【国家标准(GB)】 石油天然气工业 钻柱设计和操作限度的推荐作法

ICS75.020
中华人民共和国国家标准
GB/T24956—2010
石油天然气工业
钻柱设计和操作限度的推荐作法Recommended practice for petroleum and natural gas industries--Drill stem design and operating limits2010-08-09发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2010-12-01实施
参考文献
术语和定义
钻杆和钻杆接头的性能
钻链的性能
方钻杆的性能·
设计计算
与井斜有关的限度.·
与浮式钻井船有关的限度·
钻柱腐蚀与硫化物应力开裂
钻杆的压缩使用限度（见附录A.14和A.15）特殊使用问题
钻柱的鉴定、检查和分级
特殊处理
钻杆的动载荷·
牙轮钻头尺寸和上紧扭矩的分类附录A（规范性附录）
附录B（资料性附录）
强度和设计公式
参考资料
附录NA（资料性附录）
附录NB（资料性附录）
标准第2章引用标准国内采标情况英制单位与我国法定计量单位的换算关系NC26接头的抗扭强度和上紧扭矩23%OH接头的抗扭强度和上紧扭矩.图2
2%WD接头的抗扭强度和上紧扭矩23%SLH90接头的抗扭强度和上紧扭矩图5
2%PAC接头的抗扭强度和上紧扭矩NC31接头的抗扭强度和上紧扭矩图6
2%SLH90接头的抗扭强度和上紧扭矩2%WO接头的抗扭强度和上紧扭矩图8
2%OH接头的抗扭强度和上紧扭矩2%PAC接头的抗扭强度和上紧扭矩NC38接头的抗扭强度和上紧扭矩3么SLH90接头的抗扭强度和上紧扭矩3KFH接头的抗扭强度和上紧扭矩3KOH接头的抗扭强度和上紧扭矩3GB/T24956—2010
4inOH接头的抗扭强度和上紧扭矩·NC46接头的抗扭强度和上紧扭矩4KFH接头的抗扭强度和上紧扭矩4H90接头的抗扭强度和上紧扭矩：4OH接头（标准重量)的抗扭强度和上紧扭矩NC50接头的抗扭强度和上紧扭矩5KFH接头的抗扭强度和上紧扭矩内径为1%in和1in的钻链抗弯强度比内径为2in和2in的钻链抗弯强度比内径为2in的钻链抗弯强度比
内径为213hsin的钻抗弯强度比
内径为3in的钻链抗弯强度比
内径为3in的钻链抗弯强度比
内径为3%in的钻链抗弯强度比
新方钻杆
新方钻杆
新方补心组合
新方补心组合
为防止上、卸丝扣时钻杆发生弯曲，钻杆接头高于卡瓦的最大高度E75钢级钻杆产生疲劳破坏时的狗腿严重度极限S135钢级钻杆产生疲劳破坏时的狗腿严重度极限作用在钻杆接头上的侧向力
渐变狗腿中的疲劳破坏(无腐蚀环境）渐变狗腿中的疲劳破坏（高腐蚀环境）作用在4%in钻杆接头和3%in、13.3lb/ft2类钻杆本体的侧向力作用在6in钻杆接头和4V%in、16.6lb/ft2类钻杆本体的侧向力作用在6%in钻杆接头和5in、19.51b/ft2类钻杆本体的侧向力作用在6%in钻杆接头和5in、19.5lb/ft3类钻杆本体的侧向力在标准状态下用氢进行阴极放电时，SAE4340钢的延迟破坏特性产生正弦屈曲时的临界轴向压缩载荷(近似)产生正弦屈曲时的临界轴向压缩载荷（近似）：产生正弦届典时的临界轴向压缩载荷（近似）产生正弦屈曲时的临界轴向压缩载荷（近似）产生正弦屈曲时的临界车
载荷（近似）
产生正弦屈曲时的临界轴向压缩载荷（近似）生正弦屈曲时的
我简（近微）
产生正弦届曲时的临界轴向压缩载荷（近似）产生正弦屈曲时的临界轴向压缩载荷（近似）产生正弦屈曲时的临界轴向压缩载荷（近似）产生正弦届曲时的临界轴向压缩载荷（近似）·产生正弦屈曲时的临界轴向压缩载荷(近似)产生正弦曲时的临界轴向压缩载荷（近似）生正弦屈曲时的临界轴向压缩载荷（近似）产
产生正弦届曲时的临界轴向压缩载荷(近似)产生正弦屈曲时的临界轴向压缩载荷（近似）产生正弦届曲时的临界轴向压缩载荷（近似）34
图67a
图67b
图68a
图68b
图69a
图69b
图70a
图70b
图71a
图71b
图72a
图72b
图73a
图73b
图74a
图74b
图78a
图78b
图79a
图79b
图80a
图80b
产生正弦屈曲时的临界轴向压缩载荷（近似）产生正弦屈曲时的临界轴向压缩载荷（近似）产生正弦屈曲时的临界轴向压缩载荷(近似)产生正弦屈曲时的临界轴向压缩载荷(近似）弯曲应力和疲劳极限
侧向接触力和接触长度
弯曲应力和疲劳极限
侧向接触力和接触长度
弯曲应力和疲劳极限
侧向接触力和接触长度
弯曲应力和疲劳极限
侧向接触力和接触长度
弯曲应力和疲劳极限·
侧向接触力和接触长度
弯曲应力和疲劳极限.
侧向接触力和接触长度
弯曲应力和疲劳极限
侧向接触力和接触长度
弯曲应力和疲劳极限
侧向接触力和接触长度
考虑钻杆接头外径差的井眼曲率调整系数无腐蚀条件下API钻杆的中等疲劳极限无腐蚀条件下API钻杆的最小疲劳极限高曲率下的弯曲应力
侧向接触力和长度
高曲率下的弯曲应力
侧向接触力和长度
高曲率下的弯曲应力
侧向接触力和接触长度
双轴屈服应力椭圆或最大剪切应变能量图钻杆接头上的钻杆标识
用于进行钻杆标识的铣槽推荐作法检查标准中所包括长度的说明
钻杆和钻杆接头颜色代码识别
钳位和基准标记位置
钻链吊卡
钻的吊卡槽和解卡槽
钻链的磨损
改进的外螺纹接头应力释放槽
钻杆的偏心孔截面
旋转台肩连接
施加上紧扭矩后拉伸
拉伸后施加扭矩
施加上紧扭矩后拉伸
GB/T24956—2010
GB/T24956—2010
图A.3d拉伸后施加上紧扭矩
图A.4用于抗弯强度比计算的各尺寸在旋转台肩连接中的位置图A.5
届曲载荷与并眼曲率的关系
屈曲载荷与井眼曲率的关系
屈曲载荷与井眼曲率的关系
新钻杆尺寸数据
新钻杆的抗扭强度和抗拉强度数据新钻杆的抗挤强度和抗内压强度数据API一级钻杆的抗扭强度和抗拉强度数据API一级钻杆的抗挤强度和抗内压强度数据API二级钻杆的抗扭强度和抗拉强度数据API二级钻杆的抗挤强度和抗内压强度数据新钻杆接头和新钢级E75钻杆的机械性能新钻杆接头和新高强度钻杆的机械性能基于内螺纹抗扭强度的焊接型钻杆接头和钻杆的推荐最小外径和上紧扭矩浮力系数
旋转台肩连接互换表
钻链重量（钢）
钻链旋肩式接头推荐上紧扭矩
方钻杆强度
产生最大磨损宽度时方钻杆和方补心之间的接触角重新加工方钻杆的长度…
典型钻柱设计算例最终钻柱组成截面模数值
钻井液类型对摩擦系数的影响·不同钻井液密度的修正
防止钻杆发生届曲的井眼曲率
Youngstown钢材测试结果
受压钻杆的疲劳极限
图77中所用到的数据.…
钻杆钢级代号及钻杆接头生产厂家代号钻杆重量代码
旧钻杆的分级标准
油管柱的分级标准
新、一级(旧）、二级(旧)钻杆在最小屈服张强度下的钩载新、一级（旧）、二级（旧）油管柱在最小届服强度下的钩载钻链槽和吊卡孔的尺寸
NC50轴对称螺纹最后啮合齿根处的最大应力IADC牙轮钻头分类表.·
IADC钻头分类代码的第4位代码
牙轮钻头上紧扣扭矩范围推荐值金刚石钻头上最小上紧扭矩推荐值常规牙轮钻头尺寸
常规固定切削齿钻头尺寸
GB/T24956—2010
本标准等同采用APIRP7G：1998第16版RecommendedPracticeforDrillStemDesignandOperatingLimits（1998年12月1日生效，2000年5月勘误）《钻柱设计和操作限度的推荐作法》，包括其修正案1：2003。
本标准等同翻译APIRP7G：1998第16版。为便于实际使用，本标准做了下列编辑性修改“本推荐作法”一词改为“本标准”；-删除特别通告、API前言和16.8等资料性概述要素；一图、表依据GB/T1.12000的规定排列；一将国际标准中公式所要解释的符号“=”按国标GB/T1.1的要求改为“—”对纳人正文的国际标准的技术勘误和修正案内容在正文的页边空白处用垂直双线（Ⅱ）进行了标识；
—按GB/T20000.2的要求，在附录B后增加了附录NA参考标准的采标情况；增加了附录NB英制单位与我国法定计量单位的换算。本标准的附录A为规范性的附录，附录B、NA、NB为资料性的附录。本标准由中国石油天然气集团公司提出。本标准由全国石油天然气标准化技术委员会归口。本标准起草单位：新疆石油管理局钻井工艺研究院。本标准主要起草人：陈若铭、刘灵、王芳、谭国琼、宋彬、费维新。GB/T24956-2010
API环境、健康、安全责任和指导方针美国石油协会会员致力于不断努力改善作业与环境的适应性，同时经济地开发能源，为消费者提供高质量的产品和服务。我们认识到我们有责任与公众、政府和其他团体一起共同努力，以环保手段来开发和使用自然资源，保护雇员和公众的健康和安全。为了担负起这个责任，API成员承诺遵循下列方针管理我们的业务，这些方针采取风险优先的科学态度和经济有效的管理办法。。认识并对公众关于原材料、产品和作业的关心作出反应。·经营工厂和操作设备时，加工原材料和产品要保护环境、雇员和公众的安全和健康的。·在设计和开发新产品和新工艺时要优先考虑安全、健康和环保问题。·与行业有关的重要危害安全、健康和环境的信息应及时通知相关的官员、雇员、顾客和公众，并推荐保护措施。
。劝告顾客、运输人员和其他人要安全使用、运输和处理原材料、产品和废料。·
要经济地开发和生产自然资源，通过有效地使用能源来保护这些资源。·
通过开展和扶持有关原材料、产品、加工和废料对安全、健康和环境影响的研究来拓展相关知识。
确保减少产生辐射和废物的总量。·
和其他人或其他部门一起来解决因作业中处理和排放有害物质而产生的问题。参与政府和其他部门制定保护社区、工作场所和环境的法律、法规和标准。·
与生产、处理、使用、运输或排放类似原材料、石油产品和废料的其他人或部门分享经验和提供援助，以此宣传这些原则和做法。M
1范围
1.1覆盖范围
石油天然气工业
钻柱设计和操作限度的推荐作法GB/T24956-2010
本标准不仅包括钻柱组件的选择，而且还考虑了井斜控制、钻井液、钻压和转速，以及其他操作程序。
1.2章节覆盖范围
第4、5、6、7章提供了选择钻柱组件的步骤，第8、9、10、11、12和15章是有关可能造成钻柱正常能力降低的操作限度，第13章包含了旧钻杆和旧油管的分类方法以及其他钻柱组件的识别和检查步骤，第14章包含了关于井下工具焊接的说明，第16章包含了牙轮钻头的分类方法。参考文献
（其他参考资料详见附录B)。
APIRP5C1套管、油管的维护和使用推荐作法APIBull5C3套管、油管、钻杆和管线管性能的公式和计算APISpec7旋转钻井钻柱组件的规格APIRP7A1
旋转台肩连接螺纹脂检验推荐作法APIRP13B-1
水基钻井液现场测试标准程序推荐作法APIRP13B-2
油基钻井液现场测试标准程序推荐作法ASTM1>D3370取水样的标准作法
NACE2）MR0175油田设备用抗硫化应力裂纹的金属材料以上标准国内采标情况见附录NA。3术语和定义
下列术语和定义适用于本标准。3.1
bending strengthratio
抗弯强度比
旋肩式内、外螺纹旋紧配合时，外螺纹接头最后丝扣啮合处的抗弯截面模数与外螺纹接头顶端外的内螺纹接头的抗弯截面模数的比值。3.2
倒角直径beveldiameter
旋转台肩连接接触面的外径。
钻头短节bit sub
通常两端为内螺纹、用于连接钻头和钻柱的接头。1）美国测试材料协会（地址：100BarrHarborDrive，WestConshocken，Pennsylvania19428）美国国家防腐工程师协会（P.O.Box218340，Houston，Texas77218-8340）2）
GB/T24956—2010
安boxconnectionwwW.bzxz.Net
内螺纹连接
石油管材具有内(阴)螺纹的螺纹连接3.5
calibrationsystem
校准系统
量规校准和控制的相关文件。
二级Class2
对旧钻杆和油管的一种API使用分级。3.7
coldworking
冷加工
金属在足够低的温度下引起或确保永久应变的塑性变形。3.8
corrosion
由所处环境引起的材料改变或性能下降。3.9
临界转速
criticalrotaryspeed
出现共振时的旋转速度。这些振动可能造成疲劳失效、过度磨损或弯曲。3.10
脱碳decarburization
加热时介质表面与碳发生反应，从而造成铁合金表面的碳损失的现象。3.11
牙底高
dedendum
螺纹节线与牙底的距离。
狗腿dogleg
用于描述井眼或沟槽方向急剧变化的术语，也适用于钢丝绳或管柱的永久性弯曲。3.13
doglegseverity
狗腿严重度
并眼的并斜和（或)方位变化量的度量单位，通常用/100ft(井段长度)来表示。3.14
通径规drift
检查钻、钻杆、套管、油管、接头、水管和管线最小内径的量规。3.15
钻链drillcollar
设计用来提供刚度和钻压的厚壁管子或管状物。3.16
钻杆drillpipe
两端有特殊螺纹连接(即工具接头)的一段钢管。3.17
drill stringelement
钻柱组件
用钻杆接头连接的每根钻杆。
失效failure
装置或设备的性能已不适合甚至妨碍完成其设计功能。3.19
疲劳fatigue
GB/T24956—2010
材料局部受交变应力作用并在交变应力足够大之后累积产生裂纹或发展成裂缝，从而导致材料局部永久性结构发生改变的渐进过程。3.20
疲劳失效fatiguefailure
一种受最大值低于材料抗拉强度的交变应力作用而产生的失效。3.21
疲劳裂纹fatiguecrack
材料因疲劳而产生的裂纹。
锻造（锻件）forging
1）一般是热锻，用或不用冲模在外力作用下将金属塑性加工成型。2）用锻造方法制成成型的金属部件。3.23
方钻杆kelly
用于连接水龙头和钻柱外形为四方形或六边形的钢管。方钻杆穿过转盘转动并向钻柱传递扭矩。3.24
方钻杆保护接头kellysaversub
连接在方钻杆底部的短节，用于保护方钻杆的外螺纹端在上扣、卸扣作业期间不受磨损。3.25
最后啮合齿lastengagedthread
与内螺纹啮合的外螺纹或与外螺纹啮合的内螺纹的最后一道螺纹。3.26
方钻杆下旋塞lowerkellyvalve
紧接在方钻杆以下的基本可完全打开的阀，外径和钻杆接头外径相等。在带压状态下可关闭该阀以卸下方钻杆，可在强行起下钻作业中下钻。3.27
旋接台肩make-upshoulder
旋转台肩连接上的密封台肩。
最小上紧扭矩minimummakeuptorque在外螺纹上产生拉应力或在内螺纹产生压应力所需的最小扭矩。这个任意得出的应力可理解为在多数钻井条件下都足以防止井下卸开和因弯曲载荷使台肩分离的力。3.29
最小外径
minimumOD
对于旋肩式钻杆接头，其最小外径是旋转时确保丝扣连接强度为钻杆本体强度一定比例的最小内螺纹外径。
GB/T249562010
油基钻井液oilmuds
是指油为连续相、水为分散相的特殊类型钻井液。这类钻井液含有氧化沥青和通常以1：5的比例乳化进含有氢氧化钠或氧化钙和有机酸体系的水，也可含有硅酸盐、盐和磷酸盐。油基钻井液与反相乳化钻井液（两者都是油包水乳化钻井液）的区别在于水的加量、控制黏度和触变性的方法、造壁材料以及滤失性的不同。
外螺纹端pinend
石油管材具有外(阳)螺纹的螺纹连接。3.32
平端plainend
钻杆、油管或套管没有丝扣的端部。管柱两端可加厚也可不加厚。3.33
premiumclass
对旧钻杆和油管的一种API使用分级。3.34
淬火和回火quenchedandtempered淬火一通过奥氏体化使铁合金硬化，然后迅速冷却以使部分或全部奥氏体转变成马氏体。回火一将淬火硬化或正火的铁合金重新加热到低于转变区的温度，然后按所要求的速率冷却。3.35
类range
API石油管材的种按长度分级的方法。3.36
旋转台肩连接rotaryshoulderedconnection钻柱组件所应用的一种具有粗牙、锥形螺纹和密封台肩的连接。3.37
抗剪强度shearstrength
当施加力和阻力反向平行并偏移一定距离，在横截面上产生裂缝时所需的力。其值为：最大载荷除以被剪切分开的原始横截面面积。3.38
卡卡瓦区
sliparea
从钻杆接头和吊卡台肩的接合处沿管体48in距离内所包含的区域。3.39
Estress-relieffeature
应力释放特征
在旋转台肩连接上进行处理，去除外螺纹或内螺纹未啮合的螺纹。经过这种处理钻柱柔性更强，减少了高应力集中区产生疲劳裂纹的机率。3.40
水龙头swivel
安装在钻柱顶部可以同时实现循环和旋转的装置。3.41
tensile strength
抗拉强度
材料能够承受的最大拉伸应力。抗拉强度根据在拉伸测试期间断裂时的最大载荷和试件的原横截面积计算。
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