铝合金钻杆

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1－1 主要尺寸规范（美国雷诺公司产品）

外 公称尺寸公称质量带接头重量径 mm(in) 88.9 (31/2\") 101.6 (4\") 114.3 (41/2\") kg/m kg/m mm 93.98 3307 横截面积mm2 壁厚mm 内径mm 外径mm 内径mm 外径mm 大钳空间，mm 母接头 13 67.95 98.43 67.47 120.65 279.4 公接头 177.8 加厚部分 接头数据 9.25 11.72 9.76 14.41 106.68 3487 11.69 83.3 117.48 82.55 146.05 311.15 196.85 11.62 16.01 116.84 4155 12.7 91.4 127.79 91.28 155.58 311.15 196.85

1.2 机械性能

表1－2 美国铝合金钻杆机械性能

通称尺寸 mm(in) 1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) 抗拉屈服强度 KN 1322.3 1395.8 1662.9 1032.9 1087.1 1297.9 779.9 880.6 992.1 扭转屈服强度 N·m 26886 31970 44742 16744 21558 28133 14168 19049 23456 抗挤压强度 MPa 84.9 69.3 69.0 63.8 50.7 50.2 56.5 45.3 44.0 抗内压强度 MPa 96.9 76.5 76.0 79.4 61.6 61.2 69.5 53.4 53.0

2 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1－3 俄罗斯铝合金物理机械性能

序号 1 2 3 4 5 6 7 性能 屈服强度（不小于） 最大强度（不小于） 硬度 伸长率 截面积减小率 密度 弹性模量 单位 mPa mPa % % G/cm3 mPa×105 Alloy D16T 330 450 120 10-11 18-20 2.8 0.72 Alloy 1953T1 480 540 120-130 7-8 14-15 2.8 0.70 Alloy AK4-1 T 350 410 130 11-12 24-26 2.8 0.73 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 1 钻杆长 壁厚： 2 本体（G） 加厚部分（H） 加厚部分长度： 3 母接头端 公接头端 名义直径： 4 外径（A） 本体外径（B） 加厚部分（F） 接头尺寸： 外径（C） 5 内径（D） 母接箍长（K） 公接头长（M） 6 7 8 管体和接头在 空气中的重量 接头类型 接头丝扣类型 kg 204.6 ZLK-178，172 5 1/2FH 230.6 ZLK-178，172 5 1/2FH 256.7 ZLK-178，172 5 1/2FH mm mm mm mm 性能 单位 mm ADP147×11 12400.50 11 17 1300 250 147 125 113 172，178 105，110 350 220 ADP147×13 12400.50 13 30 1300 250 147 121 107 172，178 105，110 350 220 ADP147×15 12400.50 15 23.5 1300 250 147 117 113 172，178 105，110 350 220 9000mm钻杆是按要求生产的外加厚钻杆（见图1-2）：

表1-5

序号 1 钻杆长 壁厚： 2 本体（G） 加厚部分（H） 加厚部分长度： 3 母接头端 公接头端 名义直径： 4 外径（A） 本体外径（B） 加厚部分（F） 接头尺寸： 外径（C） 5 内径（D） 母接箍长（K） 公接头长（M） 6 7 8 管体和接头在 空气中的重量 接头类型 接头丝扣类型 kg mm mm mm mm 性能 单位 mm ADP131×13 9000 13 21 1400 250 131 105 146 178（172） 105 350 220 188.0 ZLK-178，172 5 1/2FH（NC50） ADP164×9 9000 9 20 1400 250 164 146 186 195 146 320 220 170.0 ZLK-195 MK-175（RS） ADP168×11 9000 11 20 1400 250 168 146 186 203 131 320 220 210.0 ZLK-303 6 5/8FH

2.2 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 1 性能 最大抗拉强度 KN ADP147 ×11 1290 1460 最大抗扭强度KN·m 最大抗外挤强度MPa 最大抗内压强度MPa 40.9 48.7 24.0 33.0 ADP147 ×13 1500 1950 46.4 55.2 32.0 39.0 ADP147 ×15 1730 2030 52.3 61.5 39.0 43.0 ADP131 ×13 1493 1750 51.0 61.0 34.0 38.0 ADP164 ×9 1358 1607 44.0 52.0 22.0 29.0 ADP168 ×11 1679 1964 56.0 66.0 26.0 35.0 2 3 4

表1-7 1953T1铝合金钻杆强度性能

序号 性能 ADP147 ×11 1560 2030 49.0 59.0 36.0 49.5 ADP147 ×13 1800 2340 55.6 66.2 48.0 58.5 ADP147 ×15 2076 2436 62.8 73.8 58.5 64.5 ADP131 ×13 2090 2450 72.0 85.0 35.0 53.0 ADP164 ×9 1900 2250 61.0 72.0 26.0 40.0 ADP168 ×11 2350 2750 78.0 92.0 33.0 49.0 1 最大抗拉强度 KN 最大抗扭强度KN·m 最大抗外挤强度MPa 最大抗内压强度MPa 2 3 4

3 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7.31×104MPa，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6~10.5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Nm 外径 （mm） 壁厚 （mm） 7.52 127.0 9.19 12.70 7.72 139.7 9.17 10.54 E 47513 55185 70851 59756 68754 76704 X 60183 70698 89744 75690 87088 97158 钢钻杆 G 66519 78140 99190 83658 96255 107386 S 85524 100466 127531 107560 外 123756 138067 加厚 164 168 9 11 52000 59500 72000 87900 131 147.0 内加厚 外径 壁厚（mm） （mm） 11 13 15 13 D16T 44300 50200 55600 38600 1953T1 65400 74200 75200 57000 铝合金钻杆 表1-9 抗拉屈服强度

抗拉屈服强度KN 外径 壁厚 E 钢钻杆 X G S 外径 壁厚 铝合金钻杆 （mm） （mm） 7.52 127.0 9.19 12.70 7.72 139.7 9.17 10.54 （mm） （mm） D16T 1953T1 11 147.0 内加厚 13 15 13 9 11 1527 1779 2022 1566 1607 1763 2256 2627 2986 2313 2250 2604 1459 1848 2043 2627 1760 2229 2464 3167 2358 2987 3301 4245 1656 2097 2318 2980 外 131 1944 2463 2722 3500 加 164 2212 2802 3096 3981 厚 168 表1-10 抗挤强度

抗挤强度MPa 外径 （mm） 壁厚 （mm） 7.52 127.0 9.19 12.70 7.72 139.7 9.17 10.54 E 47.8 68.7 93.1 41.6 58.0 72.1 X 55.9 82.9 117.9 47.9 69.1 89.2 钢钻杆 G 59.4 89.6 130.3 50.4 74.1 96.6 S 67.8 108.1 167.5 55.8 外加87.4 117.4 厚 164 168 9 11 22.0 24.3 33.0 28.7 131 147.0 内加厚 外径 （mm） 壁厚 （mm） 11 13 15 13 铝合金钻杆 D16T 31.4 41.7 51.4 49.4 1953T1 38.9 54.6 70.0 66.9 表1-11 抗内压强度

抗内压强度MPa 外径 （mm） 壁厚 （mm） 7.52 127.0 9.19 12.70 7.72 139.7 9.17 10.54 E 53.6 65.5 90.5 50.0 59.4 68.3 X 67.9 83.0 114.6 63.4 75.2 86.5 钢钻杆 G 75.0 91.7 126.7 70.0 83.2 95.6 S 96.4 117.9 162.9 90.0 106.9 122.9 外加厚 131 164 168 147.0 内加厚 外径 （mm） 壁厚 （mm） 11 13 15 13 9 11 铝合金钻杆 D16T 34.1 40.2 46.4 45.1 29.0 29.8 1953T1 50.3 59.4 68.6 66.7 40.0 44.0 4 铝合金钻杆使用规程

1）铝合金钻杆装卸车时必须要用双绳套吊装，不得用抓管机装卸，避免碰撞；

2）铝合金钻杆上下钻台时要戴好护丝，用绷绳抬上抬下，以免在跑道上擦伤管体； 3）起下钻时井架工要平稳操作，防止管体碰撞；

4）在钻井液系统中必须安置磁性装置，经常用磁性装置清除钻井液中钢质颗粒，防止钻井液中的尖角钢颗粒楔入铝合金钻杆管体而产生疲劳破坏源；

5）完井甩钻杆时，井队必须将铝合金钻杆管体上的泥污清洗干净； 6）铝合金钻杆人井时要抄写钢号，填写使用记录