宝钢集团钻杆技术的发展

Miu=160mm，R=300mm
新型加厚结构
钻杆在拉伸、弯曲、扭转载荷下 的应力分布
结构
API结构 （Miu=180mm，R=300mm）
新型结构
API结构 （Miu=160mm，R=300mm）
新型结构
狗腿度 3°／30m 3°／30m 7.5°／30m 7.5°／30m
最大应力（MPa） 464.7 464.0 526.9 527.8
1.02
方案对比（139.7×9.17mm G-105）
方案
G-105 5 ½ FH接头
G-105 BGDS55接头
管体强度 105000psi 105000psi
接头强度 120000psi 120000psi
接头外径 184.15mm 177.8mm
接头内径 88.9mm 101.6mm
抗拉强度
接头外径 168.28mm 168.28mm 171.45mm
接头内径 公82.55mm 母88.90mm
88.9mm
104.78mm
抗拉强度
扭转强度
553800lb （251吨）
553800lb （ 251吨）
553800lb （ 251吨）
51700ft-lb
57600ft-lb （提高11.4%）
强度设计：执行API RP 7G，管体与接头抗拉强度、管体与接头抗扭强 度、管体抗内压强度、抗挤强度、安全系数等达到或优于国际同类产 品水平；
结构设计：产品的几何尺寸执行API SPEC 5D＋API SPEC 7＋SY／ T5987标准，完全能与国外产品互换使用；
有限元分析：实际工况下整体受力变形计算，确定重点指标参数。
7 1/4×3 1/2
127×9.19mm IEU S135钻杆
规格
BGDS50 BGDS50
NC50
外径（mm） 内径（mm）
168.28 168.28 168.28
76.2 82.55 69.85
接头扭屈强 度（ft-lb）
83000 72250 63406
管体扭屈强 度（ft-lb）
74100 74100 74100
最大应力 发生位置
内加厚过渡区 消失点外壁
外加厚过渡区 消失点
内加厚过渡区 消失点外壁
外加厚过渡区 消失点
新型加厚结构具体实施方案
由于管体刺穿大部分发生在母接头端，因此新型加厚结构 只应用在钻杆母接头端，公接头端仍保持原有加厚结构；
保持钻杆加厚端外径Dou和内径dou不变，加长外加厚长度 Leu和外加厚过渡长度Meu，不影响吊卡的使用。
生产设备
加水 淬
厚装 置
机
摩水 擦 对压 焊 机机
检试验设备
U
E T
+
T
U T
焊压 缝馈
试
U验
机
T
检试验设备
上 卸 扣 试 验 机
实 体 拉 伸 试 验 机
扫拉 描伸 电试 镜验
机
宝钢石油钻杆规格
（in） 2 3/8 2 7/8 3 1/2
外径 （mm） 60.3 73.0 88.9
3 1/2
57600ft-lb （提高11.4%）
方案对比（与原127×9.19mm G-105钻杆）
抗拉强度
抗扭强度
水力特性 接头／管体 扭转强度比
G-105 NC50接头
不变 不变 不变
0.9
G-105 BGDS50接头
不变 提高11.4％
改善
1.05
G-105 BGDS55接头
不变 提高11.4％ 大幅改善
95000 psi （655MPa）
150000psi （1034MPa）
105000psi （724MPa） 125000 psi （862MPa） 135000 psi （931MPa）
165000psi （1138MPa）
/
120000 psi （827MPa）
180000psi （1241MPa）
非金属夹杂物
A类 B类 C类 D类 总和
API 标准要求
无要求 无要求 无要求 无要求 无要求
某具体合同宝钢高韧性 S-135 钻杆实物质量水平
≤0.3 级 ≤0.6 级 ≤0.25 级 ≤0.55 级 ≤1.7 级
宝钢高韧性钻杆
实物水平
技术条件要点
API标准要求
管体Akv 加厚区Akv 对焊区Akv 公接头Akv 母接头横向Akv（-10℃）
宝钢高韧性钻杆
适用范围 可在塔里木等世界上最苛刻的使用井况使用。
热处理 （工艺设备改进）
Miu、R要求 （更长）
直度要求 （更严格）
防止 管体刺穿
化学成分 加Mo、低S、低P
非金属夹杂物 （各类含量低）
冲击韧性 （高）
管体韧性 （高）
母接头横向韧性 （高）
防止母接头 纵裂
宝钢高韧性钻杆
化学成分 ①S、P含量明显降低，达到纯净钢水平； 其中：P：0.005～0.007%，平均0.0064% ； S：0.0005～0.001%，平均0.0007% ； 大部分(P+S)< 0.010％ H：1.2～2.5 ppm。 ②各类非金属夹杂物含量极低，也已达到纯净钢水平。
BΒιβλιοθήκη BaiduDS双台肩高抗扭钻杆接头
可以与API钻杆接头互换； 与API钻杆接头相比，扭矩提高20％～50％； 在不牺牲抗扭强度的前提下，可以提供更大的接头内径，以此提高
钻杆的水力特性； 与API钻杆接头相比，在降级前可以允许更多的外径磨损； 接头主台肩提供抗扭及密封双重作用，辅助台肩仅提供抗扭作用，
180 改进前
改进后 280
API加厚结构改进成品形貌
新型钻杆加厚结构
API加厚结构 Miu=180mm，R=1200mm
新型加厚结构 Miu=120mm，R=300mm
钻杆在拉伸、弯曲载荷3°／ 30m、扭转载荷下的应力分布
Miu=180mm，R=300mm
新型加厚结构
钻杆在拉伸、弯曲载荷7.5°／ 30m、扭转载荷下的应力分布
– 壁厚由2.5～25mm扩展到2.5～30mm
– 产量由50万吨/年提高到85万吨/年
200
– 产品品种及钢级不断扩大
189
由原三大类扩展到十四大类，
169
规格由460种扩大到2800多种
152
– 可供产品合金含量由原设计
119
的5%以下提高到目前的13%
生产设备
穿连
孔轧
机机
张光 亮
减退 火
机炉
公接头内径69.85mm，母接头内径88.9mm S-135钻杆上扣+拉伸应力分布
宝钢石油钻杆生产工艺
多道次加厚，恒轴向力方式防止过充满，感应加热防过热、过烧等； 双圆弧结构控制，实现MIU≥100mm，R≥300mm； 惯性摩擦焊，各项工艺参数由计算机监控与跟踪； 对焊区采用窄化线圈感应加热处理控制； 精密数控机床加工工具接头螺纹； 接头螺纹镀铜，提高接头抗粘扣、抗锈蚀能力。
100000psi （689MPa）
105000psi （724MPa）
115000 psi （793MPa）
145000psi （1000MPa）
140000psi （965MPa）
105000psi （724MPa）
160000psi （1103MPa）
宝钢石油钻杆产品设计
材料设计：采用高强度与高韧性相匹配的设计原则，进行整体淬火＋ 高温回火热处理，产品各项性能指标全面符合API标准；
612000lb （278吨） 612000lb （278吨）
扭转强度 71000ft-lb 71000ft-lb
方案对比（与原139.7×9.17mm G-105钻杆）
抗拉强度
抗扭强度
水力特性 接头／管体 扭转强度比 能否用在8 1／2″裸眼与 9 5／8″技套内
G-105 5 1／2 FH接头
指标名称 内控标准
管体与加厚 偏心度mm
≤1.5
管体与工具接头 同轴度mm
≤1.5
钻杆全长 直线度mm
≤4
管端3米内 直线度mm
≤1.5
实物水平
≤1.2
≤1.2
≤3
≤1.2
API标准
≤2.36
≤3.96
20
--
钻杆直度测量示意图
钻杆旋转1周，百分表的读数≤1.5mm。
API加厚结构改进示意图
配套的管端加厚、调质热 处理机组、光亮退火热处理 机组和无损检测等机组等
技术改进及新品开发
多年来，通过持续的设备改造和技术革新，设备和产品质量始终保持同机 组国际领先水平：
– 孔型由119、152.5、162.5到119、152.5、169、189、200
– 外径由21.3～140mm，扩展到21.3～180mm
不变 不变 不变
1.06
不能
G-105 BGDS55接头
不变 不变 大幅改善
1.05
能
双台肩钻杆实物
适于塔里木油田山前井工况的 V-150钻杆
塔里木油田山前井特点 （1）山前井软硬变化快，软硬交错频繁，地层各向异性，倾角大， 防斜与提高钻速之间存在难以调和的矛盾； （2）山前构造带普遍存在高压气层、复合岩层等复杂地层，地应力 高，钻井过程中使用的钻井液密度较高，造成岩屑重复切削，影响 机械钻速；
接头／管体 扭屈强度比
1.12 0.98 0.86
方案对比（127×9.19mm G-105）
方案
G-105 NC50接头
G-105 BGDS50接头
G-105 BGDS55接头
管体强度 105000psi 105000psi 105000psi
接头强度 120000psi 120000psi 120000psi
Akv平均值≥54J Akv平均值≥54J Akv平均值≥16J
无要求 无要求
塔里木油田要求
Akv平均值≥90J Akv平均值≥90J Akv平均值≥40J Akv平均值≥ 80J Akv平均值≥ 80J
某具体合同宝钢高韧性 S-135钻杆实物水平
Akv≥100J，平均值107J Akv≥96J，平均值107J Akv≥92J，平均值97J Akv≥89J，平均值106J Akv≥91J，平均值105J
宝钢钢管简介
宝钢钢管是宝钢股份宝钢分公司六大成品厂(热轧、冷轧、厚板、薄板、 条钢、钢管)之一
主体设备由德国曼内斯曼公司引进，并随后引进德国、美国等先进设备
一套Φ140mm连轧管机组、 两条流水精整线、两条高压 锅炉管精整线、三条油套管 加工线、一条钻杆加工线、 一条管接头和工具接头加工 线
新型加厚结构形貌
BGDS双台肩高抗扭钻杆接头
高抗扭接头主要用于定向井、水平 井、深井及超深井的钻探施工
如左下图所示，除主台肩之外，在公 接头外端面与母接头内台肩形成了辅 助扭矩台肩
当超扭矩上扣或井下扭矩过大时，辅 助扭矩台肩的间隙减小直至消失，使 接头部分形成了一个刚性体，提高了 接头的扭转屈服强度和抗弯能力
宝钢钻杆技术的发展
宝山钢铁股份有限公司
2005年6月
宝钢股份简介 宝钢钻杆简介 宝钢高韧性钻杆 API加厚结构的改进 新型钻杆加厚结构 BGDS双台肩高抗扭钻杆 适于塔里木油田山前井工况 的V-150钻杆
宝钢股份概况
宝钢股份是中国最大、最现代化的钢铁公司，其主体设备从日本和 德国引进，1985年9月15日建成投产。它的建成标志着中国钢铁行 业跻身于当代国际钢铁界的先进行列。2005年宝钢股份收购集团资 产后，粗钢产量达到1850万吨，预计实现主营业务收入1667.5亿 元。
88.9
4
101.6
4
101.6
4 1/2
4 1/2 5 5
5 1/2 5 1/2
114.3
114.3 127.0 127.0 139.7 139.7
壁厚 （mm）
7.11 9.19 9.35
11.40
8.38 9.65
8.56
10.92 9.19 12.70 9.17 10.54
加厚形式
EU EU EU EU
钢级 E-75 X-95 G-105 S-135 接头 X-95U V-150
宝钢石油钻杆钢级
最小屈服强度
最大屈服强度
抗拉强度
75000psi （517MPa）
95000 psi （655MPa）
105000psi （724MPa）
135000 psi （931MPa）
120000psi （827MPa）
因此辅助台肩允许轻微的损坏； 可提供真正的公母内表齐平接头，减少紊流。
BGDS双台肩高抗扭钻杆接头
120000
100000
扭转屈服强度（ft-lb） NC38 BGDS38
NC50 BGDS50
5 1/2FH BGDS55
80000
60000
40000
20000
0 5×2 1/8
6 5/8×2 3/4 工具接头尺寸（in）
IU IU
EU, IEU EU, IEU
IEU IEU IEU IEU
工具接头型号
NC26、BGDS26 NC31、BGDS31 NC38、BGDS38
NC38，NC40 BGDS38、BGDS40
NC40、BGDS40
NC40、BGDS40 NC46，NC50
BGDS46、BGDS50 NC50、BGDS50 NC50、BGDS50 NC50、BGDS50 5 1/2FH、BGDS55 5 1/2FH、BGDS55