国内外高强度钻杆的技术质量评述

高强度石油钻杆在钻井设备和工具中占有十分重要的地位。通过对国内外 S135， G105钻杆的解剖分析与实物质量评价试验，结合国内外文献，综合论述了国内外钻杆的选材、机械性能、几何尺寸和结构特点以及整体钻杆的极限承载能力。     

钻杆接头

<正> 一、钻杆接头的作用钻杆本身配带的接头统称钻杆接头。钻杆接头是成对使用,即一根钻杆两端分别配上一个公接头,一个母接头。其主要作用是连接钻杆,保护钻杆管体不被磨损及在钻井作业中便于装卸。一根钻杆在钻井中,一般是公接头在下端,母接头在上端。二、钻杆接头的种类钻杆接头可分为有细扣钻杆连接的接头(见冶标528—65石油钻探管和沪QJB370—66标准工具接头)和无细扣对焊钻杆连接的接头(见冶标691—70)两种,有细扣钻杆连接接头的一端为细母     

钻杆涂层的最新经济效果

<正> 过去,钻杆腐蚀是钻井承包商遇到的最大消耗之一。目前,在钴杆上使用涂了底漆的塑料涂层大大减少了钻杆因腐蚀而引起的损坏。使用了塑料涂层后,美国的钻井承包商每年所节约更换钢管的费用高达一亿美元。影响钻杆寿命的因素钻井承包商对钻杆加强维护,已使钻杆运转成本降低。钻杆受腐蚀和机械损坏都会缩短寿命,因此,有效减少腐蚀损失     

一种脉冲射流工具的携岩仿真研究

川南地区的大中斜度页岩气井因地层结构,在钻进过程中产生的岩屑极易沉积为岩屑床,使得钻杆摩阻增大,最终还会造成钻具断裂等重大井下事故。为了减少岩屑床的生成并提高井眼清洁度,提出一种新型脉冲射流工具,该工具既可以减少岩屑沉降,还可以破坏已存在的岩屑床。利用仿真分析软件ANSYS建立了新型脉冲射流工具与普通携岩钻杆的仿真模型,利用CFD-DEM(离散单元法)耦合对二者进行精确仿真,在改变岩屑粒径、钻井液密度、入口排量、井斜角等因素下,对比分析新型脉冲射流工具与普通携岩钻杆的岩屑运移能力。最终得出新型脉冲射流工具相比普通携岩钻杆可以更好地提高岩屑运移能力（利用脉冲高速流体对已沉降的岩屑进行搅动）,并且其脉冲射流还可以破坏已存在的岩屑床的结论。该研究成果对减少井眼环空内岩屑总质量与提高钻井经济效益具有重要意义。     

����ʧЧ�Ķ�̬������ѧ̽��

 石油钻井过程中,钻杆加厚过渡带刺穿和钻具螺纹断裂是最常见的钻柱失效形式,影响了钻井安全和经济效益,一直是国内外冶金和石油钻井研究的重点。传统的断裂力学只能解释石油管柱静态断裂问题,而不能解释动载下钻柱失效问题。文章采用动态断裂韧性评价钻杆断裂性能,在对现有动态断裂韧性测试方法进行研究的基础上,提出用动态断裂力学理论研究钻柱失效问题的理论及其测试方法。通过实验研究了国内外钻杆厂家的材料的动态断裂韧性,得出了钻杆材料动态断裂韧性与钻杆失效的相关性。     

绳索取芯钻杆的等离子弧焊接

本文介绍的绳索取芯钴杆是我国推广地质岩芯钻探技术的关键工具之一,采用等离子弧来焊接这类钻杆是国内首创。文中对焊接工艺作了简要介绍,列举了焊接程序及参数;给出了焊接接头性能及钻杆的野外试钻结果;介绍了钻杆同轴度的检查方法。     

石油钻杆H2S腐蚀研究进展及其综合防腐

石油钻杆是钻井装备中重要的钻具,其腐蚀失效是阻碍钻井效率提升的重要因素.本文综述石油钻杆的硫化氢(H2S)腐蚀现状,阐述钻杆的H2S腐蚀影响因素与机理,提出石油钻杆的综合防腐措施及发展趋势.     

石油钻杆工具接头中温磷化处理的应用

<正> 一、问题的提出现代石油钻井或地质勘探通常是在3000米以下的地层中进行,条件极其严酷复杂。用于这类工作的钻杆及其工具接头要承受各种拉力、压力、扭力、弯曲力和冲击力等交变应力的影响。由于钻杆接头与地层或套管内壁之间有一定的摩擦,因此不仅要求其材质强度要高,机械性能要稳定,耐磨性要好,而且还要求加工后的     

超声相控阵技术在钻杆内壁腐蚀检测中的应用

有效评估钻杆内壁腐蚀情况,对提高钻井生产安全,降低钻井成本至关重要。介绍了超声相控阵技术在钻杆内壁腐蚀检测中的应用,通过对对比试块与实际工件的试验,证明了该方法对钻杆内壁腐蚀检测具有足够的检测灵敏度、分辨力及较好的检测效果。     

双台肩钻杆接头纵向裂纹失效分析

在钻井过程中,曾发生数起双台肩钻杆接头产生纵向裂纹引起的钻井事故。为了查明该钻杆接头纵裂的原因,用宏观和微观形貌观察、化学成分分析、力学性能试验、应力分布有限元模拟等手段对失效接头进行了分析。结果表明,双台肩钻杆接头的结构特点是导致接头失效的主要原因。建议减小接头螺纹锥度以提高接头的抗扭能力,避免失效事故的发生。     

超短半径水平井导向筛管结构优化设计

导向筛管是超短半径水平井柔性钻具的重要组成部分,其结构尺寸的合理性直接影响钻具的造斜能力。基于导向筛管与井眼曲率相匹配的条件,采用贝塞尔曲线拟合导向筛管运动轨迹方程,得到导向筛管单节最大长度。在满足强度和弯曲刚度条件基础上,对各结构参数进行了优化。采用有限单元法,考虑导向筛管的材料非线性及横缝之间的接触非线性,建立了导向筛管有限元模型,并给出了求解策略。对优化后的单节导向筛管进行力学分析,验证了导向筛管结构优化设计的合理性。研究成果为导向筛管开槽结构设计提供理论参考,为超短半径水平井的成功钻进提供必要的工具支持。     

基于CFD-DEM的新型铝合金钻杆携岩仿真分析

由于川渝地区的地层结构较复杂,在钻探过程中产生的岩屑容易在井内沉积,使得岩屑运移难度大,最终还会造成卡钻与钻具断裂等重大井下事故。为了提高页岩气井的携岩能力,提出一种新型铝合金钻杆,对新型铝合金钻杆的携岩原理进行分析,得出该钻杆既可以提高岩屑运移能力,也可以降低摩阻,减少钻井液压耗,再对该钻杆进行力学分析与建模,利用实际参数计算,验证了钻杆的可浮性;然后对岩屑沉降与排出全过程进行分析,提出岩屑沉降与排出全过程的5个阶段;最后在充分考虑了钻井液、岩屑颗粒、钻杆和井壁相互作用的影响下,利用CFD-DEM耦合对新型铝合金钻杆的携岩过程进行精确仿真。改变钻井液排量、钻杆转速、岩屑粒径、钻杆偏心度,对新型铝合金钻杆的携岩能力进行分析,并将该钻杆的携岩效率与传统钢钻杆进行对比,研究了两种钻杆的岩屑运移率,最终得出新型铝合金钻杆相比传统钢钻杆具有更高的携岩效率。该研究成果对减少岩屑沉降、提高岩屑运移能力具有重要意义。     

新型铝合金钻杆对岩屑运移效率提升研究

设计一种新型铝合金钻杆。该钻杆可以悬浮在井眼上部,使高速区与岩屑床重合,提升岩屑运移效率。对新型铝合金钻杆进行载荷分析及各零件强度校核,验证新型钻杆的强度。在Fluent中,对环空井眼岩屑运移三维模型进行定性分析,对比不同钻杆转速、岩屑粒径、钻井液排量和钻井液密度下新型铝合金钻杆相对于传统钢钻杆岩屑运移的效率提升。结果表明：新型铝合金钻杆在不同条件下都有更好的携岩能力,特别是对于大粒径的岩屑运移有较大优势。研究结果有助于新型铝合金钻杆的使用和提升井眼清洁度。     

Effect of Immersion Time on the Mechanical Properties of S135 Drill Pipe Immersed in H2S Solution

During drilling process, if oil and gas overflow containing H₂S enters drilling fluids, the performance of drill pipes will decline significantly within a short time. In this paper, S135 drill pipe specimen was immersed in the saturated solution of H₂S at room temperature for 6, 12, 18, and 24 h, respectively. The tensile properties and impact properties of S135 drill pipe were determined before and after immersion for comparison. In addition, the S135 specimens were immersed for 3 days at 80 °C to determine the changes in fatigue performance. The test results indicated that the yield strength of S135 material fluctuated with immersion time increasing and the tensile strength slightly varied with immersion time. But the plasticity index of S135 decreased significantly with the increase in immersion time. The impact energy of S135 steel also fluctuated with the increase in immersion time. After 3-day immersion at 80 °C, the fatigue properties of S135 steel decreased, and fatigue life showed the one order of magnitude difference under the same stress conditions. Moreover, fatigue strength was also decreased by about 10%. The study can guide security management of S135 drill pipe under the working conditions with oil and gas overflow containing H₂S, reduce drilling tool failures, and provide technical support for drilling safety.     

基于响应面法的玻璃钻孔支撑结构优化设计

对玻璃进行钻孔加工过程中,机床中钻孔支撑结构的变形会使钻头发生偏移,降低钻孔的质量,提出了以最小化钻孔支撑结构的变形量和构件质量为优化目标的结构优化设计方法。考虑到支撑结构多目标优化模型缺乏的问题,在ANSYS Workbench软件中进行钻孔支撑结构的有限元分析,通过试验点选取、拟合函数选择和响应面合理性评估,建立了反映钻孔支撑结构关键尺寸与优化目标之间关系的两目标响应面模型,并采用非支配排序遗传算法(NSGA-II)求解。试验表明,Kriging模型具有比标准响应面模型更好的多维变量和非线性问题拟合性能;钻孔支撑结构在满足强度要求的同时,最大变形降低了57.1%,质量减少了30.4%,满足高强度和轻量化的要求,证明了所提出的基于有限元分析、响应面拟合和多目标优化的机床结构件优化设计方法的有效性。     

Investigation of heat pipe cooling in drilling applications.: part I: preliminary numerical analysis and verification

A combined numerical and experimental study is performed to analyze the feasibility of using heat pipe cooling in drilling applications. A parametric study is conducted to analyze the effect of different geometrical parameters expected for a heat pipe drill configuration, such as depth of the heat pipe within the drill, heat pipe diameter, heat flux input magnitude and length of the heat input zone. In this model, it is assumed that the drill is subjected to a static heat source which verifies the analysis and feasibility of using heat pipe cooling in drilling operations. The performance of the heat pipe drill model is approximated using a solid cylinder model of pure conduction. To validate the assumptions, numerical results are compared with experimental data that are based on the solid cylinder model. Both the numerical and experimental studies show that the use of a heat pipe in a drill can reduce the temperature field significantly. The results of this study can be used to define geometrical parameters for ‘optimal’ design and the setup for further analysis.     

地质钻杆摩擦焊接头组织与性能

首次采用摩擦焊接工艺对地质勘探用钻杆的管体与接头进行了焊接试验。探讨了不同的热处理工艺条件对DZ60钢钻杆管体与40Cr钢接头摩擦焊接头组织与性能的影响,并与采用热墩粗工艺生产的钻杆管体组织与性能进行了对比。试验结果表明,采用摩擦焊接及焊后调质热处理工艺制造的DZ60地质钻杆焊接接头的常规力学性能指标均高于地矿部DZ60地质钻杆管材的技术标准规定的数值,并优于采用现行热墩粗工艺制造的钻杆管材的力学性能数值。同时发现,采用合适的焊后回火热处理温度,可以有效提高焊接接头的抗拉强度与屈服强度,使其各项力学性能达到DZ60钻杆管材的技术标准,从而有效减少地质钻杆摩擦焊接头焊后热处理工艺,降低制造成本。     

Environmentally Assisted Cracking of Drill Pipes in Deep Drilling Oil and Natural Gas Wells

Corrosion fatigue (CF), hydrogen induced cracking (HIC) and sulfide stress cracking (SSC), or environmentally assisted cracking (EAC) have been identified as the most challenging causes of catastrophic brittle fracture of drill pipes during drilling operations of deep oil and natural gas wells. Although corrosion rates can be low and tensile stresses during service can be below the material yield stress, a simultaneous action between the stress and corrosive environment can cause a sudden brittle failure of a drill component. Overall, EAC failure consists of two stages: incubation and propagation. Defects, such as pits, second-phase inclusions, etc., serve as preferential sites for the EAC failure during the incubation stage. Deep oil and gas well environments are rich in chlorides and dissolved hydrogen sulfide, which are extremely detrimental to steels used in drilling operations. This article discusses catastrophic brittle fracture mechanisms due to EAC of drill pipe materials, and the corrosion challenges that need to be overcome for drilling ultra-deep oil and natural gas wells.