一、概况： 轻质、薄壁的超高强度钢钻杆可用于解决大 位移井、超深井和深水钻井的钻井难题。 但由于高强度钢在低温下具有脆性且很难在 抗冲击韧性和抗拉强度间达到平衡,但近期, GrantPrideco开发出了UD- 165超高强度钢 钻杆(VM- 165级超高强度钢), 其独特的热处 理工艺使得钻杆既满足屈服强度的要求又满 足韧性要求。
4、目的：主要目的是在典型的钻井条件下测试通信系统。
第一阶段:集中在套管井中(931 m)沿钻杆全部长 度的通信系统。电信号沿钻杆向下传输, 通过放 置在钻杆上的转播器返回。根据 该系统的微调, 可以优化转播器的位置。 第二阶段:在该井裸眼部分下水泥塞, 然后在典型 的钻井条件下钻穿。
根据建立的测试标准操作通讯系统, 同时该系统安装 不需要特殊的处理或组装程序。
缺点：成本要比普通钻杆高得多；不能通过这种软连接电缆为井下供电等。
7、智能钻杆发展
经过多年的研究与试验，智能钻杆传输技术已于 2007 年正式投入商业应用，但仍在改进和完善之 中，今后的主要发展方向： 一、进一步提高数据传输速率； 二、提高耐温能力； 三、开发一种无缆的顶驱转环短节。
智能钻杆传输技术具有数据传输速度高、容量大、实时、双向等优点，适用 于常规钻井、欠平衡钻井和气体钻井，是钻井井下信号传输技术的一个重大 突破。目前，该技术已获得了哈里伯顿、贝克休斯、斯仑贝谢和威德福等国 际一流的油田技术服务公司的认可，应用前景乐观。国内在这一领域尚属空 白，具有很大的发展空间。
2、铝合金钻杆
（一）、优越性（与常规钢性钻杆）
（1）铝合金的密度比常规钢钻杆密度小，降低对钻机载荷的 要求, 比钢性钻柱有更大的钻深能力。 （2）减少起下钻过程的能耗, 加快进度。试验结果表明: 在起 下钻中, 用铝合金钻杆比钢钻杆节省 起钻时间35% 、下 钻时间17%。 （3）铝合金钻柱对套管的磨损比钢钻柱轻。通常, 铝合金钻柱 的磨损较钢钻柱容易。但是, 由于钻铝合金钻柱对套管的 磨损比钢钻柱 轻。而且 由于钻杆压力产生的法向压力明 显比钢钻柱低, 在所有其他条件都相同的情况下 铝合金 钻杆的磨损比钢钻杆要低。
（2）钛合金弹性模量为119 GPa， 钢弹性模量为210GPa，钛合金是钢的57% （3）钛合金具有更好的耐腐蚀及抗侵蚀的能力； （4）钛合金具有高抗疲劳特性，在空气和钻井 液环境中其疲劳性能几乎相同 （5）钛合金钻杆屈服强度为840MPa，
约等于S- 135钢钻杆强度重量比值的1.54 倍。
4、超高强度钢钻杆
6、凯夫拉材料
•在本世纪60年代，美国杜邦公司研制出一种新型复合材料枣“凯夫拉”材料。这种新型材料密度低、 强度高、韧性好、耐高温、高强度及模数并易于加工和成型，而受到人们的重视。这是一种芳纶复 合材料。且Kevlar的密度非常低，而却拥有很高的破裂延伸度。 优点: 热稳定性，Kevlar大热试验中（TGA）非常稳定，直至 600℃才有明显的重量丧失； 低侵蚀性，具有高含量的Kevlar试片，表现出比半金属 片低的侵蚀性； 耐磨性，与石棉纤维制成的刹车片比较，在Kevlar纤维 开松良好的状态下，体现出非常低的磨耗性。维 持预成型刹车片的强度，保持填充剂的持久性。
新材料钻杆和智能钻杆
小组成员：刘文正、满宗通、赵春平、
牟科翰、杨勇
新材料钻杆和智能钻杆
一、新材料钻杆
1、抗硫钻杆 2、铝合金钻杆 3、钛合金钻杆 4、超高强度钢钻杆 5、碳纤维复合材料钻杆 6、凯夫拉材料
二、智能钻杆
1、起源 2、概念 3、特点 4、目的 5、原理 6、优缺点 7、发展
1、抗硫钻杆
抗硫钻杆是国内目前接触最多、应用最广的一 种高性能钻具, 主要用于酸性气田。在一些高含 H2S 的油气田, 由于H2S 对钻杆具有很强的腐蚀 性, 尤其是对高强度的钻杆。抗硫钻杆在国内得 到了大量的应用, 从95SS 钢级的钻杆直到105SS 钢级的钻杆。由于材料强度的提高, 必然会导致材 料硬度的提高, 而材料硬度的提高，, 对腐蚀环境的 敏感性增强, 发生腐蚀和应力腐蚀的风险性越高。 因此, 抗硫钻杆材料的强度受到了很大的限制。
二、智能钻杆
1、起源：2003 年2 月, 落矶山油田测试中心 (RMOTC)测试了一种革新智井系统。
2、概念： 智能钻杆实质上是一种有缆钻杆，电缆之间通过电磁感应实现“软连接”。
3、特点：这种新型的专利智能钻杆,
可以每秒100万位的速度为钻井队提供实
实时井 下数据。埋入钻杆连接里的独特的非接触式接箍, 是该系统的关键, 它允 许 数据通过钻杆连接进行传输。每个接箍通过钻杆内壁的高速光缆连接起来。
6、智能钻杆优缺点：
优点：与泥浆脉冲、电磁波和声波传输方式相比，智能钻杆 传输方式具有明显的优势，主要表现在： （1）数据传输速度高、容量大、实时。。 （2）适用范围广。它可用于包括欠平衡钻井、气体钻 井在内的任何井下条件下的钻井数据传输。 （3）实现全井筒实时监测，及时预防井下复杂情况。 （4）在应用智能钻杆的同时，还可将泥浆脉冲作为一 种备用的传输方式，万一钻柱传输中断，无需起钻就能 启用泥浆脉冲传输方式。 （5）具备高速传输和双向通讯的功能，因此它将极大 地推动随钻测量、随钻测井、地质导向、随钻地层测试和 随钻地震等随钻监控、评价、诊断、预测技术的进一步发展。
3、钛合金钻杆
钛的抗化学性强，比钢轻一半且韧性高1倍。 钛的这些性能特别适用于高温、腐蚀环境中， 但是钛合金钻杆制造费与钢钻杆相比非常高， 且市场很有限。
钛合金钻杆由三个基本要素组成：
钻杆本体、钻杆接头、接头与本体连接。
与常规钢钻杆相比较，钛合金钻杆有以下性能优点： （1）钛合金密度为4.1×103kg/m3，钢密度为7.8×103kg/m3，钛比钢轻43%
三、接头 超高强度钢钻杆的接头设计原则是具有最小的外径和最大的内径, 以减轻 质量、增强水力学性能, 同时传递大的扭矩为此, 专门设计了高强度双台肩钻 杆接头。这种新型接头具有以下特点: （1）首创双头螺纹设计, 缩短上、卸扣时间 达50%, 提高起下钻效率; （2）采用双半径螺纹形式, 减小连接峰值应 力, 延长疲劳寿命; （3）优化锥度, 满足钻杆连接速度和小屈服 强度达896MPa材料制造, 远大于API的 827MPa要求, 有利于增加抗扭强度, 同 时改进的尺寸设计有利于提高水力效率。
5、碳纤维复合材料钻杆
一、概况 复合材料钻杆由复合材料管和钢接头组成， 并保证管材与接头的密封钢钻杆相比, 复合材料钻杆的优越性主要有以下几点： ( 1) 质量轻。复合材料钻杆的质量约为普通钻杆质量的 40% ~50% 。对于深井而言, 钻柱质量的减轻意味着 使用现有钻机能力可以钻进更深的距离。 ( 2) 强度重力比高。长91144m 直径13917mm 的普通S135 级钢钻杆强度重力比为480 000, 而同规格复合材料钻 杆则为625 000, 比S135 级钢钻杆提高3012% 。 ( 3) 抗腐蚀性强。复合材料钻杆具有很大的灵活性, 具有优 越的抗腐蚀性能。 ( 4) 疲劳强度高。钻柱失效原因的95%可归结为疲劳失效。 而复合材料钻杆缠绕纤维结构后具有更高的疲劳强度。 ( 5) 钻杆无磁性, 方便井下测量; 钻杆壁内可方便置入光缆 或电线, 具有井底2地面数据/信号的高速双向通信功能。
（4） 铝合金钻杆由于硬度低, 仅在HB130 左右, 对H2 S 腐蚀介质不敏感,因此, 相对于钢性 钻杆,铝合金钻杆对H2S 腐蚀介质的抵抗更高。 （5） 振动衰减。相对于钢, 铝合金钻杆具有很强 的吸收弹性振动能量的能力, 厚壁铝合金钻杆 ，较钢钻杆的减震能力大约要高50% 。 （6）对于交变弯曲和动应力的抵抗力, 钻杆中的交 变弯曲应力与材料的弹性模量成比例,在所有的 其他因素都相等的件下, 铝合金钻杆和钢对应 的比例为1 ：2. 96。 （7）铝合金钻杆材料强度随着温度的升高而降低。 当温度达到氏200 摄氏度时, 材料屈 服强度和 抗拉强度与室温相比, 有明显的下降, 甚至高 达40%以上。
谢谢大家！
2014.10.13
5、原理（钻杆之间利用电磁感应原理传递信号）
（1）、把电缆嵌入钻杆，钻杆工具接头两端的电缆各有一个感应环；钻杆紧扣以后， 两感应环并不直接接触，而是通过电磁感应原理实现信号在钻杆间的高速传输。 （2）、井下接口短节,。在智能钻杆遥测系统和井底实时测控系统之间安装一个井 下接口短节，实现智能钻杆遥测系统和井底实时测控系统之间的信号双向高速传输。 （3）、信号放大器 信号通过电缆和感应环传输的过程中，其强度会有 一定衰减。为维持信号强度，需要在钻柱上每隔350 ～450m安装一个信号放大器。 （4）、顶驱转环短节 顶驱转环短节安装在顶驱下方，相当于信号采集装 置，其中的顶驱转环不随钻柱一起旋转。顶驱转环 和顶驱转环短节之间也是通过感应耦合的方式实现 信号传输的。顶驱转环短节将信号从钻柱电缆中拾 取出来，通过电缆传入地面计算机系统，再通过卫 星或互联网传输到其他地方。
二、超高强度钢钻杆特点
为说明超高强度钢钻杆UD- 165的性能优势,将高性能钻杆的相关参数进行了对比, 见表3。
从表中可以看出, UD- 165钢钻杆的强度重力比较S- 135 级提高了22% , 仅次于钛合金钻杆; UD- 165钢钻杆 的强度重力比优于铝合金钻杆; 由于采用薄壁结构使得水力性能要优于铝合金及钛合金钻杆, 这对于大位移井 和深井尤为重要