《型钻杆材料介绍》PPT课件

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1、钻杆材料简介小组成员：杨伟、刘宝林、刘炜张晗、纪天坤吉林大学建设工程学院2012年4月目录一、钻杆材料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、钻杆安全性理论计算1、拉应力2、剪应力3、弯曲应力4、安全系数四、钻杆的有限元分析三、材料的性能测试试验与方法1、力学性试验2、腐蚀性试验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

2、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。抗硫钻杆铝合金钻杆一、优越性（与常规钢性钻杆）（1）降低对钻机载荷的要求,比钢性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。因此,单位长度的铝合金钻杆质量远低于常规的钢性钻杆,约为钢性钻杆的1/3,对8000m以上的深井,外径139mm,壁厚10.54mm的常规钢钻杆的质量约为300t,而使用铝合金钻杆,钻柱质量约为100t,因此,铝合金钻柱比钢钻柱显示出更强的钻深能力。（2）减少起下钻过程

3、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%。铝合金钻杆（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。通常,铝合金钻柱的磨损较钢钻柱容易。但是,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。同时,由于铝合金钻杆硬度低,耐冲蚀磨损能力差,钻井液中的研磨颗粒在钻杆内高速的循环会导致钻杆内、外壁的磨损。这种磨损在钻杆接头至钻杆的过渡区域尤其严重,而在钢钻杆中较少。铝合金钻杆（4）铝合金钻杆由于硬度低,

4、仅在HB130左右,对H2S腐蚀介质不敏感,而常规的钢钻杆,例如S135钢级钻杆,其硬度在HRC35左右,在含H2S的介质中极易受腐蚀损坏。因此,相对于钢性钻杆,铝合金钻杆对H2S腐蚀介质的抵抗力更高。（5）振动衰减。相对于钢,铝合金具有一个高的吸收和分散弹性振动能量的能力。俄罗斯完成的研究结果显示,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%。铝合金钻杆（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条件下,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

5、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。铝合金钻杆铝合金钻杆二、接头铝合金钻杆有钢制接头铝合金钻杆和全铝合金钻杆2种,如图所示。钢接头铝合金钻杆的接头用钢材制造,杆体与接头采用快速热配装方法实施螺纹连接。钛合金钻杆钛合金钻杆的商业应用是RTI能源和GrantPrideoo多年试验的成果。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

6、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%；（2）钛合金弹性模量为119GPa，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。超高强度钢钻杆一、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,Gra

7、ntPrideco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。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超高强度钢钻杆三、接头超