第二节 钻柱
第二章 2-钻柱
二、钻柱的工作状态及受力
（一）钻柱的工作状态
钻柱主要是在起下钻和正常钻进这两种条件下工作的。 起下钻时，钻柱处于受拉伸的直线稳定状态。 正常钻进时，上部钻柱受拉伸而下部钻柱受压缩。
小钻压且井眼直时，钻柱是直的； 压力达到钻柱的临界压力值，下 部钻柱将失去直线稳定状态而发生弯 曲并与井壁接触于某个点(称为“切 点”)，这是钻柱的第一次弯曲 （Bulkling of the first oder)； 增大钻压，则会出现钻柱的第二 次弯曲或更多次弯曲。
级
105（G） 723.95 105000 930.79 135000 792.90 115000
135（S） 930.70 135000 1137.64 165000 999.74 145000
（3）钻杆接头及丝扣 钻杆接头是钻杆的组成部分，分公接头和母接头 钻杆接头壁厚较大，接头外径大于管体外径，用强度更
3、弯曲力矩(Bending Moment) 其大小与钻柱的刚度、 弯曲变形部分的长度及最大挠度等因 素有关。 4、离心力（Centrifugal force） 5、外挤压力(Collapsing Pressure)：中途测试和卡瓦悬持。 6、纵向振动(Axial Vibration)：钻柱中性点附近产生交变的 轴向应力。纵向振动和钻头结构、所钻地层性质、泵量不均匀、钻 压及转速当等因素有关。
式中： Fw —钻进时（有钻压）钻柱任一
截面上的轴向拉力，kN；
w —钻压，kN。
图2-36 钻柱轴向力分布
中性点：钻柱上轴向力为零的点(Ｎ点)(亦称中和点， Neutral Point )。
垂直井眼中钻柱的中性点高度可按下式确定：
LN
W qc K
式中： LN —中性点距井底的高度，m。
钻头钻柱及井口工具
钻头、钻柱及井口工具第一节刮刀钻头 (1)第二节牙轮钻头 (2)第三节金刚石钻头 (9)第四节 PDC 钻头 (12)第五节钻柱及其受力情况 (16)第六节钻柱的损坏及合理使用 (17)第七节井口工具 (19)钻头是破碎岩石形成井眼的主要工具，可根据其结构、功用及原理进行分类，现场常用的钻头有刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头、PDC钻头等。
第一节刮刀钻头刮刀钻头是旋转钻井法中最早使用的钻头，它的结构简单，制造方便，在泥岩、疏松的砂岩、泥质砂岩、页岩等低硬度、高塑性地层中钻进，可得到较高的机械钻速和钻头进尺，并且各油田均能自己设计和制造。
刮刀钻头按刀片的数量不同可分为两翼刮刀钻头、三翼刮刀钻头、四翼刮刀钻头等。
最常用的是三翼刮刀钻头。
由于刮刀钻头需要扭拒大，容易扭断钻具目前已经很少使用。
2、 巴掌第二节牙轮钻头牙轮钻头是石油钻井中使用最广泛的钻头。
这是由于牙轮钻头旋转时具有冲 击、压碎和剪切破碎岩石的作用，牙齿与井底的接触面积小，比压高、工作扭矩 小、工作刃总长度大等。
因而使牙轮钻头能适用于多种性质的岩石，成为使用最 广泛的钻头。
牙轮钻头可按牙轮数目的多少分为单牙轮钻头， 双牙轮钻头、三牙轮钻头和 多牙轮钻头等。
目前普遍使用的是三牙轮钻头。
、三牙轮钻头的结构三牙轮钻头可分为五个部分，即钻头体、巴掌、牙轮、轴承和水眼。
密封喷 射式钻头除上述基本部分外，还有储油补偿系统。
1、钻头体钻头体上部车有丝扣用于连接钻柱，下部带有巴掌。
钻头体上镶装喷嘴。
牙 轮钻头可分为有体式和无体式两类。
钻头体与巴掌分别制造，然后将巴掌焊接在 钻头体下侧的叫做有体式钻头，这种钻头的上部丝扣均为母扣；巴掌与三分之一 钻头体做为一体，然后将三部分合焊在一起的叫做无体式钻头， 无体式钻头均为 公扣。
巴掌与牙轮轴相连，上面有轴颈，用于支承牙轮。
3•牙轮牙轮是一个外面带有牙齿，内腔加工成与轴颈相对应的滚动体跑道 （或滑动 磨擦面）的锥体，分单锥与复锥两种结构，如图 5-5所示。
20101029-第三章 钻柱
¾钻柱(Drill String)：钻头以上，水龙头以下的钢管柱的总称。
¾组成：方钻杆(Kelly)、钻杆(Drill Pipe)、钻铤(Drill Collar)、各种接头(Joint)及稳定器(Stabilizer)等井下工具。
如图所示。
¾主要功用：①构成钻井液井内循环通道。
②转盘钻进中，旋转传递扭矩。
③钻铤部分给钻头施加钻压。
④进行其它作业：取心、打捞、处理事故、钻杆中测等。
返回第一节钻柱的各部分结构、规范对边宽图示二、钻杆主要作用：传递扭矩，输送钻井液，延伸钻柱钻杆单根：接头，管体，对焊处。
1.为了加强对焊处的强度，常要在管体两端进行加厚。
加厚形式有：①内加厚，②外加厚，③内外加厚。
2.根据接头与管体连接特点，把接头分为三种类型：（1）内平接头----字母代号→NP，API代号→IF，习惯用数字代号→1。
（2）贯眼接头----字母代号→GY，API代号→FH，习惯用数字代号→2。
（3）正规接头----字母代号→ZG，API代号→REG，习惯用数字代号→3。
提示：IF—internal flush，FH—full hole，REG—regular。
3.钻杆通称尺寸：指钻杆管体外径（毫米或英寸）。
常用钻杆有：88.9mm(3 1/2 ″) 114.3mm(4 1/2 ″) ，127mm(5″) 。
4.钻杆壁厚一般为9～11毫米，杆单根长度8～12米。
5.钻杆钢级：D、E、X(95)、G(105)、S(135)。
三、钻铤1、主要作用：①靠其重量给钻头施加钻压；②控制井斜。
2、通称尺寸：指钻铤外径（毫米或英寸）。
常用的有：158.8mm（6 1/4〃），177.8mm（7〃），203.2mm（8〃），228.6mm（9〃）。
3、钻铤壁厚一般为38～53毫米，相当于钻杆壁厚的4～6倍，其长度一般为8～12米。
4、钻铤形状：圆形、螺旋形、方形、三角形。
——上图摘自李佳明主编《最新钻井工具技术手册》四、稳定器/扶正器2.丝扣连接：丝扣连接原则：①尺寸相等；②扣型相同；③公母扣相配。
钻井工程理论与技术 第二章 钻进工具——钻柱(3学时)
（2）旋转运动形式
自转——钻柱磨损均匀；在弯曲井段受交变弯曲应力 公转——钻柱偏磨；受离心力作用 自转+公转 振动——纵振、扭振、横振，产生交变应力
二、钻柱的工作状态及受力
（二）钻柱受力分析
1. 轴向力
（1）自重：
F
F0 q p L p qc Lc
qp,Lp
（2）浮力： FB d (q p Lp qc Lc ) / s
第二节 钻柱
一、钻柱的作用与组成 二、钻柱的工作 状态与受力分析 三、钻柱设计
三、钻柱设计
◆ 设计内容：
（1）尺寸选择 （2）钻铤柱长度计算 （3）钻杆柱强度设计及较核。
设计原则：
（1）满足强度（抗拉、抗挤强度等）要求，保证钻柱安全工作；
（2）尽量减轻整个钻柱的重力，以便在有限的钻机承载能力下 钻更深的井。
（1）选择第一段钻杆（接钻铤）
① 选用外径127mm、内径108.6mm，每米重284.69N/m，E级新钻
杆，最小抗拉载荷=1760KN。 ② 最大长度计算: 最大安全静拉载荷为:
Fa1 0.9 Fy St
=0.9×1760/1.30=1218.46(kN)
Fa1 0.9 Fy y t =0.9×1760/1.42=1115.49(kN)
三、钻柱设计
（四）典型钻柱的设计举例
2. 钻铤柱设计：
① 选用外径158.75mm(6-1/4in)、内径57.15mm、 qc=1.35kN/m的钻铤 ② 计算钻铤长度:
Lc Wmax S N (qc K B cos )
式中: Wmax ─最大钻压,180 kN; S N ─安全系数,取 =1.18;
三、钻柱设计
钻柱
Fw = 0.9 Fy
Fw ：钻柱工作时允许受到的最大轴向载荷
Fy ：材料最小屈服强度下的抗拉力
2. 钻柱允许的最大静拉载荷 Fa
Fa ：钻柱在钻井液中重量产生的轴向载荷。
Fa < Fw
钻柱设计
2. 钻柱允许的最大静拉载荷 Fa 1）安全系数法 Fw Fa = Sp
S p ：设计安全系数 S p = 1.3 ~ 1.6
钻柱设计
1. 钻具尺寸的选择： 钻具组合书写表示方法： 215毫米钻头（钻头高度，m）+420×520（长度，m）+178毫 米钻铤（长度，m） +521×410 （长度，m） +159毫米钻铤 （长度，m） +127毫米钻杆（长度，m） +411×520 （长度 ，m） +133毫米方钻杆（方入，m）+水龙头（631反）
钻柱设计
2.钻铤长度的确定： 原则： 钻铤在泥浆中的重量为所需最大钻压的1.2～1.3倍。
S n ⋅ Wmax 计算公式为： Lc = qc ⋅ K b ⋅ cos α
Lc ——钻铤长度，米；
α ——井斜角,度
Wmax ——最大钻压，牛；
qc
Kb
Sn
——钻铤的每米重量，牛/米 ——浮力系数 ——设计安全系数
钻柱设计
1. 钻具尺寸的选择： 常用钻具组合： 12 ¼” 以上井眼： 钻头+9”钻铤+8”钻铤+7”钻铤+5”钻杆+5 ¼”方钻杆 8 1/2” 井眼： 钻头+ 6 1/2”钻铤+6 1/4”钻铤+5”钻杆+5 ¼”方钻杆 6” 井眼： 钻头+ 4 3/4”钻铤+3 1/2”钻杆+ 3 1/2”方钻杆
钻头与钻柱b
#八个系列，分别用代号Y、P、MP、MPB、HP、HPB、XMP、XH表示，各代号的意义如下：
SY-普通齿牙轮钻头；
SP-喷射式齿钻头；
SMP-滚动密封轴承喷射式齿钻头；
SMPB-滚动密封轴承喷射式保径钻头；
SHP-滑动密封轴承喷射式铣齿钻头；
SHPB-滑动密封轴承喷射式保径钻头；
S刮刀片又称刀翼，是刮刀钻头主要工作部件。
S钻进时依靠刀片破碎岩石。刮刀片是用35Cr Mo或35Si CrMoV合金钢锻制成形的。在刀片上刨
#槽和钻孔，槽和孔内镶 焊硬质合金或人造聚晶金刚石，以增加刀片的耐磨性。刮刀片有一定
#的几何形状，常用切削角、刃尖角、刃前角和刃后角等参数来描述刀片结构。
S第一位数字表示牙齿类型及适钻地层：
S1- 铣齿，软地层；
S2- 铣齿，中到中硬地层；
S3- 铣齿，硬、研磨性或半研磨性地层；
S4- 备用；
S5- 镶齿，软到中等地层；
S6- 镶齿，中硬地层；
S7- 镶齿，硬、研磨性或半研磨性地层；
S8- 镶齿，极硬、高研磨性地层
S第二位数字表示所钻地层再细分为1，2，3，4四个硬度等级。
#软到中硬地层。牙轮内腔由三条轴承跑道，与牙爪上的牙轮轴配合组成轴承腔室。牙轮
#钻头主要靠牙轮上的牙齿来破碎岩石。牙轮上的牙齿分为钢齿和硬质合金齿两种。钢齿
#是由牙轮毛胚经铣削加工而成，多为楔形齿，主要用于软地层。硬质合金齿由钨钴合金
#材料烧结而成，其头部有多种形状（如楔形、锥形、球形等），体部均为圆柱形，经紧
#钻头旋转破碎岩石和循环钻井液洗井形成了整个钻进过程。
钻柱设计
第二节钻柱与下部钻具组合设计一、钻柱设计与计算合理的钻柱设计是确保优质、快速、安全钻井的重要条件。
尤其是对深井钻井，钻柱在井下的工作条件十分复杂与恶劣，钻柱设计就显得更加重要。
钻柱设计包括钻柱尺寸选择和强度设计两方面内容。
在设计中，一般遵循以下两个原则：第一，满足强度（抗拉强度、抗击强度等）要求，保证钻柱安全工作；第二，尽量减轻整个钻柱的重力，以便在现有的抗负荷能力下钻更深的井。
（一）钻柱尺寸选择具体对一口井而言，钻柱尺寸的选择首先取决于钻头尺寸和钻机的提升能力。
同时，还要考虑每个地区的特点，如地质条件、井身结构、钻具供应及防斜措施等。
常用的钻头尺寸和钻柱尺寸配合列于表2-21供参考。
从上表可以看出，一种尺寸的钻头可以使用两种尺寸的钻具，具体选择就要依据实际条件。
选择的基本原则是：1．钻杆由于受到扭矩和拉力最大，在供应可能的情况下，应尽量选用大尺寸方钻杆。
2．钻机提升能力允许的情况下，选择大尺寸钻杆是有利的。
因为大尺寸钻杆强度大，水眼大，钻井液流动阻力小，且由于环空较小，钻井液上返速度高，有利于携带岩屑。
入境的钻柱结构力求简单，以便于起下钻操作。
国内各油田目前大都用127mm(5 in)钻杆。
3．钻铤尺寸决定着井眼的有效直径，为了保证所钻井眼能使套管或套铣筒的顺利下入，钻铤中最下部一段（一般应不少一立柱）的外径应不小于允许最小外径，其允许最小钻铤外径为允许最小钻铤外径＝2×套管接箍外径－钻头直径当钻铤柱中采用了稳定器，可以选用稍小外径的钻铤。
钻铤柱中选用的最大外径钻铤应以保证在可能发生的打捞作业中能够被套铣为前提。
在大于241.3mm的井眼中，应采用复合钻铤结构。
但相邻两段钻铤的外径一般以不超过25.4mm为宜。
4．钻铤尺寸一般选用与钻杆接头外径相等或相近的尺寸，有时根据防斜措施来选用钻铤的直径。
近些年来，在下部钻具组合中更多的使用大直径钻铤，因为使用大直径钻铤具有下列优点：1）用较少的钻铤满足所需钻压的要求，减少钻铤，也可减少起下钻时连接钻铤的时间；2）高了钻头附近钻柱的刚度，有利于改善钻头工况；3）铤和井壁的间隙较小，可减少连接部分的疲劳破坏；4）利于放斜。
钻柱力学二
2、钻杆长度的计算：
17
钻杆设计所必须的参数包括设计下入深度、井眼尺寸、泥浆
密度、抗拉安全系数、钻铤长度、外径和钻杆规范等级。
1）、单一钻杆尺寸的长度：由： Pa max Lp qp Lc qc k f
得：
Lp
Pa m ax kf
Lc
qc
qp
——————（2-10）
2）、按拉力余量法计算钻杆长度时，其最大长度为：
9
二、钻柱悬挂时（卡瓦）的受力分析与计算
1、卡瓦分类：
它是减轻操作劳动强度，加快起下钻作业的重要工具之一。
（1）、根据卡瓦长度大小分：普通卡瓦、加长卡瓦和特殊卡 瓦几种。普通卡瓦用于2500（米）以上的井深，加长卡瓦用 于2500—4500（米）井深的井，而特殊卡瓦用于语4500— 900（米）的超深井。 （2）、按卡瓦片数可分：三片、多片卡瓦。 （3）、按包角划分可分：为连续大包角和不连续小包角卡瓦 。按用途又分：钻杆、钻铤和套管和油管卡瓦。
可见对于 d02 = 127.0mm的钻杆拉力余量是足够的；但它不 能满足足够的安全系数的要求， 因此难以防止由于动载的影 响而超过其抗拉强度或卡瓦挤毁钻杆的要求。得出结论：
合理的钻柱设计，既要满足最基本的（卡瓦挤毁）设计系数 和安全系数，又要给出足够的拉力余量的值。一般来讲，钻 柱设计受力计算中，钻柱的最大允许静拉负荷取决于安全系 数、最小的设计系数（即：s/t的比值）和拉力余量三个因 素。然后从三者中取最低的值作为最大允许静拉负荷。
4、允许静拉负荷 Pamax的确定方法及实例
将式（2-2）代入（2-3、4、5）式后，可用Py代替Pw。那 么，三种确定Pamax分别为：
Pamax = 0.9Py/nn——————————（2-6a）
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第二节钻柱一、钻柱的作用与组成二、钻柱的工作状态与受力分析三、钻柱设计一、钻柱的组成与作用（一）钻柱的组成钻柱(Drilling String)是水龙头以下、钻头以上钢管柱的总称。
它包括方钻杆(Square Kelly)、钻杆(Drill Pipe)、钻挺(Drill Collar)、各种接头(Joint)及稳定器(Stabilizer)等井下工具。
(一)钻柱组成(一）钻柱的组成钻柱是钻头以上，水龙头以下部分的钢管柱的总称.它包括方钻杆、钻杆、钻挺、各种接头(Joint)及稳定器等井下工具。
（二）钻柱的作用(见动画)(1)提供钻井液流动通道；(2)给钻头提供钻压；(3)传递扭矩；(4)起下钻头；(5)计量井深；(6)观察和了解井下情况(钻头工作情况、井眼状况、地层情况)；(7)进行其它特殊作业（取芯、挤水泥、打捞等）；(8)钻杆测试(Drill-Stem Testing),又称中途测试。
1. 钻杆(1)作用：传递扭矩和输送钻井液，延长钻柱。
(2)结构：管体+接头，由无缝钢管制成。
1. 钻杆(3)连接方式及现状：a.细丝扣连接，对应钻杆为有细扣钻杆。
b.对焊连接，对应钻杆为对焊钻杆。
1. 钻杆(4)管体两端加厚方式：常用的加厚形式有内加厚(a)、外加厚(b)、内外加厚(c)三种.(a) (b) (c)（5）规范壁厚：9 ～11mm 外径：长度：根据美国石油学会(American Petroleum Institute,简称API)的规定，钻杆按长度分为三类："21,"21 ,"21,"87 ,835139.70 ,500.127 430.1144101.60390.88 273.00 230.60第一类 5.486～6.706米(18～22英尺)；第二类8.230～9.144米(27～30英尺); 第三类11.582～13.716米(38～45英尺)。
常用钻杆规范（内径、外径、壁厚、线密度等）见表2-12（6）钢级与强度钻 杆 钢 级物 理 性 能D E95（X）105（G）135（S）MPa379.21517.11655.00723.95930.70最小屈服强度lb/in2550007500095000105000135000 MPa586.05723.95861.85930.791137.64最大屈服强度lb/in285000105000125000135000165000 MPa655.00689.48723.95792.90999.74最小抗拉强度lb/in295000100000105000115000145000钢级：钻杆钢材等级，由钻杆最小屈服强度决定。
API钢级：D、E、95(X)、105(G)、135（S）级(7)钻杆接头及丝扣a.接头类型：公接头、母接头；b.钻杆接头特点：壁厚较大，外径较大，强度较高，30CrMo。
c.丝扣连接条件：尺寸相等，丝扣类型相同，公母扣相匹配。
d.钻杆接头类型：内平（IF）、贯眼（FH）、正规（REG）；e.标准：新旧两种标准。
有细扣钻杆、NC系列(8)接头的三种方式⏹内平式(IF)：主要用于外加厚钻杆。
其特点是钻杆通体内径相同，钻井液流动阻力小；但外径较大，容易磨损。
⏹贯眼式(FH)：主要用于内加厚钻杆。
其特点是钻杆有两个内径，钻井液流动阻力大于内平式，但其外径小于内平式。
⏹正规式(REG)：主要用于内加厚钻杆及钻头、打捞工具。
其特点是接头内径 加厚处内径 管体内径，钻井液流动阻力大，但外径最小，强度较大。
三种类型接头均采用V型螺纹，但扣型、扣距、锥度及尺寸等都有很大的差别。
接头的三种方式内平式(IF)：主要用于外加厚钻杆。
其特点是钻杆通体内径相同，钻井液流动阻力小；但外径较大，容易磨损。
接头的三种方式贯眼式(FH)：主要用于内加厚钻杆。
其特点是钻杆有两个内径，钻井液流动阻力大于内平式，但其外径小于内平式。
接头的三种方式正规式(REG)：主要用于内加厚钻杆及钻头、打捞工具。
其特点是接头内径 加厚处内径 管体内径，钻井液流动阻力大，但外径最小，强度较大。
三种类型接头均采用V型螺纹，但扣型、扣距、锥度及尺寸等都有很大的差别。
(9)NC型系列接头a.举例NC23，NC26，NC31，NC35，NC38，NC40，NC44，NC46，NC50，NC56，NC61，NC70，NC77b.表示：NC＋两位数字NC—National Coarse Thread，（美国）国家标准粗牙螺纹。
xx—表示基面丝扣节圆直径，用英寸表示的前两位数字乘以10。
如：NC26表示的节圆直径为2.668英寸。
NC型系列接头c.使用现状NC螺纹也为V型螺纹, 表2-17所列的几种NC型接头与旧API标准接头有相同的节圆直径、锥度、螺距和螺纹长度，可以互换使用。
表2-17 可以互换使用的接头数字型接头NC26NC31NC38NC40NC46NC50旧API接头283IF287IF321IF4IF4FH421IF(10)其它接头a.配合接头b.保护接头2. 钻铤(1)位置：最下端，下部钻具组合主要组成部分。
(2)结构特点：管体两端直接车制丝扣，无专门接头；壁厚大(38-53毫米)，重量大，刚度大。
(3)主要作用：(a)给钻头施加钻压;(b)保证压缩应力条件下的必要强度;(c)减轻钻头的振动、摆动和跳动等，使钻头工作平稳；(d)控制井斜。
2. 钻铤(4)类型：光钻铤、螺旋钻铤、方钻铤、三角形钻铤。
(5)常用尺寸：6-1/4〃，7 〃，8 〃，9 〃158.8\177.8\203.2\228.6\2543.方钻杆(1)类型：四方形、六方形(2)特点：壁厚较大，由合金钢制造，抗拉强度及抗扭强度较高；(3)主要作用：传递扭矩和承受钻柱的全部重量。
(4)常用尺寸：89mm(3.5英寸)，108mm (4.5英寸)，133.4mm (5.5英寸)。
(5)长度：全长12.19，驱动部分长：11.25m(6)扣：上反下正4.稳定器类型：刚性稳定器、不转动橡胶套稳定器、滚轮稳定器。
作用：1）直井防斜；2）定向井控制井眼轨迹；3）提高钻头工作稳定性。
扶正器二、钻柱的工作状态和受力分析⏹(一)工况及钻井方式（边界条件）⏹不同的钻井工况和钻井方式下，钻柱的受力、变形和运动不同。
1.正常钻进、起下钻是钻柱受力最具代表性的工况。
2.转盘钻(顶驱钻、井底动力钻)是钻柱受力最具代表性的钻井方式。
1.起下钻工况直井：拉伸的直的稳定状态。
斜井：随井眼倾斜和弯曲，滑动。
2.正常钻进工况上部受拉伸，下部受压弯曲；在扭矩作用下旋转运动。
3.下部钻柱弯曲的原因：钻压的作用使下部钻柱受压缩，当压力达到钻柱的临界压力，钻柱将失去直线稳定状态而发生弯曲并与井壁接触。
压力较大时可能发生多次弯曲。
离心力的作用加剧下部钻柱的弯曲变形，上部受拉伸部分，也可能会弯曲。
扭矩使之呈现螺旋形弯曲状态。
在钻压、离心力及扭矩的作用下，钻柱轴线一般呈变节距螺旋弯曲曲线形状。
（三）钻柱的旋转运动形式（1）自转—钻柱象一根柔性轴，围绕自身轴线旋转。
均匀磨损，易发生疲劳破坏。
（2）公转—钻柱象一个刚体，围绕着井眼轴线旋转并沿着井壁滑动。
产生偏磨。
（3）公转与自转的结合弯曲钻柱围绕井眼轴线旋转，同时围绕自身轴线转动。
滚动、均匀磨损、交变应力次数要小些钻柱的旋转运动形式（4）纵向振动—钻头振动引起，产生交变应力。
（5）扭转振动—由井底对钻头旋转阻力的变化引起，产生交变扭剪应力。
（6）横向摆振—达到某一临界转速，可能产生无规则摆动，产生交变弯曲应力。
钻柱的旋转运动形式一般认为弯曲钻柱旋转的主要形式是自转，但也可能产生公转或两种运动形式的结合。
由于在转动过程中受到阻力的作用，钻具的转动是不平稳的。
弯曲钻柱自转离心力为零，对钻柱弯曲没影响。
（四）钻柱的受力分析1. 受力类型（1）自重产生的拉力（2）钻压产生的压力（3）钻井液的浮力轴向力（4）摩擦阻力（5）循环压降产生的附加拉力（7）起下钻时产生的动载荷（8）扭矩（9）弯曲应力（10）离心力（11）外挤力（12）振动产生的交变应力钻柱受力最严重的部位：1）井口断面拉力最大，对于转盘钻井井口扭距最大，对于井下动力钻具钻井，钻头处扭矩最大；2）下部受压弯曲部分—交变轴向应力、弯曲应力、扭剪应力3）中性点—拉压交变载荷。
1.轴向静载荷计算：1)钻柱在垂直无钻井液井眼中悬挂：式中：F—钻杆任一截面处的拉力，kN；q p ,qc—钻杆、钻铤单位长度的重力(线重)，kN/m；Lc—钻铤的长度，m；L p —截面以下钻杆长度，m。
ccppLqLqF2)钻柱在垂直有钻井液井眼中悬挂：井眼内通常是充满钻井液的，钻柱要受到其向上浮力的作用(图2-35)，使钻柱的轴向拉力减小。
减小程度可用浮力系数K B （buoyanc 或floatage ）表示：线浮重(q m)：单位长度钻柱在钻井液中的重力。
q m = q c ×K Bsd B K /1式中：—钻井液密度，g/cm3；—钻柱钢材密度，取7.85g/cm3。
考虑ＫB ，钻柱任一截面处的轴向拉力Ｆm可按下式计算：Ｆm :浮重。
ds)(FKLqLqKFBccppBm。