摩擦裂纹
钻具与井壁或套管摩擦。
瞬时产生大量摩擦热。
局部温度超过材料相变温度，
金相组织变化。 组织应力和热应力超过材料 破断强度。 产生摩擦裂纹。
粘扣 内外螺纹旋合摩擦干涉，表面温
度急剧上升，使内外螺纹表面发 生粘结。由于上卸扣内外螺纹有 相对位移，粘扣常伴有金属迁移。 一般粘扣属于粘着磨损。如果有 沙粒或铁屑等硬质颗粒，粘扣为 磨粒磨损和粘着磨损。
无磁钻铤
磁导率很低的不锈钢制成的圆柱钻
铤。 当磁场强度为1×105/4π A/m时，相 对磁导率μ r 应小于1.010。 沿内孔任意相距100mm的磁感强度梯 度不应大于0.05 Μ t。 材料不应存在晶间腐蚀开裂。
保证测井仪器（利用磁性原 理）的测量结果准确性， 保证井眼轨迹符合要求。 用于定向井、水平井、大 位移井和要求很高的直井。
钻井参数对钻具使用寿命的影响 钻压
钻压过大，中和点易移到加重钻杆或 钻杆。 增加钻铤的弯曲载荷。 转速 转速过快钻柱在井眼摆动厉害，钻柱 受力情况恶化。
地层岩性对钻具使用寿命的
影响
硬地层使钻具磨损加剧，易产生
摩擦裂纹。容易发生跳钻、蹩钻 事故，使钻具受力条件更加苛刻。 蠕变地层容易导致卡钻事故。
大水眼）
过载断裂
钻具稳定器偏心脆断
钻杆直角台肩疲劳断裂
钻铤外螺纹疲劳断裂
钻杆内加厚过度带刺穿
钻杆内加厚过度带热蚀后对比
不同钻杆腐蚀速率对比（1.7～2.3倍）
H2S导致钻杆应力腐蚀断裂
钻铤本体断裂
钻杆内螺纹接头胀大
钻内螺纹接头摩擦螺纹
钻杆接头磨损
油管粘扣
震击器内螺纹龟裂
BSR=2.54:1 • 内径71.4mm BSR=2.73:15 API钻具数字螺纹接头 推广应用
•数字螺纹接头命名 •数字螺纹接头优点 •推广数字螺纹接头存 在问题
• 数字螺纹接头命名 • 螺纹中径尺寸 NC50 C=5.0417in NC38 C=3.808in
钻柱作用
提供从钻机到钻头的钻井
液通道，输送钻井液。 把地面动力（扭矩）传递 给钻头并给钻头加压。 起下钻头。
通过钻柱了解和观察钻头
工作情况、井眼情况和地 层情况。 进行取心、处理井下事故， 打捞落物，挤水泥等作业 对地层流体及压力情况进 行测试和评价。
加重钻杆 用于钻铤与钻杆过渡区，缓
Ym /32 (ft-lb)
Q=管体扭曲强度； D=管体外径，in; d=管体内径，in。
•API 规定Ty/Q0.8
• 5in9.19mm G105 NC50 钻杆扭曲强度校核
• d=3.25in(82.6mm)
Ty/Q=0.89
• d=3.75in(95mm)
Ty/Q=0.66
• 钻铤弯曲强度校核
塔指钻具失效
会战初期震击器、钻具稳定器、
转换接头、钢丝绳、取心工具失 效事故多。 目前钻杆失效、工具等失效事故 多。 吊卡事故发生多起。
• 几种常见的钻具失效形式
• 断裂 •过载断裂 • 脆性断裂 • 疲劳断裂 • H2S应力腐蚀开裂 • 内螺纹接头胀大 • 摩擦裂纹 • 粘扣 • 结构不合理导致失效
• 数字螺纹接头优点 螺纹牙底圆弧半径大 • NC V-0.038R • IF 平底，0.015r •REG 4 1/2in,0.020R 4 1/2in,0.025R
•FH 0.020R(3 1/2FH, 4 1/2FH), 0.025R(6 5/8FH) 0.015r(4FH 平底)
• 全面推广数字螺纹接头 存在问题 • 部分数字螺纹接头 未用(4 3/4in NC35, 8in NC56,9in NC61) • 修扣质量不能保证
• API RP 7G 钻井设备 设计和操作推荐作法
规定了钻具的扭转性能、拉 伸性能、上扣扭矩、钻杆接头 扭转性能计算、钻杆分级和钻 铤弯曲强度比计算等。
SY/T
5144 钻铤 SY/T 5290 钻杆接头 GB 9253.1 石油钻杆接头螺 纹 SY/T 5200 转换接头 SY/T5146 整体加重钻杆
限，避免钻杆疲劳破坏。 钻杆接头对井壁的侧向力不 超过规定值，以防止钻具过 度磨损、钻杆接头热裂等。
全角变化率（狗腿度严重度）定义
及计算


在一定长度井段内（25m或100ft）包括 井斜角和方位角的空间井斜变化量
Gab＝25/ΔLab{(αa- αb)2 + Δφ 式中：
2 2 [(α - α )/2]}1/2 sin ab a b
钻具失效分析 及钻井设
备简介
• 内容
• • 钻具受力及要求
• 标准简介 • 钻具强度校核 • API 钻具数字螺纹接头 全面推广应用 • 钻具失效分析及预防 • 套管失效分析及预防
钻柱受力及要求
钻柱组合 钻柱作用 井身结构
钻柱受力
钻具性能要求
下部钻柱还包括
稳定器
减震器 震击器等
2 2 AP=(C-B) -ID /4
C=螺纹中径（距密封台肩 5/8 ）, in;
ID=外螺纹接头内径，in; B=2(H/2-Srs)+tpr1/8 1/12
H=不截顶螺纹高度，in;
Srs=螺纹截顶高度, in;
tpr=锥度，in/ft。
•管体扭曲强度
4 4 Q=0.096167(D -d )
3 标准简介
• API 钻具标准
• API SPEC 5D 钻杆规范（ISO 11961-1996）
• API SPEC 7 旋转钻井设备规 范
• API RP 7G 钻井设备
设计和操作推荐作法
• API SPEC 5D 钻杆规范 该规范内容包括所有 钢级的无缝钻杆管体及其 制造方法、化学成分和机 械性能要求、试验方法和 尺寸要求。
• API BULLETIN 5C3 套管、油管、钻杆和管线 管性能计算公式公报
提供了不同管子性能的计 算公式及有关其它发展和应用 的资料。
•API RP 7A1 旋转台肩接 头螺纹脂试验推荐作法
规定了钻具螺纹脂的材 料和试验方法。
API标准级别
包含了绝大多数管材、工具的尺寸
规格、钢级，解决了互换性问题。 API 标准早，在全世界范围引用。 API 标准不是最高标准，油田应根 据井况制订订货补充技术条件。 API 标准没有包括所用的标准，有 待我们完善补充。
粘扣原因
内外螺纹不匹配
表面处理质量差
螺纹脂质量差或有硬质异
物 偏斜对扣 开始上扣时速度过快
磷化质量
厚度（套管螺纹）
国外0.015mm
国内0～0.005mm
镀锌层质量（套管）
厚度 国外0.015mm
~0.025mm 国内一次上卸扣磨掉
• 钻具失效分析及预防举例
• 过载断裂、脆性断裂 • 钻铤内外螺纹接头断裂（BSR， 疲劳） • 钻铤两端内孔不同心在内壁形成 台肩造成淬火裂纹 • 钻杆接头吊卡台肩位置断裂 • 钻杆外螺纹接头断裂（疲劳、
• API SPEC 7 旋转钻井 设备规范
规定了从水龙头转换接 头到钻头的所有旋转钻井 设备的尺寸规格（除钻杆 管体外）、螺纹接头类型
及测量方法、标准量规及 测量方法、接头和钻铤的 机械性能。还包括小直径 工作管柱、转盘、轴系、 钻井泵零部件、水龙带和 刹车块的尺寸要求。在附 录里还包括:
（1）地区量规、校对量 规和工作量规的保管与使 用； （2）钻井泵的维修； （3）水龙带； （4）旋转接头的润滑等 推荐作法。
井身结构
钻柱受力
起下钻过程：
井越深、钻柱越长、钻具
尺寸越大、钻柱重量越大， 上部钻柱所受拉力越大。 泥浆密度越大，其浮力对 上部钻柱拉力影响越大。
起车或刹车过猛，会引
起附加载荷。 井眼不规则会引起阻卡 现象，使钻柱受力发生 变化。
钻进过程中钻柱受力
中和点及附近受力 钻柱上不受拉力又不受压力的位置称为 中和点。中和点将钻柱分为下部钻柱和 上部钻柱。 钻头在井底工作不稳定和不均匀送钻操 作，会使中和点移动。 中和点受交变载荷。 钻压不超过钻铤重量的80％，保证中和 点在钻铤上。
4 钻具强度校核 • 钻杆扭曲强度校核
• 钻铤弯曲强度校核
Ty=YmA(p/2+Rtf/cosθ-RS) Ty=屈服扭矩, ft-lbs; Ym=最小材料屈服强度, PSI; p=螺距, in;
• 钻杆扭曲强度校核 • 接头扭转强度
f=摩擦系数, 选用API 钻具螺 纹脂时摩擦系数 为0.08; = 螺纹牙形半角; Rt=C+(C-(LPC-0.625tpr1/12)/4 LPC=外螺纹长度, in; RS= (OD+Qc)/4, in; A=距密封台肩3/4in处外螺纹横 截面积(AP), 或者距密封台肩 3/8in处内螺纹横截面积(Ab);
BSR
4 4 4 4 =[(D -b )/D)]/[(R -d )/R)]
式中：BSR — 弯曲强度比； D — 钻铤外径；
b —外螺纹端部对
应内螺纹牙底直径; b — 外螺纹端部对应的 内螺纹牙底直径； R — 距台肩19.05mm处 外螺纹牙底直径; d — 钻铤内径。
• 177.8mm钻铤NC50接头 • 内径57.2mm

下部钻柱受力 下部钻柱（钻铤）大部分重量施
加给钻头破碎岩石 扭矩 弯曲 磨损
上部钻柱受力 扭矩 中和点以上钻柱重量
井口钻柱断面上所受扭力和
拉力最大。
钻柱震动
纵向震动（跳钻）引起交变应力。
井底反扭矩引起扭转震动（蹩钻），
产生交变应力。
卡钻
活动钻具上提，易发生过载。
6 钻具失效分析及预防
• 失效定义 • 失效分析 • 几种常见的钻具失 效形式 • 钻具螺纹的载荷分布 • 钻具失效分析及预防