新型钻杆的开发与应用——系列特殊钻杆的研制与应用

中原管具公司

二 0 一三年八月

汇报内容

一、目前钻井工程对钻具的要求

二、新产品的开发及性能特点

三、现场应用及效果

四、中原管具钻杆生产能力

随着勘探领域的不断扩大，深井、超深井不断增多；

井下地质形态越来越复杂，工程技术要求越来越高，井

眼条件越来越苛刻，小井眼、大斜度、水平井日益增多；

钻具需要有较高的抗拉、抗扭强度和高抗疲劳强度；其

次，钻井的水力学参数越来越突出——钻杆内沿程压耗

大与钻头水马力过小的矛盾日益实出。

一、目前钻井工程对钻具的要求

钻具需要足够的抗拉和抗扭强度。超过 6000米以上的超深井

，钻杆应满足井下复杂时造成的抗拉和抗扭强度。

能够满足钻深与钻机负荷的要求。

钻具应具有良好的抗疲劳性，具有较长的使用寿命。

钻杆接头在满足抗拉和抗扭强度的基础上，外径尽可能小，水

眼尽可能大，以解决泵压高、排量小的难题。

钻杆选型原则：

一、目前钻井工程对钻具的要求

研制系列的非 API标准钻杆来满足钻井的安全生产和提速提效。通过水力学计算，和抗拉抗扭强度等确定最优的钻杆管体、接头及水眼的参数。根据以上参数设计出钻杆管体、接头螺纹和焊接工艺，制造 2 － 7/8〞、 3-1/8〞、 4〞、 5-

1/2〞、 6〞等系列化非 API钻具，达到机械强度和水力参数最优，以适应各种非常规钻井和特殊钻井工艺的实施，为钻井的安全生产和提速提效提供保障。

一、目前钻井工程对钻具的要求

汇报内容

一、目前钻井工程对钻具的要求

二、新产品的开发及性能特点

三、现场应用及效果

四、中原管具钻杆生产能力

非标钻杆的种类及适用范围

二、钻杆新产品的开发及性能特点

种 类 规 格 接头外径mm

接头内径mm

扣 型 备 注

5-1/2"开窗侧钻

2-7/8"G105 95 50.8 NT29 已应用

3-1/8"G105 98 52 NT38 已应用

6"小井眼 4"G105 127 65.1 NT39 已应用

深井超深井

5"S135 172 88.9 NT52

5-1/2"G105 178 101.6 NT54

5-1/2"S105 178 88.9 DS55 已应用

6"G105 184 108 NT57

规格接头 管体

外径mm

内径mm

螺纹 抗拉强度 KN

抗扭强度 N.m

外径 mm壁厚mm

抗拉 KN 抗扭 N.m

2-7/8〞 G10

5

104.8

50.8 NC31 2205.1 17890.0

73.0 9.19 1335.021932 .

0 　95.0 52.0 NT29

1643.5

32500.0

3-1/8〞 G10

598.0 61.9 NT38

1500.8

52753.0 80.0 9.19 1468.5

　 24125.0

3-1/2〞 G10

5

127.0

61.9 NC38 2887.6

27558 88.9 9.35 1530.0 31859.0

4〞 G105

139.7

61.9 NC40 3990.7 40829

101.6 8.38 1777.1 44204.0 127.0

65.1 NT39 3450.8 56809.0

5〞 S135

168.0

69.9 NC50 6905.0 85980.0

127.0 9.19 3169.0100480.

0172.0

88.9 NT52 6431.0 83900.0

5-1/2〞 S13

5

190.5

76.2 5-1/2IF

8565.0 118187.

0 139.7 10.54 3981.0

138067.0 177.

8 88.9 DS54 5535.8 98974.7

5-1/2〞G105

184.2

88.95-1/2IF

7202.7 98274

139.7 10.54 3099.2 107191.

0 177.8

101.6

NT54 5530.0 104700

6〞 G105184.

0108.0

NT57 5800.0 138000.

0 152.4 10.54 3500.0

130000.0

系列非标钻杆性能参数二、钻杆新产品的开发及性能特点

管体钢级

管体规格mm

管体抗扭强度 (Nm)

管体抗拉强度 (t)

接头钢级

外径mm

内径mm

接头抗拉强度 (t)

接头抗扭强度 (Nm)

105152.4×10.54

130000 350 110 184.2 108 580 138000

6 吋钻杆整体结构设计 考虑抗硫接头与管体的抗扭性能相匹配，且满足钻井井身结构要求和良好的水力性能，通过有限元分析，创新设计了双台肩高抗扭接头，其抗扭强度是同尺寸API钻杆接头的 2倍。 设计的新型接头螺纹，有效减小了齿底应力集中，疲劳寿命增加了 1.5倍。 专利正在申请中。

管体与接头设计表

二、钻杆新产品的开发及性能特点

非标钻杆设计——接头及螺纹设计二、钻杆新产品的开发及性能特点

接头外径；内径；长度；螺纹联接结构；螺纹牙型；螺纹锥度；接头与管体强度的匹配。

DS

NT

高抗扭接头的类型

DS高抗扭钻杆接头

NT高抗扭钻杆接头

二、钻杆新产品的开发及性能特点

副台肩主台肩

图 1 双台肩钻杆接头示意图

在 API标准接头外螺纹小端和内螺纹各增加一个台肩，即形

成双台肩钻杆接头结构。由于增加了一个台肩，使得其工作原理

发生了一定的改变。

DS高抗扭钻杆接头二、钻杆新产品的开发及性能特点

由于双台肩钻杆接头工作原理的变化，使得它比常规的或 API标准接头具有更高的抗扭强度。大内径的双台肩钻杆接头可以提高水力效率、增强结构的整体性能、提高钻进速度、减少钻杆水蚀产生的疲劳断裂和井下故障。

DS双台肩钻杆接头不仅提高了接头的抗扭强度，再且可以与相应的 API工具接头进行互换。

DS高抗扭钻杆接头

二、钻杆新产品的开发及性能特点

DS 与 API扣型互换表序号 DS 扣型 API 扣型

1 DS26 NC26

2 DS31 NC31

3 DS38 NC38

4 DS40 NC40

5 DS46 NC46

6 DS50 NC50

7 DS55 5-1/2FH

8 DS65 6-5/8REG

DS高抗扭钻杆接头

二、钻杆新产品的开发及性能特点

DS高抗扭钻杆接头

二、钻杆新产品的开发及性能特点

DS与 API工具接头抗扭强度对比表

DS高抗扭钻杆接头

DS与 API 工具接头抗扭强度对比表 ( 单位 : 英尺 . 磅 )

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

NC38 NC40 NC50 5-1/2FH

APIDS

二、钻杆新产品的开发及性能特点

NT高抗扭钻杆接头

双台肩螺纹联接结构；

螺纹锥度更小；

接头外径较小；

接头内径更大；

抗扭强度更高；

与 API接头不能互换。

二、钻杆新产品的开发及性能特点

钻杆接头抗扭强度对比表

NT高抗扭钻杆接头

127X61.9 168X88.9

NC38DS38NT39

NC50DS50NT52

二、钻杆新产品的开发及性能特点

4“NT39钻杆

6"井眼中 3-1/2 " API钻杆和 4 " NT39钻杆循环压耗对比

二、钻杆新产品的开发及性能特点

主要参数 88.9x9.35S135NC38101.6x8.38S135NT38

7"套管下深 m 3000 3000

钻井液主要性能 1.3sg*PV25*YP10 1.3sg*PV25*YP10

排量 (L/S) 14 14

钻具内及环空压耗(Mpa)

12.18 6.88

3-1/2”S135与 4S135NT38水力性能对比表

二、钻杆新产品的开发及性能特点

主要参数 88.9x9.35S135NC38101.6x8.38S135NT38

7"套管下深 m 4200 4200

钻井液主要性能 1.3sg*PV25*YP10 1.3sg*PV25*YP10

排量 (L/S) 16 16

钻具内及环空压耗(Mpa)

34.76 22.55

3-1/2”S135与 4S135NT38水力性能对比表

二、钻杆新产品的开发及性能特点

主要参数 127x9.19S135NC50

139.7x19.17S135FH55

5-1/2"x9.17S135NT55

13-3/8"套管下深 m2995

2995 2995

钻井液主要性能 1.5sg*PV25*YP10 1.5sg*PV25*YP10 1.5sg*PV25*YP10

排量 (L/S) 45 45 45

钻具内及环空压耗(Mpa)

43.5 30.6 27.0

5”S135NC50 、 5-1/2”S135FH55 、 5-1/2”S135NT55水力性能对比表

二、钻杆新产品的开发及性能特点

•计算参考：井眼 311.15，井深 2000米，泥浆密度： 1.95，粘度 80S，泥浆泵排量 50L/s。

序号

规格（ mm ）

钢级 接头形式 壁厚(mm)

水力压耗MPa

备注

1 127 G 6-5/8×3-1/4×NC50 9.19 17.8 API

2 139.7 S 7-1/2×3×API 5-1/2FH 10.54 13.9 API

3 139.7 G 7-1/4×3-1/2×API 5-1/2FH 10.54 11.7 API

5 139.7 G 7×3-1/2×DS55 10.54 11.7 非标6 139.7 G 7×4×NT54 10.54 11.1 非标7 152.4 G 7-1/4×4-1/4×NT57 10.54 7.1 非标

8 168 S 8-1/2×4-1/4×6-5/8FH 9.19 3.9 API

9 168 G 8-1/2×4-3/4×6-5/8FH 9.19 3.6 API

二、钻杆新产品的开发及性能特点深井用钻杆水力参数对比

腐蚀疲劳裂纹容易发生处

非标钻杆设计——管体及加厚区二、钻杆新产品的开发及性能特点

25

内加厚部位技术要求：平滑过渡、过渡带长度

≥ 130mm、圆弧半径 R≥300mm时应力集中最小，可以有效

地降低因管端加厚处壁厚变化造成过大的应力集中，减少该

部位刺穿、断裂，从而延长钻杆疲劳寿命。

二、钻杆新产品的开发及性能特点

26

二、钻杆新产品的开发及性能特点

27

二、钻杆新产品的开发及性能特点

超高韧钻杆钻杆开发

二、钻杆新产品的开发及性能特点

超高强度钻杆钻杆开发—— TP150D钻杆

二、钻杆新产品的开发及性能特点

超高强度钻杆钻杆开发—— TP165D钻杆

二、钻杆新产品的开发及性能特点

汇报内容

一、目前钻井工程对钻具的要求

二、新产品的开发及性能特点

三、现场应用及效果

四、中原管具钻杆生产能力

为满足新型钻井工艺已经开拓市场的需要，管具公司目前主要开发出了 2-7/8″小接头钻杆、 3-1/8 ″直联性钻杆、 4 ″小接头钻杆及 5-1/2 ″大水眼钻杆。

三、现场应用与效果

Ф73直连型钻杆可进行正常钻井和钻水泥塞施工。

序号 单位 井队号 井号 送井日期 回收日期 完钻井深（米）

1 钻井四公司 40756胡 5-侧118

09.6.17 09.7.5 2270

2 钻井一公司 40596文 234-

侧 809.9.6 09.10.4 2670

3 钻井二公司 45722文 72-422

09.9.7 09.9.27 4064

4 钻井三公司 50605文 51-平

209.10.3 09.10.9 2750

5 钻井二公司 50718马 26-平

109.10.8

09.10.18

4000

6 钻井三公司 40481卫 79-侧

1509.10.3

009.12.8 3203

7 钻井一公司 40596文 266-

侧 409.11.2

09.12.18

2450

8 钻井二公司 40440文 51-平

309.12.1

309.12.2

32950

三、现场应用与效果钻杆应用 11

钻杆应用 22

序号 单位 井队号 井号 送井日期 回收日期 完钻井深（米）

1 钻井一公司 20518文 33-侧

372011-2-

142011-4-7 3150

2 钻井一公司 30519文 13-侧

3052011-4-

272011-6-2 3700

3 钻井二公司 40608 春 9-侧 282011-6-

122011-7-8 3350

4 钻井四公司 40485 卫 77-侧 42011-7-

192011-8-3 2960

5 钻井二公司 修井 1 队 濮气 6 侧 2011-8-11

2011-9-2 3000

6 钻井三公司 40482文 33-侧

152011-8-

132011-9-

293520

7 钻井一公司 30519 刘 9 侧 2011-8-28

未回收 3785

8 钻井二公司 大修 1 队 濮 1-侧173

2011-9-12

未回收 3050

9 钻井二公司 40597文 90-侧

1522011-10-

292011-12-

132310

10 钻井四公司 45751文 184-侧

132011-11-

04未回收 3300

Φ80特殊钻杆为 5-1/2套管深井侧钻的必要工具。

三、现场应用与效果

27/8″ 和 31/8″ 两种规格的直连型

钻杆，为解决了小井眼深部侧钻井循

环问题压耗高的难题提供了技术支持。

三、现场应用与效果

通过水利学计算，在 6in井眼特殊环境下，使用 4in NT39高抗扭接头钻杆总压耗仅为使用 4in API N40接头钻杆 48.3%；是使用 3-1/2 in API NC38接头钻杆总压耗的 30.3%，降压耗明显。

三、现场应用与效果钻杆应用 334"HT39钻杆的应用

队号 开钻时间 三开 完井时间 完钻进尺 井号 井别50722

2012.5.52012.7.

182012.9.19 4988

长深 D 平 19井 评价井

50737

2012.8.30201.12.

42013.1.14 4765 腰登 2HF井 评价井

50722

2012.11.102013.1.

2 　 2013.1.21 3271 红平 62井 水平井50737

2013.2.192013.5.

272013.7.3 4923 腰 D7HF井 水平井

40607

2013.5.102013.6.

162013.8.2 4335

伊 39平 4井 水平井

三、现场应用与效果

139.7mm双台肩钻杆内径 89mm，相较常规钻具 76mm内径，有效降低了钻具的循环压耗，在施工中可以采用更大排量进行施工，能更好地保障井下安全。在实钻过程中，排量为 40L/s，立压在20MPa，相比同类型井眼使用常规钻具立压低 3MPa左右。双台肩设计使的应力分布更均衡，在扣的两端都能分担载荷，由于降低了应力集中，提高了抗疲劳性，可延长了其使用寿命。

中原塔里木 70801钻井队顺南 4 井在三开钻进过程中使用139.7mm双台肩钻杆自 3700m钻进至 6300m，在实际施工中与常规钻具相比较存在以下优点：

钻杆应用 445-1/2" DS54钻杆钻杆的应用

成本较高

维修难度大

使用寿命较短

管理难度大

非标钻杆在使用中存在的问题

三、现场应用与效果

汇报内容

一、目前钻井工程对钻具的要求

二、新产品的开发及性能特点

三、现场应用及效果

四、中原管具钻杆生产能力

2011年，经集团公司立项，与美国 IFW公司联合研制了 HIWC160t惯性摩擦焊机，建立了一条技术先进、工艺完善的钻杆摩擦焊生产线，可生产23/8″～ 51/2″范围的 API标准钻杆 , 及 31/8″、 4″等非标钻杆，年生产能力达 3 万吨。

四、中原管具钻杆生产能力

中原管具公司建立了一支专

门的研发队伍 , 成立了管具技术研

究所，拥有教授级高工 2 名，高级

工程师 5 名，博士生 2 名，工程

师 6 名。培养了一支高技能队伍，

拥有高级技师 6 名，技师 18名，

高技能操作人员 120名。钻杆生产人员组成

2%2% 5% 6%6%

18%61%

教授级高工博士生高级工程师工程师高级技师技师操作工

四、中原管具钻杆生产能力

技术研发力量

四、中原管具钻杆生产能力

钻杆生产工艺流程

为保障钻杆生产质量，建立了企业质量检测中心，中心拥有真空直读光谱仪、微机控制电液伺服液压万能材料试验机、夏比冲击试验机、奥林巴斯金相显微镜和图像分析仪等先进理化试验设备，保证理化性能试验的准确性。

四、中原管具钻杆生产能力

齐全的检测设备

决定钻杆优异品质的关键技术和工艺为：

管体与接头材质优选 管端过渡带加厚技术 钻杆摩擦焊接与热处理质量保证

摩擦焊接 成品检测无损探伤压弯试验性能检测焊区热处理

完善质量保证体系

四、中原管具钻杆生产能力

为提高钻杆生产质量，采用国际质量管理体系，从原料到成品的每一环节均有具体的质量要求和作业指导书，采用先进的检测手段和方法进行严格的控制，确保了质量水平的稳定， 2012年获得美国 API 5DP认证。

四、中原管具钻杆生产能力

自新生产线投产以来，中原管具公司共生产 27/8″ ～ 51/2″规格的钻杆 3 万余根，应用于新疆、西南、陕北、东北、江苏、冀东、内蒙、中原等国内油区，钻井深度最深达到 7245米，完全能够满足国内、国际市场需要。

四、中原管具钻杆生产能力

汇报完毕

谢 谢