钻杆柱方案 朋友们：钻杆，钻柱，钻杆柱怎么区分
\u94bb\u6746\u67f1\u6280\u672f\u65b9\u6848\u94bb\u6746\u67f1\u662f\u94bb\u63a2\u65bd\u5de5\u4e2d\u975e\u5e38\u5173\u952e\u7684\u4e00\u4e2a\u73af\u8282\uff0c\u5bf9\u4e8e\u8d85\u6df1\u4e95\u94bb\u8fdb\u65bd\u5de5\u66f4\u662f\u5982\u6b64\u3002\u94bb\u6746\u67f1\u5728\u94bb\u8fdb\u4e2d\u8981\u627f\u53d7\u62c9\u4f38\u3001\u626d\u77e9\u3001\u632f\u52a8\u3001\u6469\u64e6\u5f15\u8d77\u7684\u9644\u52a0\u963b\u529b\u548c\u6e29\u5ea6\u7b49\u591a\u9879\u8f7d\u8377\u7684\u590d\u5408\u4f5c\u7528\uff0c\u5de5\u4f5c\u6761\u4ef6\u5341\u5206\u6076\u52a3\u3002\u5f53\u94bb\u4e95\u8d85\u8fc7\u67d0\u4e00\u6df1\u5ea6\u540e\uff0c\u5355\u662f\u94bb\u6746\u67f1\u7684\u81ea\u91cd\u5c31\u53ef\u80fd\u4f7f\u94bb\u6746\u67f1\u53d1\u751f\u7834\u574f\u3002
2.4.1 \u94dd\u5408\u91d1\u94bb\u6746\u67f1\u7684\u6027\u80fd
\u76ee\u524d\u5e02\u573a\u4e0a\u53ef\u4ee5\u5f97\u5230\u7684\u94bb\u6746\u67f1\u6709\u94a2\u94bb\u6746\u67f1\u548c\u94dd\u5408\u91d1\u94bb\u6746\u67f1\u3002\u5982\u679c\u4e0d\u8003\u8651\u6e29\u5ea6\u9650\u5236\u7684\u8bdd\uff0c\u94dd\u5408\u91d1\u94bb\u6746\u67f1\u5177\u6709\u66f4\u5927\u7684\u94bb\u6df1\u80fd\u529b\u3002\u524d\u82cf\u8054\u5728\u65bd\u5de5\u79d1\u5b66\u8d85\u6df1\u4e95\u65f6\u5e7f\u6cdb\u91c7\u7528\u4e86\u94dd\u5408\u91d1\u94bb\u6746\u67f1\uff0c\u88682.14\u662f\u51e0\u79cd\u8d85\u6df1\u4e95\u65bd\u5de5\u5e38\u7528\u7684\u94dd\u5408\u91d1\u94bb\u6746\u6750\u6599\uff0c\u5b83\u4eec\u5177\u6709\u4e0d\u540c\u7684\u673a\u68b0\u6027\u80fd\u548c\u8010\u6e29\u80fd\u529b\uff0c\u65bd\u5de5\u65f6\u53ef\u5206\u522b\u7528\u4e8e\u4e0d\u540c\u7684\u4e95\u6bb5\u3002\u88682.15\u663e\u793a\u4e86\u7531\u8fd9\u4e09\u79cd\u6750\u6599\u7ec4\u6210\u768414500m\u8d85\u6df1\u4e95\u94bb\u6746\u67f1\u3002
\u88682.14 \u7528\u4e8e\u524d\u82cf\u8054\u8d85\u6df1\u4e95\u94bb\u8fdb\u7684\u94dd\u5408\u91d1\u6750\u6599
\u88682.15 \u524d\u82cf\u805414500m\u8d85\u6df1\u4e95\u94dd\u5408\u91d1\u94bb\u6746\u67f1\u8bbe\u8ba1
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1\uff09\u964d\u4f4e\u5bf9\u94bb\u673a\u8d1f\u8377\u7684\u8981\u6c42\u3002\u53cd\u4e4b\uff0c\u5f53\u94bb\u673a\u8d1f\u8377\u4e00\u5b9a\u65f6\uff0c\u53ef\u8fbe\u7684\u94bb\u5b54\u6df1\u5ea6\u66f4\u5927\uff0c\u76f8\u5f53\u4e8e\u52a0\u5927\u4e86\u94bb\u673a\u80fd\u529b\u3002\u4f8b\u5982\uff0c\u524d\u82cf\u8054\u7528\u94dd\u5408\u91d1\u94bb\u67f1\u65bd\u5de515000m\u8d85\u6df1\u4e95\uff0c\u91c7\u7528\u7684\u94bb\u673a\u5927\u94a9\u8d1f\u8377\u4e3a4000\uff5e5000kN\uff1b\u800c\u5fb7\u56fd\u8bbe\u8ba1\u7528\u94a2\u94bb\u67f1\u65bd\u5de5\u768412000m\u8d85\u6df1\u4e95\u65f6\uff0c\u91c7\u7528\u7684\u6700\u5927\u5927\u94a9\u8d1f\u8377\u4e3a8000kN\u3002\u8fd9\u662f\u56e0\u4e3a\u94dd\u5408\u91d1\u6750\u6599\u7684\u5bc6\u5ea6\u6bd4\u94a2\u7684\u5c0f\u5f97\u591a\uff0c\u7528\u4e8e8.5in\uff08215.9mm\uff09\u53e3\u5f84\u7684\u8d85\u6df1\u4e95\u94dd\u5408\u91d1\u94bb\u6746\uff08\u5e26\u94a2\u63a5\u5934\uff09\u6bd4\u94a2\u94bb\u67f1\u6709\u66f4\u5927\u7684\u94bb\u6df1\u80fd\u529b\u3002\u94dd\u5408\u91d1\u7684\u5bc6\u5ea6\u4e3a2.8t/m3\uff0c\u94a2\u7684\u5bc6\u5ea6\u4e3a7.8t/m3\u3002\u5373\u4f7f\u5e26\u94a2\u63a5\u5934\u7684\u94dd\u5408\u91d1\u94bb\u6746\u4e5f\u6bd4\u94a2\u94bb\u6746\u8f7b\u5f97\u591a\uff0c\u94bb\u67f1\u4e2d\u7531\u5176\u81ea\u91cd\u4ea7\u751f\u7684\u5e94\u529b\u6bd4\u94a2\u94bb\u67f1\u4e2d\u7684\u4e5f\u5c0f\u5f97\u591a\u3002\u6240\u4ee5\u5c3d\u7ba1\u94dd\u5408\u91d1\u7684\u5c48\u670d\u5f3a\u5ea6\u6bd4\u94a2\u7684\u8981\u4f4e\uff0c\u4f46\u94dd\u5408\u91d1\u94bb\u67f1\u6bd4\u94a2\u94bb\u67f1\u663e\u793a\u51fa\u66f4\u5f3a\u7684\u94bb\u6df1\u6f5c\u529b\u3002\u76ee\u524d\uff0c\u4e16\u754c\u4e0a\u5927\u76f4\u5f84\u548c\u5c0f\u76f4\u5f84\u94bb\u5b54\u7684\u6df1\u5ea6\u8bb0\u5f55\u90fd\u662f\u94dd\u5408\u91d1\u94bb\u67f1\u521b\u9020\u7684\u3002\u524d\u8005\u662f\u6df1\u5ea612262m\u7684\u79d1\u62c9\u8d85\u6df1\u4e95\uff0c\u94bb\u5b54\u76f4\u5f848.5in\uff1b\u540e\u8005\u662f\u6df1\u5ea65422m\u7684\u5357\u975e\u91d1\u77ff\u52d8\u63a2\u5b54\uff0c\u7ec8\u5b54\u76f4\u5f84\u4e3a80mm\u3002
2\uff09\u53ef\u52a0\u901f\u8d77\u4e0b\u94bb\u8fc7\u7a0b\u3002\u8bd5\u9a8c\u7ed3\u679c\u8868\u660e\uff0c\u91c7\u7528\u94dd\u5408\u91d1\u94bb\u67f1\u6bd4\u94a2\u94bb\u67f1\uff0c\u53ef\u8282\u7701\u8d77\u94bb\u65f6\u95f435%\u3001\u8282\u7701\u4e0b\u94bb\u65f6\u95f417%\u3002
3\uff09\u94dd\u5408\u91d1\u94bb\u67f1\u5bf9\u5957\u7ba1\u7684\u78e8\u635f\u6bd4\u94a2\u94bb\u67f1\u8f7b\u3002
4\uff09\u94dd\u5408\u91d1\u94bb\u67f1\u8868\u9762\u7684\u6db2\u4f53\u963b\u529b\u7cfb\u6570\u6bd4\u94a2\u94bb\u67f1\u7684\u4f4e15%\uff5e20%\uff0c\u56e0\u6b64\u53ef\u51cf\u5c11\u94bb\u67f1\u90e8\u5206\u7684\u6d41\u4f53\u538b\u529b\u635f\u5931\u3002
5\uff09\u94a2\u8d28\u94bb\u67f1\u5728\u542b\u786b\u5316\u6c22\u7684\u4ecb\u8d28\u4e2d\u6781\u6613\u53d7\u8150\u8680\u635f\u574f\u3002\u94dd\u5408\u91d1\u6750\u6599\u5bf9\u786b\u5316\u6c22\u4e0d\u654f\u611f\uff0c\u5728\u6b64\u6761\u4ef6\u4e0b\u7528\u94dd\u5408\u91d1\u94bb\u67f1\u66f4\u4e3a\u9002\u5b9c\u3002
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2.4.2 \u94a2\u94bb\u6746\u6746\u67f1\u7684\u6027\u80fd
\u5fb7\u56fdKTB\u4e3b\u5b54\u7684\u8bbe\u8ba1\u5b54\u6df1\u662f12000m\uff0c\u5b9e\u9645\u4e0a\u4ee59101m\u7684\u6df1\u5ea6\u5b8c\u94bb\u3002\u8be5\u4e95\u65bd\u5de5\u91c7\u7528\u94a2\u94bb\u6746\uff0c\u94a2\u7ea7\u4e3aU160\uff0c\u662f\u5df2\u77e5\u5f3a\u5ea6\u6700\u9ad8\u7684\u94bb\u6746\u94a2\u7ea7\u3002KTB\u4e3b\u5b54\u7684\u94bb\u6746\u67f1\u8bbe\u8ba1\u89c1\u88682.16\u3002
\u88682.16 KTB\u4e3b\u5b54\u94bb\u6746\u67f1\u8bbe\u8ba1
\u76ee\u524d\u6211\u56fd\u5df2\u80fd\u751f\u4ea7\u94a2\u7ea7\u4e3aV150\u7684\u77f3\u6cb9\u94bb\u6746\uff0c\u5176\u4e3b\u8981\u6280\u672f\u53c2\u6570\u89c1\u88682.17\u3002
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2.4.3 \u94bb\u6746\u67f1\u65b9\u6848\u8bbe\u8ba1
13000m\u8d85\u6df1\u4e95\u94a2\u94bb\u6746\u67f1\u8bbe\u8ba1\u89c1\u88682.18\u3002
\u88682.18 13000m\u8d85\u6df1\u4e95\u94a2\u94bb\u6746\u67f1\u8bbe\u8ba1
\u56fd\u91d1\u91d1\u5c5e\u5c31\u662f\u505a\u5730\u8d28\u94bb\u6746\uff0c\u5e38\u7528\u6750\u8d28 R780 DZ40 \u3002\u8fd9\u4e9b\u89c4\u683c\u7684\u53c2\u6570\u90fd\u6709\uff0c\u4f46\u662f\u4e0d\u80fd\u7ed9\u3002\u4e00\u822c\u53ea\u7ed9\u5408\u4f5c\u7684\u5ba2\u6237\u54e6
钻杆柱是钻探施工中非常关键的一个环节，对于超深井钻进施工更是如此。钻杆柱在钻进中要承受拉伸、扭矩、振动、摩擦引起的附加阻力和温度等多项载荷的复合作用，工作条件十分恶劣。当钻井超过某一深度后，单是钻杆柱的自重就可能使钻杆柱发生破坏。可能用于科学超深井的钻杆柱有两种，即铝合金钻杆柱和钢钻杆柱。
3.4.1 铝合金钻杆柱的性能
如果不考虑温度限制的话，铝合金钻杆柱比钢钻杆柱具有更大的钻深能力。前苏联在施工科学超深井时广泛采用了铝合金钻杆柱，表3.8是几种超深井施工常用的铝合金钻杆材料，它们具有不同的机械性能和耐温能力，施工时可分别用于不同的井段。
表3.8 科拉超深井用铝合金材料
与通常采用的钢质钻柱相比，采用铝合金钻柱钻井有一系列优点，主要优点如下：
1）降低对钻机负荷的要求。反之，当钻机负荷一定时，可达的钻孔深度更大，相当于加大了钻机能力。例如，前苏联用铝合金钻柱施工15000m超深井，采用的钻机大钩负荷为4000～5000kN；而德国设计用钢钻柱施工的12000m超深井时，采用的最大大钩负荷为8000kN。这是因为铝合金材料的密度比钢的密度小得多，用于8.5in（215.9mm）口径的超深井铝合金钻杆（带钢接头）比钢钻柱有更大的钻深能力。铝合金的密度为2.8t/m3，钢的密度为7.8t/m3。即使带钢接头的铝合金钻杆也比钢钻杆轻得多，钻柱中由其自重产生的应力比钢钻柱中的也小得多。所以尽管铝合金的屈服强度比钢的要低，但铝合金钻柱比钢钻柱显示出更强的钻深潜力。目前，世界上大直径和小直径钻孔的深度记录都是铝合金钻柱创造的。前者是深度12262m的科拉超深井，钻孔直径8.5in；后者是深度5422m的南非金矿勘探孔，终孔直径为80mm。
2）可加速起下钻过程。试验结果表明，采用铝合金钻柱比钢钻柱，可节省起钻时间35%、节省下钻时间17%。
3）铝合金钻柱对套管的磨损比钢钻柱轻。
4）铝合金钻柱表面的液体阻力系数比钢钻柱的低15%～20%，因此可减少钻柱部分的流体压力损失。
5）钢质钻柱在含硫化氢的介质中极易受腐蚀损坏。铝合金材料对硫化氢不敏感，在此条件下用铝合金钻柱更为适宜。
然而，铝合金钻杆的使用具有一定的局限性。现有的铝合金钻杆可承受的最高温度是200℃，相当于7000m井深。超过此温度后，铝合金的强度迅速降低。因此现有的铝合金材料不能满足13000m超深井（最高井底温度350℃左右）钻进施工的要求。
3.4.2 钢钻杆柱的性能
德国KTB主孔的设计井深是12000m，实际上以9101m的深度完钻。该井施工采用钢钻杆，钢级为U160，是当时强度最高的钻杆钢级。KTB主孔的钻杆柱设计见表3.9。
表3.9 KTB主孔钻杆柱设计
国内的超深井钻杆柱研发工作的进展如下：宝钢、渤海能克等公司组织相关技术人员克服设备问题和工艺难题，进行了多次的热处理工艺试验后，钻杆性能参数已经达到了 V-150 钢级的要求，钻杆研发获得成功，填补了国内空白。同时，渤海能克公司的U170钻杆项目也处于前期的项目开发阶段；宝钢也研制出BGDS高抗扭接头，其采用双台肩设计，可与API接头互换使用，且强度比API接头提高30%左右，又要用于定向井、水平井、深井、超深井等苛刻井的钻探施工。相关技术参数见表3.10至表3.12。
表3.10 V-150钢级钻杆性能参数
表3.11 U-170钢级钻杆预研指标
表3.12 非标钻杆接头性能指标
3.4.3 13000m超深井钻杆柱方案
由理论计算可知，单一尺寸钻柱的许下深度是有限的，往往不能满足深井和超深井的要求。要使钻柱有更大的许下深度，可对上部和下部钻柱采取不同规格、（上大下小）、不同壁厚（上厚下薄）和不同钢级（上高下低）的措施，形成复合钻柱，以减轻钻柱的总重量。复合钻柱结构比起单一规格尺寸的钻柱来说优点众多，其既能满足强度要求，又能减轻整个钻柱重量，也可在现有钻机负荷能力下钻达更大的井深。作用于钻柱上的力较为复杂，如拉力、压力、弯曲力矩、扭矩等，但其中经常作用且数值较大的力为拉力。因此，在组合钻柱设计中，应以拉伸计算为主，再通过一定的设计安全系数来考虑起下钻时的动载荷以及其他应力的作用。
复合钻柱由数段组成，每段钻柱长度按以下原则确定：
（1）钻铤长度的确定
一般的钻柱是由钻铤柱和上部钻柱两部分组成。在确定各段钻柱长度之前，要先确定钻铤柱的长度，其原则是中和点位于钻铤柱内，可用下式计算：
科学超深井钻探技术方案预研究成果报告
式中：Lc为钻铤的长度，m；Pmax为最大钻压，N；Sn为安全系数；qc为钻铤空气中单位长度的重量，N/m；Kf为浮力系数。
（2）各段钻杆长度的确定
各段钻柱长度应自下而上地进行确定。钻铤上面第一段钻柱的最大长度L1可由下式确定：
科学超深井钻探技术方案预研究成果报告
式中：L1为第一段钻柱的最大长度，m；Pa1为第一段钻柱的最大允许静拉负荷，N；q1为第一段钻杆的每米重量，N/m；α为质量增加系数。
对于复合钻柱，每种钻杆都有其最大设计长度，那么第二段、第三段、第四段的长度可按下式计算：
科学超深井钻探技术方案预研究成果报告
式中：Pa2，Pa3，Pa4分别为第二、三、四段钻柱的最大允许静拉负荷，N；q2，q3，q4分别为第二、三、四段钻柱的每米重量，N/m；α为考虑连接件后钻杆质量增加的系数，对接头连接α=1.05，对接箍α=1.1。
（3）13000m科学超深井复合钻柱的设计
假设最深井段的钻井参数为：井深13000m；钻井液密度1.50g/cm3；钻头尺寸215.9mm；最大钻压200kN；钻柱组合为：Ф158.8mm钻铤+Ф127.0mm（或Ф139.7mm）钢钻杆+Ф152.4mm方钻杆。采用V150钢级时，设计的塔式钻柱组合见表3.13。采用U170钢级时，设计的塔式钻柱组合见表3.14。
表3.13 使用V150材料时的13000m钻柱方案
表3.14 使用U170材料时的13000m钻柱方案
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