铝合金钻杆.doc

1 美国铝合金钻杆1.1 尺寸规范铝合金钻杆还未列入API标准，其尺寸范围及使用性能只能由生产厂家和用户得到。见表1-1。表11 主要尺寸规范（美国雷诺公司产品）公称尺寸mm(in)公称质量kg/m带接头重量kg/m外径mm横截面积mm2壁厚mm加厚部分接头数据内径mm外径mm内径mm外径mm大钳空间，mm母接头公接头88.9(31/2)9.2511.7293.9833071367.9598.4367.47120.65279.4177.8101.6(4)9.7614.41106.68348711.6983.3117.4882.55146.05311.15196.85114.3(41/2)11.6216.01116.84415512.791.4127.7991.28155.58311.15196.85 1.2 机械性能表12 美国铝合金钻杆机械性能通称尺寸mm(in)抗拉屈服强度KN扭转屈服强度Nm抗挤压强度MPa抗内压强度MPa1级88.9(31/2)101.6(4)114.3(41/2)2级88.9(31/2)101.6(4)114.3(41/2)3级88.9(31/2)101.6(4)114.3(41/2)1322.31395.81662.91032.91087.11297.9779.9880.6992.126886319704474216744215582813314168190492345684.969.369.063.850.750.256.545.344.096.976.576.079.461.661.269.553.453.02 俄罗斯铝合金钻杆改进的性能可靠的高强度铝合金钻杆目前由AQUATIC COMPANY公司的设备生产，这些钻具被有效的用于深井及定向井施工中。已运用的铝合金钻杆有三种轻质合金钻杆：常用合金钻杆合金D16T高强度、耐腐蚀合金1953T1特殊耐热合金AK4-1T1以上三种合金的基本物理机械性见表1-3。表13 俄罗斯铝合金物理机械性能序号性能单位AlloyD16TAlloy1953T1AlloyAK4-1 T1屈服强度（不小于）mPa3304803502最大强度（不小于）mPa4505404103硬度120120-1301304伸长率%10-117-811-125截面积减小率%18-2014-1524-266密度G/cm32.82.82.87弹性模量mPa1050.720.700.73注：AK4-1T1合金钻杆只根据需要生产。且其强度性能与D16T合金钻杆相似，所以AK4-1T1性能未做进一步介绍。2.1 俄罗斯铝合金钻杆几何性能俄罗斯铝合金钻杆有内加厚钻杆（图1-1）和具有相同过流面积的外加厚钻杆（图1-2）两种。 图2-1 图2-2 表 1-4和表1-5为俄罗斯内外加厚和外加厚铝合金钻杆的几何性能。表1-4序号性能单位ADP14711ADP14713ADP147151钻杆长mm12400.5012400.5012400.502壁厚：本体（G）加厚部分（H）mm111713301523.53加厚部分长度：母接头端公接头端mm1300250130025013002504名义直径：外径（A）本体外径（B）加厚部分（F）mm1471251131471211071471171135接头尺寸：外径（C）内径（D）母接箍长（K）公接头长（M）mm172，178105，110350220172，178105，110350220172，178105，1103502206管体和接头在空气中的重量kg204.6230.6256.77接头类型ZLK-178，172ZLK-178，172ZLK-178，1728接头丝扣类型5 1/2FH5 1/2FH5 1/2FH9000mm钻杆是按要求生产的外加厚钻杆（见图1-2）：表1-5序号性能单位ADP13113ADP1649ADP168111钻杆长mm9000900090002壁厚：本体（G）加厚部分（H）mm132192011203加厚部分长度：母接头端公接头端mm1400250140025014002504名义直径：外径（A）本体外径（B）加厚部分（F）mm1311051461641461861681461865接头尺寸：外径（C）内径（D）母接箍长（K）公接头长（M）mm178（172）1053502201951463202202031313202206管体和接头在空气中的重量kg188.0170.0210.07接头类型ZLK-178，172ZLK-195ZLK-3038接头丝扣类型5 1/2FH（NC50）MK-175（RS）6 5/8FH2.2 表1-6、表1-7为俄罗斯D16T和1953T1铝合金钻杆内加厚和外加厚性能：表1-6 D16T铝合金钻杆强度性能序号性能ADP14711ADP14713ADP14715ADP13113ADP1649ADP168111最大抗拉强度 KN1290146015001950173020301493175013581607167919642最大抗扭强度KNm40.948.746.455.252.361.551.061.044.052.056.066.03最大抗外挤强度MPa24.032.039.034.022.026.04最大抗内压强度MPa33.039.043.038.029.035.0表1-7 1953T1铝合金钻杆强度性能序号性能ADP14711ADP14713ADP14715ADP13113ADP1649ADP168111最大抗拉强度 KN1560203018002340207624362090245019002250235027502最大抗扭强度KNm49.059.055.666.262.873.872.085.061.072.078.092.03最大抗外挤强度MPa36.048.058.535.026.033.04最大抗内压强度MPa49.558.564.553.040.049.03 铝合金钻杆与钢钻杆的比较3.1 硬度比较铝合金的标准布氏硬度是135，E级钢钻杆的布氏硬度是200，所以铝合金钻杆容易产生刻痕，擦伤与凹痕等。钻井时更易受井壁上的坚硬物的刮削，钻井液中的尖角钢颗粒会楔入铝合金钻杆体而产生疲劳破坏源，所以应经常用磁性装置清除钻井液中钢质颗粒。由于钻井液中研磨性颗粒的存在，还容易使橡胶护箍的上面与下面产生侵蚀。3.2 弹性比较铝的弹性模数是7.31104MPa，比钢小，这就使铝有较大的柔性和较大的拉伸度，这给操作带来麻烦。如同时吊起几根铝合金钻杆要用双套绳，用隔棒隔开3m左右，或用与钢丝绳相连有橡胶包裹的两个钩子钩在同一钻杆的两端起吊一根，以防绳套改变位置。由于铝合金钻杆延伸率较大，需要用较长的方钻杆。与钢钻杆伸长不同，受钻井浮力影响较大，所以上提卡钻的钻柱或铝合金钻杆下边带有钢钻柱或衬管时，必须仔细计算。旋转时，下边卡住，在同样的扭矩下，转的圈数也多。有利的一面是铝合金钻杆柔性好使其具有良好的抗疲劳性能，在易斜和易弯曲的井中，在弯曲而又旋转的情况下是有利的。由于弹性好，有吸收振动的好处，在弯曲情况下，抗磨损寿命较短。3.3 耐温与抗腐蚀比较铝的抗拉屈服强度与韧性随温度的升高而降低。在135时，屈服强度是室温的88，若铝合金钻杆承受持续高温，就不要使其处于紧张的受力状态下。铝合金钻杆在PH值610.5的钻井液中，有很好的抗腐蚀性。在高转速、高温及研磨的条件下，高的PH值会加快管子的磨损，但在酸性介质里，铝合金钻杆可以工作得很好。特别是比钢钻杆抗H2S的能力强。3.4 钢钻杆和铝合金钻杆性能对照表1-8 抗扭屈服强度抗扭屈服强度外径（mm）壁厚（mm）钢钻杆外径（mm）壁厚（mm）铝合金钻杆EXGSD16T1953T1127.07.5247513601836651985524147.0内加厚1144300654009.1955185706987814010046613502007420012.70708518974499190127531155560075200139.77.72597567569083658107560外加厚1311338600570009.176875487088962551237561649520007200010.547670497158107386138067168115950087900表1-9 抗拉屈服强度抗拉屈服强度外径（mm）壁厚（mm）钢钻杆外径（mm）壁厚（mm）铝合金钻杆EXGSD16T1953T1127.07.521459184820432627147.0内加厚11152722569.191760222924643167131779262712.7023582987330142451520222986139.77.721656209723182980外加厚13113156623139.17194424632722350016491607225010.5422122802309639811681117632604表1-10 抗挤强度抗挤强度外径（mm）壁厚（mm）钢钻杆外径（mm）壁厚（mm）铝合金钻杆EXGSD16T1953T1127.07.5247.855.959.467.8147.0内加厚1131.438.99.1968.782.989.6108.11341.754.612.7093.1117.9130.3167.51551.470.0139.77.7241.647.950.455.8外加厚1311349.466.99.1758.069.174.187.4164922.033.010.5472.189.296.6117.41681124.328.7表1-11 抗内压强度抗内压强度外径（mm）壁厚（mm）钢钻杆外径（mm）壁厚（mm）铝合金钻杆EXGSD16T1953T1127.07.5253.667.975.096.4147.0内加厚1134.150.39.1965.583.091.7117.91340.259.412.7090.5114.6126.7162.91546.468.6139.77.7250.063.470.090.0外加厚1311345.166.79.1759.475.283.2106.9164929.040.010.5468.386.595.6122.91681129.84