Trenchless Technology Exchange Conference of Oil and Gas Pipeline, 2017
YANGZHOU CHINA 2017.09
中国·扬州
第三届油气管道非开挖技术交流大会
三、钻杆钻具研发趋势分析 1、钻杆研发趋势分析
5）新型钻杆的研发和应用 c）智能钻杆——智能信息传递 d）双壁钻杆 由内、外两层钻杆(称内管和外管) 所组成。内、外管之问构成环隙, 是水力输岩钻进、中心取样钻进 时,向孔底泵送冲洗介质的通道。
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三、钻杆钻具研发趋势分析 1、钻杆研发趋势分析
5）新型钻杆的研发和应用 a）铝合金钻杆 – 杆体为加厚的铝合金材料，钢制接头 • 优点： – 重量轻(比重2.78) – 耐腐蚀性好 – 高抗疲劳能力 – 非磁性 • 缺点： – 强度低, 低强度/重量比。 – 水力性能和效率低（由于管体壁厚大，内径小）
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三、钻杆钻具研发趋势分析 2、钻具研发趋势分析
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1）轻量化设计——旨在降低钻具钻柱对地层的压力，降阻增效
a) 采用高强材质 b) 优化结构
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三、钻杆钻具研发趋势分析 2、钻具研发趋势分析
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目
录
一、钻杆钻具的应用现状 二、钻杆钻具应用存在的问题及原因分析 三、钻杆钻具研发趋势分析
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一、钻杆钻具应用现状 1、定向钻穿越发展现状
• 各项技术日趋成熟 导向孔对接穿越技术； 夯套管隔离技术； 硬岩穿越技术； 泥浆配制技术； 对扩技术； 推管机、曲线顶管的结合应用 • 穿越管径不断增大 24“→40”→48“ →56”及以上 • 穿越距离不断增加 2308m →2454m →3300m →5km及以上
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二、钻杆钻具应用存在的问题及原因分析 2、钻具应用存在的问题及原因分析
钻杆的主要失效方式有以下几种： • 2）切削体失效 导致切削体失效的原因有： a）钻具选型与地层不匹配，硬岩、粗砂层的钻具快速磨损； b）孔洞中切屑携带不充分，岩屑床导致钻具过度磨损； c）孔洞的角度突变，钻柱的过度弯曲，导致钻具变形或断裂； d）钻具有效中心定位不好，导致刀头（牙轮）偏磨导致钻具加速磨 损，乃至刀头（牙轮）脱落； e）钻具自重大，不仅增加与地层的摩擦，还增大了钻具下切力度,导 致钻具受力不均。
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9.17mm → 9.19mm →10.54mm →10.92mm →19.05mm
4）扣型升级 扣型主要升级路径：常规螺纹→双台肩→ BHDX超高抗扭螺纹
• 目前，管道局已研制并成功应用双台肩扣型的7-5/8”S135钻杆，解决
了大扭矩及粘扣问题。已成功研制9-7/8”钻杆，用于1422mm以上管 径定向钻施工。
钻杆的主要失效方式有以下几种： • 1）本体断裂
由于受力情况复杂导致应力集中、本体材质疲劳，钻具本体断裂失效。
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二、钻杆钻具应用存在的问题及原因分析 2、钻具应用存在的问题及原因分析
• 交变弯曲力矩——弯曲力矩的产生是因钻杆受力产生弯曲变形，钻杆
绕自身轴线旋转的同时绕一定轴线公转，则会产生交变弯曲应力。 • 扭矩——钻杆切入土壤的功率是由动力头通过钻杆传递给定向钻头的，
由于钻杆与孔壁和泥浆有摩擦阻力，因此钻杆所承受的扭矩，钻杆尾
部比钻杆头部大。
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二、钻杆钻具应用存在的问题及原因分析 2、钻具应用存在的问题及原因分析
钻杆的主要失效方式有以下几种： • 2）切削体失效
切削环磨损脱落
牙轮脱落
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F1422mm穿越
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一、钻杆钻具应用现状 2、钻杆钻具应用现状
钻杆钻具在施工过程中的主要受力分以下三种：
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二、钻杆钻具应用存在的问题及原因分析 1、钻杆应用存在的问题及原因分析 原因：
a）推/拉力、弯曲及旋转力 矩的复合作用下，杆体的局 部复合应力大于许用应力， 导致形变、断裂现象；
b）杆体局部的微小裂纹，
由于自转及公转的重复复杂 受力，以及钻柱的振动等，
2）外径不断增大
5-1/2" → 6-5/8" → 7-5/8" → 8-3/4" → 9-7/8" → 11-3/4"
国内研制 国外研制
9-7/8”钻杆
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三、钻杆钻具研发趋势分析 1、钻杆研发趋势分析
3）壁厚不断增大
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钻杆钻具的应用现状及研发趋势
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• 轴向力———右头的顶力用于克服切削过程中导向板上受到的各种切 削阻力，钻头前端形成轴向阻力以及土壤与钻头惯性力产生的动压力， 钻杆与孔壁的摩擦力。
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三、钻杆钻具研发趋势分析 1、钻杆研发趋势分析
5）新型钻杆的研发和应用 b）碳纤维复合钻杆 – 杆体：碳素纤维复合材料，钢制接头 • 优点： – 重量轻 – 较高的强度/重量比 – 耐腐蚀性能好 – 高抗疲劳能力 – 非磁性 • 缺点: – 成本高
二、钻杆钻具应用存在的问题及原因分析 1、钻杆应用存在的问题及原因分析
钻杆台肩/螺纹失效的原因： a）钻杆扭矩过大，直接导致母扣筒体产生裂纹； b）钻杆大扭矩、推拉力及弯曲扭矩的组合影响，导致螺纹产生挤压变形、粘扣。
• 3）杆体/接头的整体磨损
需定期对钻杆进行壁厚检测，将过度磨损的钻杆降级使用状
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施工过程中，钻杆钻具承受的压/拉力、扭矩、弯矩均较大，各种载 荷（交变）同时发生。 当复合载荷或交变载荷超过限值，经过长时间运转，加之钻杆钻具的
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二、钻杆钻具应用存在的问题及原因分析 1、钻杆应用存在的问题及原因分析
钻杆的主要失效方式有以下几种： • 1）杆体失效：杆体断裂、杆体弯曲变形
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3）双级（双向）扩孔器研发
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a) 双级扩孔器——提高扩孔效率 b) 双向扩孔器——克服岩屑床， 便于回退钻具
裂纹在反复的受力过程中扩
张，导致疲劳断裂。
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