钻杆抗拉屈服负荷是根据钢材最小屈服强度为517.11MPa（75 000 lbfin2）计算的。 公接头抗拉负荷是根据钢材最小屈服强度为827.37MPa（120 000 1bfin）和取高台肩15.88mm（58in）处螺纹根部截面为危险截面计算的。 钻杆抗扭屈服强度是根据抗剪强度等于最小屈服强度的57.5%计算的。 接头的抗扭屈服强度是根据公接头的抗拉屈服强度和母接头的抗压屈服强度，选取两者中的较低值确定的。 2英制单位表见“IADC”钻井手册1992年11版表Bl3。表71

9、3 适用于高强度对焊钻杆接头选用表（续表713）1以每8.96米（29.4英尺）钻杆配一对接头计算。 钻杆抗拉屈服负荷是根据钢材最小屈服强度为517.11MPa（75 000 1bfin2）计算的。 公接头抗拉屈服负荷是根据钢材最小屈服强度为827.37MPa（120 000 lbfin2）和取离台肩15.88mm（58in）处螺纹根部截面为危险截面计算的。 钻杆抗扭屈服强度是根据抗剪强度等于最小屈服强度的57.7计算的。 2钻杆接头的外径和内径尺寸经过选定，这样，钻杆接头和钻杆体的扭转屈服强度比值不低于80。其它的钻杆接头外径和内径，当设计是以抗拉强度而不是以扭转强度为基础时是可以适用的。

10、3英制单位表见“IADC”钻井手册1992年11版表Bl4。表714 旋转台肩接头的规范（续表714）表715 各种粗扣螺纹牙形尺寸 mm（in）表716 旋转台肩接头互换表（续表716） 在数字型接头中有几种和旧的API标准的接头有相同的节圆直径、锥度、螺距和螺纹长度，可以互换： 数字型接头 旧API标准接头 数字型接头 旧API标准接头NC26 60.3（238）IF（内平） NC40 101.6（4）FH（贯眼）NC31 73.0（ 278）IF（内平） NC46 101.6（4）IF（内平） NC38 88.9（312）IF（内平） NC50 114.3（412）IF（内平） 各种接头

11、术语的缩略语表示如下。 3钻杆的分类 APIIADC为避免和减少钻杆损坏事故的发生，规定在用钻杆的分级方法，其标准见表717。 钻杆接头在API RP 7G中规定了检查部位和方法，按磨损后的最小外径和内螺纹接头偏磨最小台肩厚度进行分级，其分级标准见表718。表717 已用过的钻杆的分类（API RP 7G） （所有尺寸、重量和钢级、标称尺寸是所有计算的依据）在预计作业扭矩或拉力会超过二类钻杆柱的抗扭或抗拉极限时，建议采用优质类钻杆进行作业。优质类和二类钻杆的抗拉极限值分别列于表720和表721。应按两条白色带和在钻杆公接头的35斜台肩上（如果公接头的台肩是18，则在18台肩上）的一个冲心剪标记

12、识别优质类钻杆。 对这种情况，应对钻杆进行内、外检查以确定是否存在纵向和横向裂缝。 剩余壁厚不应小于本表IE2项所列的值，缺陷可以磨掉，但以剩余壁厚不低于本表IEl所列数值为条件，这类磨光类似于修整钻杆外表面轮廓。 在存在疲劳裂缝或出现冲蚀的任何分类中，应采用红色漆带给有问题的钻杆做上识别标记，并且在钻井作业中不再使用它。 通过测量切削或磨光达到最大深度部位附近每边的壁厚来确定附近平均壁厚。 当钻杆带有钻杆护丝时，不能进行API RP 7G规定的检查。表718 推荐的对焊接头最小外径*与上扣扭矩分级（按母接头和钻杆抗扭强度设计）（续表718）1（1）因特殊作业的需要，在小眼钻杆接头上采用那些小

13、于表中所列的外径是可以 接受的。 （2）表中所列尺寸的钻杆接头，其抗扭屈服比，较通常使用的0.8低。 （3）推荐的上扣扭矩是以应力等于496.42MPa（72 000 lbfin2）进行计算； （4）在新的和已磨损的钻杆接头的抗扭强度计算中，接头台肩的坡口可以忽略不 计。应测量从母接头的镇孔内径至其外径（在端面平面内）的厚度，其坡口 忽略不计。 2*要求规定的钻杆接头直径要具有能与连接的钻杆抗扭强度相匹配的抗扭强度。这 些接头尺寸和抗扭强度将能满足所有的钻井作业。如抗扭强度大大低于钻杆的接 头，不能满足钻井作业。 3英制单位表见“IADC”钻井手册1992年11版表Bl7。表719 新钻杆承受

14、扭力、拉力、挤压力和内压力数据1取钢材的抗剪强度为最小屈服强度的57.7。壁厚按名义厚度计算； 此数据根据API公报5C3和API RP 7G附录A中的几种公式计算后取最小值。 2本表是以API RP 7G的表22和表23为基础制定的。 3英制单位表见“IADC”钻井手册1992年11版表B21。表720 优质级（用过的）钻杆承受扭力、拉力、挤压力和内压力数据1取钢材的抗剪强度为最小屈服强度的57.7； 扭力屈服强度及拉力负荷数据是按管壁均匀磨损的20时计算的。 抗挤压力及抗内压力数据是按最小壁厚为名义壁厚的80时计算的。2对优质级钻杆的计算是以API RG 7G和API公报5C3附录A中的公

15、式为基础的； 此表是根据API RG 7G表24和表25制定的。 3英制单位表见“IADC”钻井手册1992年11版表B22。721 二级（用过的）钻杆承受扭力、拉力、挤压力和内压力数据注。1取钢材的抗剪强度为最小屈服强度的57.8。 扭力屈服强度及拉力负荷数据是按管壁均匀磨损30时计算的。 抗挤压力及抗内压力数据是按最小壁厚为名义壁厚的70时计算的。 2对优质级钻杆的计算是以API RP 7G和API公报5C3附录A中的公式为基础的； 此表是根据API RP 7G表26和表27制定的。 3英制单位表见“IADC”钻井手册1992年11版表B23。表722 新钻杆尺寸 * 1bft= 3.39

16、96A； Nm= 0.0769A（mm2） * A=0.7854（D2d2） * Z= 0.196351D（D4d 4）此表是以API RP 7G表2.1为基础的。 采用法定单位时，D、d的单位是毫米，A的单位是毫米2，Z的单位是毫米3； 采用英制单位时，D、d的单位是英寸，A的单位是英寸2，Z的单位是英寸3。 4钻杆的强度特性 钻杆管体的强度特性包括抗拉强度、抗扭强度、抗挤强度和抗内压强度。API RP 7G标准中规定了各级钻杆的强度特性。 表719 新钻杆承受扭力、拉力、挤压力和内压力数据。 表720 优质级（用过的）钻杆承受扭力、拉力、挤压力和内压力数据。 表721 二级（用过的）钻杆承

17、受扭力、拉力、挤压力和内压力数据。 表722 新钻杆尺寸。 钻杆接头的强度特性仅指其抗拉强度和抗扭强度。新钻杆接头的强度特性，可从表710、表711、表712、表713查得。钻杆接头因其壁厚比管体大得多，故其抗拉屈服强度远大于管体的抗拉强度。 钻杆接头的抗扭强度是几个变量的函数，这些变量包括钢材强度、接头尺寸、螺纹类型、螺距、锥度、以及螺纹和台肩配合面的摩擦系数等。但接头抗扭强度在很大程度上取决于其内外径，外径变化影响母接头的截面积，内径变化影响公接头的截面积，所以在假设所有其他因素不变的情况下，外径和内径的选择，决定于公母接头的截面积以及该接头的理论抗扭强度。钻杆接头在其使用寿命的理论抗扭强

18、度的降低是由于外径磨损引起的。相反，通过加大钻杆接头的外径和缩小钻杆接头内径来提高接头的抗扭强度是可能的。这就是为什么一批钻杆在某一平台的一个合同时间使用，由于接头外径的磨损必须分批对其接头外径进行硬质合金粉（埋弧焊）的敷焊的原因。尤其是在大斜度井使用的钻杆，磨损更加厉害。严格管理、合理使用、延长钻杆的使用寿命，是作业者和钻井承包商的共同责任。 5钻杆接头合理上扣扭矩的选择 正确地使用大钳进行紧扣是防止接头损坏的主要因素，必须严格按规定的扭矩上扣。表718是API RP 7G给出的按母接头和钻杆抗扭强度设计的对焊接头的推荐最小外径和上扣扭矩，推荐的扭矩值是以应力值496 423千帕（72 00

19、0磅英寸2）为依据确定的，而接头的最小屈服强度为827 371千帕（120 000磅英寸2）。最低的紧扣扭矩应不小于推荐值的90。不然会因连接不紧而产生一系列的损害，如螺纹连接的颤动使纹面磨损、螺纹承受附加的弯曲力、台肩密封失效、在冲击载荷作用下自动上扣而使其上扣扭矩超过规定值造成螺纹拉坏或母接头胀大。 API RP 7G提供钻杆接头抗扭强度和推荐上扣扭矩曲线图见图710，可供查找各种型号接头的不同内外径的常用钻杆接头的理论抗扭屈服强度值和推荐的上扣扭矩。所有曲线，其啮合表面、螺纹和台肩的摩擦系数假定为0.08，最小抗拉屈服强度为827 371千帕（120 000磅英寸2），推荐上扣扭矩按最小

20、屈眼强度的60进行计算。 按下述步骤可以利用这些曲线： （1）选择适合所要研究的钻杆接头尺寸和类型的曲线。 （2）从母接头外径座标上对应的外径点向曲线引水平线与曲线相交点，读出母接头的抗扭强度。 （3）从公接头内径座标上对应的内径点引垂线与曲线相交点读出公接头的抗扭强度； （4）这样所获得的两个抗扭强度中的较小的那一个，就是该接头的理论抗扭强度； （5）必须强调，从曲线中所获得的数值是抗扭强度的理论值，由于在曲线的点所确定的值中没有包括许多因素，因此，现场中与这些数值会有差别。 无论是新的还是已磨损的接头，要想了解内、外径的变化引起的接头抗扭强度的变化，这些曲线都是十分有用的。但在任何情况下，

21、都应采用较小的那个值。 对已用过的钻杆接头的推荐上扣扭矩确定步骤与上述相同，按不同型号的对应曲线，将接头磨损后外径、内径点引水平线和垂直线与曲线相交的点，即为两个推荐的上扣扭矩；取较小的那个为推荐的上扣扭矩。在极端的条件下，可以有高于推荐的上扣扭矩。图710 二十五种不同类型、尺寸的钻杆接头抗扭强度和推荐上扣扭矩曲线。 图710（3） 60.3mm（2 38in）WO接头扭转屈服强度和上扣扭矩图710（4）60.3mm（23/8in）SLH90接头扭转屈服强度和上扣扭矩图710（5） 60.3mm（238in）PAC接头扭转屈服强度和上扣扭矩图710（6） NC31接头扭转屈服强度和上扣扭矩图

22、710（7）73.03mm（2 78in）SLH90接头扭转屈服强度和上扣扭矩图710（8） 73.03mm（2 78in）WO接头的扭转屈服强度和上扣扭矩图710（9）73.03mm（278in）OH接头的扭转屈服强度和上扣扭矩图710（10）73.03mm（278in）PAC接头的扭转屈服强度和上扣扭矩图 710 （11）NC 38接头的扭转屈服强度和上扣扭矩图710（12） 88.9mm（312in）SLH90接头的扭转屈服强度和上扣扭矩图710（13） 88.9mm（312in）FH接头的扭转屈服强度和上扣扭矩图710（14） 88.9mm（312in）OH接头的扭转屈服强度和上扣扭矩

23、图710（15） 88.9mm（312in）PAC接头的扭转屈服强度和上扣扭矩图710（16） 88.9mm（312in）XH接头的扭转屈服强度和上扣扭矩图710（17） NC40接头的扭转屈服强度和上扣扭矩图710（18） 101.6mm（4in）H90接头的扭转屈服强度和上扣扭矩 图710（19） 101.6mm（4in）OH接头的扭转屈服强度和上扣扭矩图710（20） NC46接头的扭转屈服强度和上扣扭矩图710（21） 114.3mm（412in）FH接头的扭转屈服强度和上扣扭矩图710（22） 114.3mm（412in）H90接头的扭转屈服强度和上扣扭矩图710（23） 114.3

24、mm（412in）OH（标准重量）接头的扭转屈服强度和上扣扭矩图710（24）NC50接头的扭转屈服强度和上扣扭矩 6钻杆接头的识别、标记 在现场的钻具使用中有时要搞清钻杆的生产厂家、年月和钢级。实际上按 API标准制造的钻杆均有标记可供识别。下面列举按API RP 7G推荐的作法，供参考。注解：制管厂可以对其自身的钻杆进行加厚和热处理，也可以按照其自身的规范去做。制管厂的确定符号应该用在每一根钻杆柱的组件上。 管子加工者可以购买“未经加工的”管子，按照自己的规范对有些管子进行加厚和热处理，在这种情况下，加工者应在每个钻柱组件上使用其确定的符号。为制造厂*进行鉴别用而提供的这些编码已经在制管厂

25、请求时确定。在本表中所列的制管厂可以是没有领取API当前许可证的制管厂。许可使用API符号许可证的制管厂一览表可从API总部取得。 *参阅API规范5D，“制造厂”可以是一家制管厂或加工者。钻杆钢级标记 钢级 符号 钢级 符号 E75 E S135 S X95 X V150 V（非API标准） G一105 G 钻杆的钢级和重量标记（对于钻杆鉴别用铣槽和识别槽的建议作法）：注解A在钻杆重量代码中用星号指定的E 75级钻杆的标准重量将没有鉴 别用的识别槽或铣出的槽。E75 级加重钻杆在大钳搭咬部位的中 心只有一个铣出的槽。见图713。 B识别槽的半径约为9.53mm（3 8sin），在外径不小于1

26、33.4mm（5 14in）钻杆接头上的识别槽和铣 出的槽，其深度为6.35mm（14in）； 在外径不大于127mm（51n）钻杆接头上的识别槽和铣出的槽，其深度为4.76mm（3/16in）。 C在公接头的铣槽中用模版印刷与管子重量和等级相对应的重量代码数和等级代码符号。用高度为6.35mm（14in）的字母模版印刷，这样，印记就可从悬挂在吊卡中的钻杆上读出。钻杆重量代码见表723。LPB= 公接头大钳搭咬部位的长度（参阅表78或API Spec 7表4.2）。 三加重钻杆 加重钻杆其壁厚比普通钻杆大23倍，但比钻铤小，其厚壁管体上连接有特别加长的接头，管体中部有加大直径并经喷焊的硬质合金

27、耐磨圈。一般钻具组合时，它加在钻杆和钻铤之间以防止钻柱截面的突然变化，缓和弯曲刚度的变化，减少钻杆的疲劳损伤；也可用它代替一部分钻铤，在钻深井时可以减少扭矩和提升负荷。在定向井中使用，尤其在大斜度、水平井中有时代替钻铤，这样可以在较低扭矩的情况下钻进，减少钻具的磨损，又由于其刚度比钻铤小，与井壁的接触面小，因而不容易造成压差卡钻。 加重钻杆尚未列入API标准，我国有参照国外产品制定的行业标准，SY514686整体加重钻杆，而且已按其标准生产JZ5I型和JZ5型加重钻杆。本节仅介绍美国Smith公司下属的Dr ilco公司生产的加重钻杆规范。1钢级和长度 加重钻杆的一般长度符合API的二类（R2）和三类（R3