在钻进过程中，钻杆柱承受着各种载荷的作用，钻杆柱的弯曲不仅对钻杆柱造成严重的应力，而且在弯曲条件下钻杆柱自转造成的疲劳破坏是十分严重的，因此，钻杆柱必须具有足够的强度，以承受各种可能的载荷。
1）轴向压力和拉力
当钻孔达到一定深度时，孔内钻杆柱的质量已超过了钻头所能承受的钻压值，则必须减压钻进。即上部钻杆柱受拉，其中孔口处拉力最大，向下逐渐减小；下部钻杆柱受压，孔底压力最大（图5-3）。在某一深处轴向力等于零，称之为零断面或中和点。在施工设计中应使中和点落在刚度大、抗弯能力强的钻铤上，保证上部的钻杆处于受拉伸的稳定状态。即使在小口径的条件下，不可能使用钻铤，也应避免中和点落在强度和刚度较弱的旧钻杆上，以免加剧其受压弯曲，在自转中造成疲劳破坏。
图5-3 轴向力分布示意图
（1）钻杆柱在泥浆中空转时所受的拉应力。
在垂直孔中，钻杆柱在泥浆中的重力Q1为：
式中：α——考虑接箍和管端加厚对钻杆单位长度质量的修正系数，1.05～1.10；
q0——每米长度的钻杆重量，N/m；
L——钻杆柱长度，m；
γm——冲洗液密度，kg/m3；
γs——管材密度，kg/m3。
孔口处钻杆柱横截面的拉应力σl为：
式中：F——孔口处钻杆柱横截面积，m2。
孔口以下钻杆柱某一横截面的拉伸负荷Qi为：
式中：F——钻杆柱横截面积，m2；
Li——横截面以下钻杆柱的长度，m；
g——重力加速度，9.8m/s2；
L、α、γm、q0——符号意义同前。
孔口以下钻杆柱某一横截面的拉应力σti为：
（2）钻进时孔口处钻杆柱所受的拉应力。
式中：P——钻压，N；
其他符号意义同前。
（3）提升钻杆柱所产生的拉应力。
在垂直孔中提升钻杆柱最大的拉力Q为：
式中：Q1——意义同前；
Q2——提升钻柱时孔内增加的阻力，N；(www.xing528.com)
Q3——提升加速度的惯性力，N。
其中，Q2力与孔斜状态、孔壁间隙、孔壁岩石性质及状态、泥浆性能、钻杆柱本身的刚度及弯曲状态等因素有关，难于精确计算，应据现场具体条件测定；Q3力取决于提升操作状况，在操作中快速猛提会使加速度很大，从而增大惯性拉力。实际准确计算Q3力有困难，一般也采用钻杆柱重量乘以一个增大系数k的办法来确定，如取k=1.2～1.3。
2）弯矩与离心力
已经弯曲的钻杆柱在轴向力的作用下，将受到弯矩的作用，如绕自身轴旋转则会产生交变的弯曲应力。如钻杆柱公转，则产生离心力。离心力又将加剧钻杆柱的弯曲变形。
若把钻杆的弯曲视为正弦波形（参见图5-2），钻杆柱的弯曲曲线方程式为：
由材料力学知，弯曲曲线的方程式为：
若取π2≈10，E=2×105 MPa，则得：
式中：f——最大挠度，为钻孔直径D与钻杆直径d的一半；l的计算单位为m；d的计算单位为cm。
由式（5-10）可知，钻杆柱的弯曲应力与钻杆直径和最大挠度f成正比，而与半波长度的平方成反比。所以半波长越小，弯曲应力越大。由萨尔基索夫公式知，半波长度又与ω（转速）成反比，所以半波长受钻杆柱转速的影响较大。高转速产生更大的离心力，加强了钻杆柱的弯曲。
3）扭矩
在正常钻进条件下，回转钻杆柱所需的功率Nd为：
式中：N1——空转钻杆柱的功率，kW；
N2——克服由于传送钻压、钻杆柱弯曲并与孔壁接触而产生摩擦阻力时增加的功率，kW；
N3——钻头破碎岩石所需的功率（包括钻头与孔底的摩擦功率），kW。
考虑到钻杆尺寸及连接方式、钻孔直径、孔斜情况及孔壁状态、钻头类型及孔底岩石性质等因素差异很大，所以通过理论计算确定的N1、N2、N3值往往误差很大，通常需要在具体条件下进行实际测量或依据经验数据而定。在确定钻杆柱上端所传送的总功率后，在一定的转速条件下，即可按式（5-12）算得钻杆柱上端承受的最大扭矩M（N·m）。
式中：Nd——回转钻杆柱所需的功率，kW；
n——立轴转速，r/min；
η——传动效率。
钻进中钻杆柱受到扭矩的作用，在钻杆柱各个截面上都产生剪应力。钻杆柱在孔口处承受的扭矩最大，在孔底最小。
4）纵振、扭振与摆振
孔底跳跃式的破碎岩石（尤其是冲击钻进、牙轮钻进或钻进裂隙性岩石的条件下）会引起钻杆柱的纵向振动，在中和点附近产生交变的轴向应力。当产生共振时，钻杆柱容易疲劳破坏。当孔底岩石对钻头的回转阻力不断变化时，会引起钻杆柱的扭转振动，从而产生交变的剪应力。在某一临界转速下，钻杆柱会出现摆振，其结果是迫使钻杆柱公转，引起钻杆柱严重的偏磨。
由以上分析不难看出，钻杆柱受力严重的部位是下部，孔口处和零断面附近。
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