石油鉆井設(shè)備與工具鉆具系統(tǒng)

第四章鉆具系統(tǒng)前言

鉆具系統(tǒng)是鉆頭以上、水龍頭以下部分一系列鉆井工具組合的總稱。包括：鉆柱、井下動(dòng)力鉆具以及其它一些輔助鉆井工具。典型的鉆具組合如下:(Φ215.9mmPDC鉆頭)＋（0.75o）172mm螺桿＋Φ158.8mm(無磁鉆鋌)NDC×1根＋Φ215mm穩(wěn)定器＋Φ158.8mm(鉆鋌)DC×11根＋Φ127mm(加重鉆桿)HWDP×20根＋Φ127mm(鉆桿)DP+方鉆桿鉆柱是鉆井的重要工具，它是連通地下與地面的樞紐。在轉(zhuǎn)盤鉆井時(shí)，靠它來傳遞破碎巖石所需要的能量，給井底施加鉆壓，以及循環(huán)鉆井液等。在井下動(dòng)力鉆井時(shí)，井下動(dòng)力鉆具是用鉆柱送到井底并靠它來承受反扭矩，同時(shí)鉆頭和動(dòng)力鉆具所需的液體能量也是通過鉆柱輸送到井底的。

井下動(dòng)力鉆具為井底發(fā)動(dòng)機(jī)，可在井底驅(qū)動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn),是井身軌跡的定向控制的必備工具，同時(shí)可與轉(zhuǎn)盤復(fù)合，實(shí)現(xiàn)復(fù)合鉆井，不僅可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)或滑動(dòng)鉆井，還可提高鉆頭轉(zhuǎn)速，提高鉆井速度。隨著鉆井深度的增加，幾千米甚至上萬米的鉆柱，在井下的工作條件十分惡劣，它往往是鉆井設(shè)備與工具中的薄弱環(huán)節(jié)。時(shí)常導(dǎo)致井下復(fù)雜情況甚至導(dǎo)致井下事故。為避免或便于處理井下復(fù)雜情況，在鉆具組合中還需要其它一些輔助鉆井工具，以實(shí)現(xiàn)快速優(yōu)質(zhì)鉆井及順利完成各種井下作業(yè)。第一節(jié)鉆柱

鉆柱是鉆頭以上，水龍頭以下部分的鋼管柱的總稱。它包括方鉆桿、鉆桿、鉆鋌、各種接頭及穩(wěn)定器等井下工具

一、鉆柱的作用1、鉆柱在鉆井過程中的主要作用(1)為鉆井液由井口流向鉆頭提供通道；(2)給鉆頭施加適當(dāng)?shù)膲毫?鉆壓)；(3)把地面動(dòng)力(扭矩等)傳遞給鉆頭；(4)起下鉆頭；(5)根據(jù)鉆柱的長度計(jì)算井深。2、鉆柱的特殊作用(1)通過鉆柱可以觀察和了解鉆頭的工作情況、井眼狀況及地層情況等;(2)進(jìn)行取心、擠水泥、打撈井下落物、處理井下事故等特殊作業(yè);(3)對地層流體及壓力狀況進(jìn)行測試與評價(jià)。二、鉆柱的組成鉆柱由方鉆桿、鉆桿段和下部鉆具組合三大部分組成。鉆桿段包括鉆桿和接頭，下部鉆具組合主要是鉆鋌，也可能安裝穩(wěn)定器、減震器、震擊器、擴(kuò)眼器及其他特殊工具。鉆柱的具體組成隨不同的目的、要求而不同。

井段鉆具組合直井段Ф165PDC鉆頭+Ф120鉆鋌(14根)+Ф88.9鉆桿造斜段Ф165鉆頭+單彎螺桿+Ф120無磁鉆鋌(1根)+Ф120鉆鋌(13根)+Ф88.9鉆桿增斜段Ф165鉆頭+Ф120短鉆鋌(1根)+Ф161螺旋扶正器(+Ф120無磁鉆鋌(1根)＋Ф120鉆鋌(15根)+Ф88.9鉆桿緩降斜段Ф165鉆頭+Ф120鉆鋌(14根)+Ф88.9鉆桿或者：Ф165鉆頭++Ф161螺旋扶正器＋Ф120鉆鋌(1根)+Ф161螺旋扶正器+Ф120無磁鉆鋌(1根)＋Ф120鉆鋌(15根)+Ф88.9鉆桿1、、鉆鉆桿桿鉆桿桿是是鉆鉆柱柱的的基基本本組組成成部部分分。。它它是是用用無無逢逢鋼鋼管管制制成成，，壁壁厚厚一一般般為為9~11mm。。其其主主要要作作用用是是傳傳遞遞扭扭矩矩和和輸輸送送鉆鉆井井液液，，并并靠靠鉆鉆桿桿的的逐逐漸漸加加長長使使井井眼眼不不斷斷加加深深。。因因此此，，鉆鉆桿桿在在石石油油鉆鉆井井中中占占有有十十分分重重要要的的地地位位。。(1)鉆鉆桿桿結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)與與規(guī)規(guī)范范鉆桿桿由由鉆鉆桿桿管管體體與與鉆鉆桿桿接接頭頭兩兩部部分分組組成成。。鉆鉆桿桿管管體體與與接接頭頭的的連連接接有有兩兩種種方方式式：：一一種種是是用用細(xì)細(xì)絲絲扣扣連連接接，，即即管管體體兩兩端端都都車車有有細(xì)細(xì)公公扣扣，，與與接接頭頭一一端端的的母母細(xì)細(xì)扣扣相相連連接接，，稱稱這這種種鉆鉆桿桿為為有有細(xì)細(xì)扣扣鉆鉆桿桿；；另另一一種種是是管管體體與與接接頭頭用用摩摩擦擦焊焊對對焊焊在在一一起起，，稱稱這這種種鉆鉆桿桿為為對對焊焊鉆鉆桿桿。。有細(xì)細(xì)扣扣鉆鉆桿桿目目前前已已基基本本淘淘汰汰，，我我國國現(xiàn)現(xiàn)在在生生產(chǎn)產(chǎn)或或進(jìn)進(jìn)口口的的鉆鉆桿桿全全部部為為對對焊焊鉆鉆桿桿(無無細(xì)細(xì)扣扣鉆鉆桿桿)。。為了了增增強(qiáng)強(qiáng)管管體體與與接接頭頭的的連連接接強(qiáng)強(qiáng)度度，，管管體體兩兩端端加加厚厚。。常常用用的的加加厚厚形形式式有有內(nèi)內(nèi)加加厚厚、、外外加加厚厚、、內(nèi)內(nèi)外外加加厚厚三三種種。。根據(jù)據(jù)美美國國石石油油學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)（（AmericanPetroleumInstitute））（（簡簡稱稱API））的的規(guī)規(guī)定定，，鉆鉆桿桿按按長長度度分分為為三三類類：：第一一類類:5.486一一6.706m(18一一22ft);第二二類類:8.230-9.144m(27-30ft);第三三類類:11.582一一13.716m(38一一45ft)。。常用用鉆鉆桿桿的的尺尺寸寸：：88.9，，114.3，，127mm（（31/2″4??″″5″″））三三種種。。(2)鉆鉆桿桿的的鋼鋼級級與與強(qiáng)強(qiáng)度度鉆桿桿的的鋼鋼級級是是指指鉆鉆桿桿鋼鋼材材的的等等級級，，它它由由鉆鉆桿桿鋼鋼材材的的屈屈服服強(qiáng)強(qiáng)度度決決定定。。API將將鉆鉆桿桿鋼鋼材材等等級級分分為為五五級級：：D、、E、、95(X)、、105(G)、、135(S)。。鉆桿桿鋼鋼級級越越高高，，管管材材的的屈屈服服強(qiáng)強(qiáng)度度越越大大，，鉆鉆桿桿的的各各種種強(qiáng)強(qiáng)度度也也就就越越大大。。在鉆鉆柱柱的的強(qiáng)強(qiáng)度度設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)中中，，推推薦薦采采用用提提高高鋼鋼級級的的方方法法來來提提高高鉆鉆柱柱的的強(qiáng)強(qiáng)度度，，而而不不采采用用增增加加璧璧厚厚的的方方法法。。（3））鉆鉆桿桿接接頭頭及及絲絲扣扣鉆桿桿接接頭頭是是鉆鉆桿桿的的組組成成邪邪分分，，分分公公接接頭頭和和母母接接頭頭，，連連接接在在鉆鉆桿桿管管體體的的兩兩瑞瑞。。接頭頭上上車車有有絲絲扣扣（（粗粗扣扣）），，用用以以連連接接各各單單根根鉆鉆桿桿。。在在鉆鉆井井過過程程中中，，接接頭頭處處要要經(jīng)經(jīng)常常拆拆卸卸，，按按頭頭表表面面受受到到相相當(dāng)當(dāng)大大的的大大鉗鉗咬咬合合力力的的作作用用，，所所以以鉆鉆桿桿接接頭頭壁壁后后較較大大，，接接頭頭外外徑徑大大于于管管體體外外徑徑，，并并采采用用強(qiáng)強(qiáng)度度更更高高的的合合金金鋼鋼。。絲扣扣的的連連接接必必須須滿滿足足的的三三個(gè)個(gè)條條件件：：①尺寸寸相相等等；；②絲扣扣類類型型相相同同；；③公母母扣扣相相匹匹配配。。為便便于于接接頭頭選選用用，，API制制訂訂了了接接頭頭類類型型的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)（（石石油油工工業(yè)業(yè)普普遍遍采采用用））：：APl鉆鉆桿接頭頭有新、、舊兩種種標(biāo)準(zhǔn)，，舊標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)是針對對早期的的有細(xì)扣扣鉆桿接接頭，分分為三種種形式：：①內(nèi)平式式(IF)；②貫眼式式(FH)；③正規(guī)式式(REG）。。內(nèi)平式接接頭適用用于外加加厚鉆桿桿，貫眼眼式接頭頭適用于于內(nèi)加厚厚鉆桿，，正規(guī)式式接頭適適用于內(nèi)內(nèi)加厚鉆鉆桿。三種形式式接頭螺螺紋形狀狀皆為““V”型型，但扣扣型、扣扣距、錐錐度不同同。NC型接接頭標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)(新標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)）：：隨著對焊焊鉆桿代代替有細(xì)細(xì)扣鉆桿桿，API制訂訂了新的的鉆桿接接頭NC型接頭頭標(biāo)準(zhǔn)，，也稱數(shù)數(shù)字型接接頭。NC型接接頭以字字母NC和兩位位數(shù)字表表示，如如NC50，NC26，NC31。。NC—美美國標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)粗牙螺螺紋；兩位數(shù)字字—絲扣扣基面節(jié)節(jié)圓直徑徑大小（（英制單單位）××10例如：NC26表示接接頭為NC型，，基面絲絲扣節(jié)圓圓直徑為為2.668in。新舊標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的對應(yīng)應(yīng)關(guān)系見見下表：：2、鉆鋌鋌鉆鋌處在在鉆柱的的最下部部，是下下部鉆具具組合的的主要組組成部分分。特點(diǎn)：壁厚大（（一般為為38-53mm，為為鉆桿的的4-6倍），，具有較較大的重重力和剛剛度。鉆鉆鋌兩端端管體上上直接車車接頭，，不另加加接頭。。作用：①給鉆鉆頭施加加鉆壓；；②保證證壓縮條條件下的的必要強(qiáng)強(qiáng)度；③減輕輕鉆頭的的振動(dòng)、、擺動(dòng)和和跳動(dòng)，，使鉆頭頭工作平平穩(wěn)；④控制制井斜。。鉆鋌形狀狀及特點(diǎn)點(diǎn)：鉆鋌形狀狀有多種種，如圓圓形、方方形、三三角形和和螺旋形形。常用用的有圓圓形和螺螺旋形兩兩種。螺螺旋形鉆鉆鋌上有有淺而寬寬的螺旋旋槽，可可減少與與井壁的的接觸面面積，減減少發(fā)生生壓差卡卡鉆的可可能性。。API鉆鉆鋌標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)：API鉆鉆鋌規(guī)范范見表，，鉆鋌類類型代號號由兩部部分組成成，第一一部分為為NC型型螺紋代代號，第第二部分分?jǐn)?shù)字為為鉆鋌外外徑大小?。ㄓ⒅浦茊挝唬?0，中間間用短線線分開。。3、方鉆鉆桿方鉆桿位位于鉆柱柱的最上上端，有有四方和和六方兩兩種。鉆鉆進(jìn)時(shí)，，方鉆桿桿與補(bǔ)心心、轉(zhuǎn)盤盤補(bǔ)心配配合，將將地面旋旋轉(zhuǎn)扭炬炬?zhèn)鬟f給給鉆桿，，以帶動(dòng)動(dòng)鉆頭旋旋轉(zhuǎn)。工作時(shí)，，方鉆桿桿上端始始終處于于轉(zhuǎn)盤面面以上，，下部則則處于轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤面以以下。4、穩(wěn)定定器穩(wěn)定器又又稱扶正正器，是是滿眼、、鐘擺和和造斜鉆鉆具組合合的比備備工具，，在鉆具具組合中中通過調(diào)調(diào)整穩(wěn)定定器的位位置、數(shù)數(shù)量和直直徑達(dá)到到不同使使用要求求。作用：防止井斜斜；控制井眼眼軌跡；；提高鉆頭頭穩(wěn)定性性。5、其它它鉆具除上述鉆鉆具外，，根據(jù)需需要在鉆鉆柱中還還會(huì)有其其它鉆具具，常見見的鉆具具有：①減振器器作用：減減震器是是利用工工具內(nèi)部部的減震震元件或或可壓縮縮液體吸吸收或減減小鉆井井過程中中對鉆頭頭和鉆具具的沖擊擊和振動(dòng)動(dòng)負(fù)荷。。一般安安裝在靠靠近鉆頭頭的部位位。原理：液液壓減震震器的作作用是通通過具有有可壓縮縮的硅油油實(shí)現(xiàn)的的。鉆井井作業(yè)中