定向钻穿越专用钻杆的研制与开发.pdf

《定向钻穿越专用钻杆的研制与开发.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第11期．5一定向钻穿越专用钻杆的研制与开发陈长青，钱强，刘聪，姜荣凯，张文江，纪鹏蕊，陈静(渤海石油装备制造有限公司，河北沧州062658)[摘要]本文研究了定向钻穿越施工的工况，分析了穿越施工对钻杆高强度、高抗拉、高韧性的特殊要求，制定了研制规格在中168．3mm及vX．L、钢级达至qVl50、UHl65超高强度等钻杆研究思路，通过开发高强度钻杆管体材料，采用循环式真空炉进行接头热处理，配合具有专利技术的焊缝热处理技术，开发出了能够满足穿越施工的高强度、大规格等系列钻杆，尤其是六寸五V150钢级钻杆在管道局穿越分公司使用下，多次创造了管径、长度等

2、方面的穿越施工世界纪录。[关键词]定向钻；穿越；钻杆；研发对石油和天然气等能源，采用管道运输具有成本低、安全、节能等优势。穿越施工在石油管道建设中运用得越来越频繁，有关专家对穿越施工中钻杆的使用、受力、寿命O-6]等均进行了研究，这些对穿越用钻杆的研制提供了帮助。穿越施工离不开钻杆，也离不开定向钻机，钻杆的选型对钻机至关重要。国内某公司生产的HY-9800型水平定向钻机具有240000Nm的扭矩，1000t的回拖力。应用于博爱一郑州一薛店天然气管道郑州黄河定向钻穿越工程，穿越管道长度2621．76m，管径610mm，壁厚12．5mm，穿越曲线所经地层

3、主要为中砂层。大型水平定向钻机设备为长距离、大口径管道定向钻穿越施工提供了钻井和回拖作业的保障，穿越施工多采用石油钻杆，国内开发的专门用于穿越施工的钻杆较少。渤海石油装备制造有限公司第一机械厂专门从事钻杆制造，近年来开发了超高强度、大规格、厚壁的穿越专用钻杆，其中V150钢级钻杆助力管道局穿越分公司多次创造了穿越管径、长度等方面的世界纪录。本文主要对穿越专用的钻杆进行分析。1定向钻穿越施工对钻杆的要求定向钻穿越施工中钻杆的受力比较复杂，从国内失效分析的文献中可以看出，对钻杆的抗拉能力、抗扭能力等要求较高，同时不同穿越施工长度需要不同钢级、不同规格的钻

4、杆相匹配，综合国内外研究及工程实际分析，定向钻穿越施工对钻杆主要有以下要求：1．1高抗拉能力穿越钻施工过程中，尤其是回拖作业时，要求回拖一次完成，所需长度的管线必须提前焊接、做好防腐，回拖拉力包含了管道重量、摩擦阻力等。为应对回拖管道在孔洞中遭遇孔壁坍塌导致抱管现象发生，钻杆必须具备一定的抗拉富余量。1．2高抗扭能力穿越钻施工过程中，定向钻机输出扭矩由钻杆传递到钻头或扩孔器，钻杆处于水平位置，转速时快时慢，扭矩的输出极不均匀，这就提高了钻杆的抗扭能力要求。1．3抗疲劳性能导向孔完成，穿越施工进入扩孔阶段后，扩孑L器前后连接的钻杆受到的弯扭力最大，在该

5、部位的钻杆极易发生疲劳断裂。一旦发生失效现象，扩孔器打捞困难，容易造成穿越施工失败。2定向钻穿越专用钻杆研制思路定向钻穿越专用钻杆需要满足高抗拉、高抗扭、抗疲劳等方面的性能要求，高抗拉要求钻杆具有较高的屈服强度、较高的抗拉强度；高抗扭要求钻杆具有合理的外径、壁厚搭配；抗疲劳要求钻杆的冲击韧性要好。为此公司制定了开发高强度一强度在150ksi以上、大规格一规格超过6．5英寸、大壁厚一壁厚10．92mm以上、高韧性一管体冲击功能够满足NS一1标准要求钻杆的研发方向。作者简介：陈长青(1971一)，男，河北武邑人，中国石油大学(华东)毕业，本科，高级工程师

6、。渤海石油装备制造有限公司第一机械厂总工程师。主要从事钻杆、油套管产品生产及开发工作。一6一●论文广场石油和化工设备2016年第19卷3公司技术装备介绍图1管端加厚设备3．1管端墩粗设备引进代表国际最先进技术的日本神户制钢管端加厚机组。同时，国内首家采用锻前管端均热工艺和管端除鳞工艺，并在吸收借鉴世界先进工艺的基础上，开发出具有自身特色的管端加厚工艺。公司产品机械性能好，内外表面光洁度高，拥有较长的内过渡带和较大的过渡圆弧，内过渡带长度Miu_>130mm，内过渡带消失处过渡圆角R_>300mm，大大减小了由内过渡带截面突变引起的应力集中：采用日本中

7、外炉的设备，采用可控气氛保护辊底炉进行，根据工件尺寸制定热处理制度，自动控制炉膛温度、滞炉时间、淬火回火时间，保证工件批量性能均匀，不脱碳、渗碳，变形小。自动布式硬度机100％检查硬度，电脑自动判定，避免了人为误差。图3接头热处理炉3．3钻杆接头热处理炉图4摩擦焊接第11期陈长青等定向钻穿越专用钻杆的研制与开发一7—3．5焊缝热处理设备BHNK在用生产线中频热处理采用的是进口的自动化高周波热炼设备，采用的是世界上最先进的热处理工艺，从升温、保温到冷却全部自动完成，温度控制精确，热影响区小，钻杆焊缝热处理质量处于国内先进水平。4公司穿越专用钻杆研究进展

8、公司为适应穿越施工的技术要求，主要从提高钻杆抗拉能力、提高钻杆安全考虑，从提高钻杆强度，采用厚壁设计、高冲击