在油氣田
勘探開(kāi)發(fā)鉆井中，尤其是在深井、大位移井、
水平井、大斜度井中，
鉆桿的磨損嚴(yán)重，給油田帶來(lái)重大損失。鉆具損失是造成鉆井成本增加的一個(gè)重要原因，也是影響安全快速鉆井的關(guān)鍵因素。鉆桿是用于傳遞動(dòng)力、輸送
泥漿的主要工具。鉆桿常處于交變應(yīng)力并且在與井壁摩擦碰撞的惡劣條件下工作，往往成為整個(gè)
鉆井設(shè)備與工具中最薄弱的環(huán)節(jié)，由裂紋發(fā)展致穿孔或完全斷裂時(shí)有發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，鉆具損失有75%-85%是由于腐蝕造成的。所以加快研制具有高強(qiáng)度、抗腐蝕、耐疲勞、重量輕的鉆桿就迫在眉睫，本文介紹了3種新型高強(qiáng)度非鋼鉆桿，為油田選用相應(yīng)的鉆桿提供選擇與參考。
復(fù)合鉆桿
復(fù)合鉆桿（CDP）的制造是通過(guò)在卷筒上纏繞碳纖維然后應(yīng)用環(huán)氧基復(fù)合材料覆蓋并密封而成。復(fù)合鉆桿包括合成鋼銷(xiāo)和套筒聯(lián)接工具箱，與設(shè)計(jì)常規(guī)鋼鉆桿連接相似。復(fù)合鉆桿的成本較高大約是常規(guī)鋼鉆桿的3倍。復(fù)合鉆桿與常規(guī)鋼鉆桿相比有以下幾個(gè)潛在優(yōu)點(diǎn)：重量降低；更高的強(qiáng)度重量比率；優(yōu)越耐腐蝕性；高抗疲勞抵抗能力；無(wú)磁性。復(fù)合鉆桿非常適合于用到超深井鉆井和其它鉆井應(yīng)用，主要缺陷在于其水力特性和效率，阻礙了其在超深井鉆井和大位移井鉆井（ERD）的應(yīng)用。要達(dá)到必要的結(jié)構(gòu)特性（扭轉(zhuǎn)力矩、拉伸能力等），復(fù)合鉆桿必須比常規(guī)鋼鉆桿厚實(shí)，約為鋼鉆桿的2倍。管內(nèi)徑的顯著減少，會(huì)造成一定的壓力損失。
復(fù)合鉆桿的高強(qiáng)度重量比與鋼鉆桿比較，主要優(yōu)點(diǎn)是降低扭矩和拖拽阻力。水力效率是超深井鉆井的重要指標(biāo)，綜合來(lái)看還不能提供一種可實(shí)行的解決方案，復(fù)合鉆桿設(shè)計(jì)師通過(guò)增加管子的外徑來(lái)增加壁厚。
鈦合金鉆桿
鈦合金鉆桿的商業(yè)應(yīng)用是RTI能源和Grant Prideoo進(jìn)行多年大量試驗(yàn)的成果。鈦的抗化學(xué)性強(qiáng)，比鋼輕一半且韌性高一倍。鈦的這些性能特別適用于在高溫、腐蝕環(huán)境中，短半徑、延長(zhǎng)的有效半徑和超深井條件下的鉆探。但是鈦合金鉆桿制造費(fèi)與鋼鉆桿相比非常高（七到十倍，甚至更多），并且市場(chǎng)非常有限。
鈦合金鉆桿由三個(gè)基本要素組成：鉆桿本體、鉆桿接頭、接頭與本體連接。在超深井鉆井方面，鈦合金鉆桿提供了比常規(guī)鋼鉆桿的重大性能優(yōu)點(diǎn)：鈦合金密度4.4×103Kg/m3，鋼密度為7.8×103Kg/m3，鈦比鋼輕43%；鈦合金彈性模量為119GPa，鋼彈性模量為210GPa，鈦合金是鋼的57%；鈦合金具有更好的耐腐蝕及抗侵蝕的能力；鈦合金具有高抗疲勞特性，其疲勞性能在空氣中與
鉆井液環(huán)境中幾乎相同；鈦合金鉆桿屈服強(qiáng)度為840MPa，約等于S-135鋼鉆桿強(qiáng)度重量比值的1.54倍。
鋁合金鉆桿
鋁合金鉆桿（ADP）在石油工業(yè)使用了數(shù)十年，鋁合金鉆桿已經(jīng)形成了產(chǎn)品系列，大多數(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)來(lái)自俄羅斯和前蘇聯(lián)。在上世紀(jì)60年代和70年代，鋁合金鉆桿開(kāi)始應(yīng)用于北美和南美洲，以擴(kuò)大鉆機(jī)的鉆井深度和降低重量。鋁合金鉆桿的成本大約是常規(guī)鋼鉆桿的2倍。性能優(yōu)點(diǎn)包括：重量降低；高耐腐蝕性；高抗疲勞特性；無(wú)磁性。
鋁合金鉆桿也可以用于某些大位移井鉆井和水平井鉆井中，其不足之處是屈服強(qiáng)度相對(duì)較低，其強(qiáng)度重量比低于超高強(qiáng)度鋼鉆桿，壁厚通常要比鋼鉆桿厚，造成對(duì)水力性能的不良影響。另外，在溫度上升到121℃時(shí)，其屈服強(qiáng)度將急劇下降，將影響某些大位移井鉆井應(yīng)用。
超高強(qiáng)度鋼鉆桿
目前用于大位移井鉆井、超深井鉆井和深水鉆井的近期、中期和長(zhǎng)期的鉆桿材料依然是超高強(qiáng)度鋼，市場(chǎng)上可提供的高強(qiáng)度鋼包括140ksi和150ksi最小屈服強(qiáng)度級(jí)，這些鋼鉆桿和S-135鉆桿相比成本相當(dāng)。Z-140型高強(qiáng)度鉆桿的強(qiáng)度重量比率為123.3kPa/kg/m3，比S-135高強(qiáng)度鉆桿的高出4%。該公司已經(jīng)制造出2套由V-150型149mm鉆桿組成的鉆柱,總長(zhǎng)度超過(guò)16764m。V-150型高強(qiáng)度鉆桿的強(qiáng)度重量比率為132kPa/kg/m3,比S-135型鉆桿的高出11%。
鋼的延展性和剛性之比降低已成為阻礙高強(qiáng)度鋼應(yīng)用的一個(gè)重要難題。制造商已經(jīng)進(jìn)行了明顯的改進(jìn)，提供的鋼比S-135更好。另外，制造商還實(shí)施了化學(xué)、熱處理，制造業(yè)的進(jìn)步，也許能使這些等級(jí)達(dá)到更加嚴(yán)密的韌性標(biāo)準(zhǔn)。
多種用于超深井鉆井的高強(qiáng)度、低密度鉆桿相繼問(wèn)世。其主要性能如下表所示，其中級(jí)別為T(mén)i6al-4Ⅴ的鈦合金鉆桿，屈服強(qiáng)度為827.5MPa，雖然低于S-135，但是其密度低，每根質(zhì)量是S-135 的64.7%，總體性能提高率為37%。UD-165鋼鉆桿比S-135鉆桿性能提高率為22%，且屈服強(qiáng)度比S-135鋼鉆桿高。Al-Zn-MgⅡ鋁合金屈服強(qiáng)度達(dá)到了480MPa，且性能重量比與S-135相比提高12%，但是其價(jià)格昂貴，目前難以承受。Al-Zn-MgⅣ鋁合金鉆桿屈服強(qiáng)度雖然僅為350MPa，但比S-135鉆桿相比總體性能下降僅為19%。
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