钻杆是钻进过程中的一个重要零部件,但是由于卡钻、蹩钻和跳钻等问题使得钻杆往往是钻井设备中的一个最薄弱环节。在钻杆失效事故中,钻杆断裂是最常见和危险的情况,给油田带来了重大的损失。断裂的主要形式是裂纹扩展,而横向外表面半椭圆是裂纹中比较危险的一种。本文利用abaqus探究了部分5in钻杆横向外表面半椭圆裂纹情况,并以30CrMo作为钻柱材料,利用Ramberg-Osgood幂硬化关系作为本构模型,数值研究了井口附近受拉扭组合载荷的钻杆弹塑性断裂性能,得到不同裂纹深度下半椭圆表面裂纹的临界形状比,发现随着裂纹扩展,其裂纹前缘越来越平坦。当相对裂纹深度α/t>0.7以后,J积分中的塑性成分Jp在整个J积分中所占的比例迅速增大。此外对于井口附近钻杆所受到的拉扭组合载荷,验证了叠加原理对其外表面半椭圆裂纹断裂性能的适用性,通过研究J积分分别相对于拉力和扭矩的变化率发现,扭矩波动对J积分的影响远大于拉力波动对J积分的影响,钻柱表面裂纹在扭矩波动下更容易扩展,对钻柱的危害也更大。当钻杆外表面横向半椭圆裂纹的深度逐渐加深时,就会变成临界穿透裂纹。这种类型的裂纹最深点附近J积分会比其他区域大很多。因而,临界穿透裂纹的裂纹最深点会加速扩展。当裂纹穿透钻杆壁厚时,裂纹形状仍然近似一半椭圆,并且此时内表面附近裂纹点要比外表面附近点的扩展速度快。当部分穿透裂纹继续扩展时,裂纹前沿会逐渐趋于平坦,并近似一条穿过钻杆轴心的直线。在钻柱动态断裂特性方面,通过分析拉伸阶跃载荷作用下的—含表面裂纹矩形板确定适合的计算时间步长,根据该步长计算得到钻杆外表面裂纹在拉伸阶跃载荷、扭矩阶跃载荷和碰撞冲击载荷下的动态特性,发现在拉伸阶跃载荷和扭矩阶跃载荷的情况下,J积分的峰值分别比静态加载情况提高了40%和60%。此外,计算发现钻杆接头的横向碰撞载荷对钻杆横向外表面裂纹的影响不大。