鉆具的基本組成(定稿)

1、張發(fā)展 主講 鉆具是指方鉆桿以鉆具是指方鉆桿以下（含方鉆桿）鉆頭以下（含方鉆桿）鉆頭以上（含鉆頭）各部分工上（含鉆頭）各部分工具的總稱。其基本組成具的總稱。其基本組成部分是方鉆桿、鉆桿、部分是方鉆桿、鉆桿、鉆挺、各種接頭及鉆頭。鉆挺、各種接頭及鉆頭。在鉆井中通常把方鉆桿、在鉆井中通常把方鉆桿、鉆桿、鉆挺等用各種接鉆桿、鉆挺等用各種接頭連接起來的入井管串頭連接起來的入井管串稱為鉆柱。稱為鉆柱。 一、方鉆桿一、方鉆桿 1 1方鉆桿的結(jié)構(gòu)及作用方鉆桿的結(jié)構(gòu)及作用 方鉆桿位于鉆柱的最上端，方鉆桿位于鉆柱的最上端，上端與水龍頭相連，下端與鉆桿上端與水龍頭相連，下端與鉆桿相接。方鉆桿斷面呈正方形或六相接。

2、方鉆桿斷面呈正方形或六方形（大型石油鉆機(jī)都用正方形方形（大型石油鉆機(jī)都用正方形的），其目的是便于傳遞扭矩。的），其目的是便于傳遞扭矩。方鉆桿兩端均為粗螺紋上端是左方鉆桿兩端均為粗螺紋上端是左旋螺紋，下端是右旋螺紋，其目旋螺紋，下端是右旋螺紋，其目的是防上鉆進(jìn)過程中自動卸螺紋。的是防上鉆進(jìn)過程中自動卸螺紋。為了接單根后方鉆桿的方部能進(jìn)為了接單根后方鉆桿的方部能進(jìn)入方補(bǔ)心，要求它比單根長入方補(bǔ)心，要求它比單根長2 23 3 m m，故方鉆桿的長度為，故方鉆桿的長度為 131314.5 14.5 m m。 方鉆桿的主要作方鉆桿的主要作用是傳遞扭矩和承受用是傳遞扭矩和承受井內(nèi)鉆具的重量。要井內(nèi)鉆具的重

3、量。要求方鉆桿具有較高的求方鉆桿具有較高的抗扭強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，抗扭強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，所以用優(yōu)質(zhì)合金鋼制所以用優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，其壁厚為鉆桿的成，其壁厚為鉆桿的2 23 3倍。倍。 2 2方鉆桿規(guī)范方鉆桿規(guī)范 根據(jù)方鉆桿兩端接根據(jù)方鉆桿兩端接頭連接的不同，分為有頭連接的不同，分為有細(xì)螺紋和無細(xì)螺紋方鉆細(xì)螺紋和無細(xì)螺紋方鉆桿。目前我國都采用無桿。目前我國都采用無細(xì)螺紋方鉆桿，它是將細(xì)螺紋方鉆桿，它是將上下接頭與本體對焊連上下接頭與本體對焊連接或?qū)⒔宇^和方鉆桿制接或?qū)⒔宇^和方鉆桿制成一體。成一體。 方鉆桿的通稱尺寸是指方形邊的邊寬。方鉆桿上端為左旋內(nèi)螺紋，與水龍頭中心管相連，下端為右旋外螺紋，同鉆桿相接

4、，通常在其兩端分別加入保護(hù)接頭。 二、鉆桿二、鉆桿 鉆桿是鉆柱的基本組成部鉆桿是鉆柱的基本組成部分，工作時位于方鉆桿與鉆挺分，工作時位于方鉆桿與鉆挺之間。它由無縫合金鋼管制成，之間。它由無縫合金鋼管制成，壁厚一般為壁厚一般為9 911mm11mm。按其兩。按其兩端與鉆桿接頭的連接方式分為端與鉆桿接頭的連接方式分為有細(xì)螺紋鉆桿和無細(xì)螺紋鉆桿有細(xì)螺紋鉆桿和無細(xì)螺紋鉆桿（對焊鉆桿），目前國內(nèi)外鉆（對焊鉆桿），目前國內(nèi)外鉆井普遍使用對焊鉆桿。兩端分井普遍使用對焊鉆桿。兩端分別接有內(nèi)外粗螺紋鉆桿接頭的別接有內(nèi)外粗螺紋鉆桿接頭的一根鉆桿，現(xiàn)場習(xí)慣稱單根。一根鉆桿，現(xiàn)場習(xí)慣稱單根。我國現(xiàn)生產(chǎn)的鉆桿均為對焊鉆

5、我國現(xiàn)生產(chǎn)的鉆桿均為對焊鉆桿，常用的單根長桿，常用的單根長9m9m左右，本左右，本體壁厚體壁厚9 911mm11mm。 為了加強(qiáng)鉆桿與接頭部分為了加強(qiáng)鉆桿與接頭部分的連接強(qiáng)度，分別在鉆桿本體的連接強(qiáng)度，分別在鉆桿本體兩端進(jìn)行加厚。鉆桿加厚形式兩端進(jìn)行加厚。鉆桿加厚形式有內(nèi)加厚、外加厚、內(nèi)外加厚。有內(nèi)加厚、外加厚、內(nèi)外加厚。 鉆桿的通稱尺寸為鉆桿本鉆桿的通稱尺寸為鉆桿本體外徑。國產(chǎn)鉆桿采用公制，體外徑。國產(chǎn)鉆桿采用公制，APIAPI規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)采用英制。正常規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)采用英制。正常鉆進(jìn)時所用鉆桿都是右旋螺紋，鉆進(jìn)時所用鉆桿都是右旋螺紋，但處理事故時也會用到左旋螺但處理事故時也會用到左旋螺紋鉆桿。紋鉆桿

6、。 三、鉆挺三、鉆挺 1 1鉆挺的結(jié)構(gòu)及作用鉆挺的結(jié)構(gòu)及作用 鉆挺是用高級合金鋼制成鉆挺是用高級合金鋼制成的，其壁厚一般是的，其壁厚一般是383852 mm52 mm，相當(dāng)于鉆桿的相當(dāng)于鉆桿的 4 46 6倍，所以倍，所以單位長度重量大，且具有較高單位長度重量大，且具有較高的強(qiáng)度，這樣可防止井斜。鉆的強(qiáng)度，這樣可防止井斜。鉆挺的主要作用是給鉆頭施加壓挺的主要作用是給鉆頭施加壓力和防止井斜。力和防止井斜。 2 2鉆挺規(guī)范鉆挺規(guī)范 鉆挺兩端都是粗螺紋。鉆挺兩端都是粗螺紋。由于其受力復(fù)雜，受交由于其受力復(fù)雜，受交變彎曲載荷，特別是外變彎曲載荷，特別是外螺紋臺肩和內(nèi)螺紋基部螺紋臺肩和內(nèi)螺紋基部螺紋根處

7、都是應(yīng)力集中螺紋根處都是應(yīng)力集中的地方，所以兩端都有的地方，所以兩端都有應(yīng)力減輕槽，以提高鉆應(yīng)力減輕槽，以提高鉆挺的使用壽命。挺的使用壽命。 四、接頭四、接頭 鉆井所用接頭有鉆井所用接頭有多種，可分為連接接多種，可分為連接接頭（鉆桿接頭）、配頭（鉆桿接頭）、配合接頭、保護(hù)接頭、合接頭、保護(hù)接頭、普通接頭（直接頭）、普通接頭（直接頭）、特殊接頭（彎接頭）特殊接頭（彎接頭）等。等。 1 1鉆桿接頭鉆桿接頭 （1 1）鉆桿接頭的結(jié)構(gòu)及作用）鉆桿接頭的結(jié)構(gòu)及作用 鉆桿接頭是鉆桿的組成部分，鉆桿接頭是鉆桿的組成部分，用以連接鉆桿。現(xiàn)在都使用對用以連接鉆桿?，F(xiàn)在都使用對焊鉆桿接頭，它一端為粗螺紋焊鉆桿接頭

8、，它一端為粗螺紋（外螺紋或內(nèi)螺紋），另一端（外螺紋或內(nèi)螺紋），另一端無螺紋與鉆桿對焊在一起。無螺紋與鉆桿對焊在一起。 鉆桿接頭外徑大于鉆桿本體鉆桿接頭外徑大于鉆桿本體外徑，螺紋要經(jīng)常上卸，要求外徑，螺紋要經(jīng)常上卸，要求其具有較高的耐磨性和強(qiáng)度，其具有較高的耐磨性和強(qiáng)度，因此接頭要用比鉆桿高級的合因此接頭要用比鉆桿高級的合金鋼制造。其作用是用以連接金鋼制造。其作用是用以連接鉆柱，便于上卸螺紋。鉆柱，便于上卸螺紋。 （2 2）鉆桿接頭的類型）鉆桿接頭的類型 根據(jù)鉆桿接頭內(nèi)徑和鉆桿本體內(nèi)根據(jù)鉆桿接頭內(nèi)徑和鉆桿本體內(nèi)徑的關(guān)系，接頭可分為內(nèi)平、貫眼徑的關(guān)系，接頭可分為內(nèi)平、貫眼和正規(guī)三類。和正規(guī)三類。

9、內(nèi)平式接頭適用于外加厚及內(nèi)外內(nèi)平式接頭適用于外加厚及內(nèi)外加厚鉆桿，鉆井液通過時阻力小，加厚鉆桿，鉆井液通過時阻力小，有利于水力功率的利用，但因接頭有利于水力功率的利用，但因接頭外徑大，易于磨損，強(qiáng)度較低。外徑大，易于磨損，強(qiáng)度較低。 貫眼式接頭適用于貫眼式接頭適用于內(nèi)外加厚鉆桿及內(nèi)加內(nèi)外加厚鉆桿及內(nèi)加厚鉆桿，鉆井液流過厚鉆桿，鉆井液流過時阻力較內(nèi)平式大，時阻力較內(nèi)平式大，但磨損較內(nèi)平式小。但磨損較內(nèi)平式小。 正規(guī)式接頭適用于正規(guī)式接頭適用于內(nèi)加厚鉆桿，鉆井液內(nèi)加厚鉆桿，鉆井液流過時阻力最大，但流過時阻力最大，但磨損小，強(qiáng)度較高。磨損小，強(qiáng)度較高。 （3 3）鉆桿接頭類型的表示）鉆桿接頭類型的表

10、示 我國通常用三位數(shù)字表示接我國通常用三位數(shù)字表示接頭類型。第一位數(shù)字表示鉆桿本頭類型。第一位數(shù)字表示鉆桿本體外徑，如體外徑，如2 2、3 3、4 4、5 5、6 6分別分別表示表示27/827/8、31/231/2、41/241/2、5 5、51/251/2、59/1659/16、65/865/8的鉆桿；第的鉆桿；第二位數(shù)字表示接頭類型，二位數(shù)字表示接頭類型，1 1、2 2、3 3分別表示內(nèi)平式、貫眼式、正分別表示內(nèi)平式、貫眼式、正規(guī)式；第三位數(shù)字表示內(nèi)外螺紋，規(guī)式；第三位數(shù)字表示內(nèi)外螺紋，l l、0 0分別表示外螺紋、內(nèi)螺紋。分別表示外螺紋、內(nèi)螺紋。例如例如420420接頭代表接頭代表41

11、/241/2鉆桿貫眼鉆桿貫眼式內(nèi)螺紋接頭（習(xí)慣叫公接頭、式內(nèi)螺紋接頭（習(xí)慣叫公接頭、母接頭）。母接頭）。 還可用字母表示接頭類型。國產(chǎn)接頭用NP、GY、ZG分別表示內(nèi)平、貫眼、正規(guī)。API制接頭用IF、FH、REG分別表示內(nèi)平、貫眼、正規(guī)。 2 2配合接頭配合接頭 配合接頭是用于連接不同尺配合接頭是用于連接不同尺寸或不同螺紋型號鉆具的。寸或不同螺紋型號鉆具的。如連接不同尺寸或不同螺紋如連接不同尺寸或不同螺紋型號的鉆桿（鉆挺），連接型號的鉆桿（鉆挺），連接鉆桿和鉆挺等。其螺紋型號鉆桿和鉆挺等。其螺紋型號表示方法同鉆桿接頭一樣。表示方法同鉆桿接頭一樣。 要正確地連接鉆柱，必須要正確地連接鉆柱，必須

12、首先準(zhǔn)確地識別接頭的類型，首先準(zhǔn)確地識別接頭的類型，然后按照尺寸相等、螺紋型然后按照尺寸相等、螺紋型號相同、內(nèi)外螺紋相配的原號相同、內(nèi)外螺紋相配的原則進(jìn)行連接。則進(jìn)行連接。 如何識別接頭類型呢？如何識別接頭類型呢？一般先看接頭體上的標(biāo)記一般先看接頭體上的標(biāo)記槽（槽寬槽（槽寬 10 mm10 mm、槽深、槽深 l l1 15 mm5 mm），右旋螺紋），右旋螺紋接頭有一道槽，左旋螺紋接頭有一道槽，左旋螺紋接頭有兩道槽。在標(biāo)記槽接頭有兩道槽。在標(biāo)記槽內(nèi)用鋼字碼打有具體的尺內(nèi)用鋼字碼打有具體的尺寸和類型代號，如寸和類型代號，如 421421、520520、631631等。當(dāng)無鋼字碼等。當(dāng)無鋼字碼或看

13、不清時，可用卡尺量或看不清時，可用卡尺量接頭有關(guān)尺寸，然后查表接頭有關(guān)尺寸，然后查表確定。現(xiàn)場也常用接頭尺確定?，F(xiàn)場也常用接頭尺確定。確定。 3 3保護(hù)接頭保護(hù)接頭 保護(hù)接頭是一種對鉆具保護(hù)接頭是一種對鉆具起保護(hù)作用的特殊配合接起保護(hù)作用的特殊配合接頭。它同鉆具連接后，其頭。它同鉆具連接后，其某一端螺紋一般不卸開，某一端螺紋一般不卸開，從而保護(hù)了所連接鉆具的從而保護(hù)了所連接鉆具的螺紋。保護(hù)接頭通常用在螺紋。保護(hù)接頭通常用在較重要的位置，如方鉆桿較重要的位置，如方鉆桿兩端、鉆桿與鉆挺之間等。兩端、鉆桿與鉆挺之間等。 1 1刮刀鉆頭刮刀鉆頭 刮刀鉆頭是旋轉(zhuǎn)鉆井刮刀鉆頭是旋轉(zhuǎn)鉆井早期普遍使用的鉆頭，

14、它早期普遍使用的鉆頭，它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本低廉等特點。它在低成本低廉等特點。它在低硬度、高塑性地層中使用硬度、高塑性地層中使用能夠取得很高的鉆速及進(jìn)能夠取得很高的鉆速及進(jìn)尺。勝利油田鉆井工藝研尺。勝利油田鉆井工藝研究院究院19791979年研制出一只人年研制出一只人造聚晶金剛石刮刀鉆頭，造聚晶金剛石刮刀鉆頭，創(chuàng)造了創(chuàng)造了 3135313587m87m的最高的最高鉆進(jìn)記錄。鉆進(jìn)記錄。 五、鉆頭五、鉆頭 鉆頭是破碎巖石的主要鉆頭是破碎巖石的主要工具，位于鉆柱的最下端。其工具，位于鉆柱的最下端。其主要作用是破碎巖石，形成井主要作用是破碎巖石，形成井眼。為了滿足不同鉆

15、進(jìn)工藝、眼。為了滿足不同鉆進(jìn)工藝、不同巖性地層以及提高鉆井速不同巖性地層以及提高鉆井速度和降低鉆井成本的需要，研度和降低鉆井成本的需要，研制出了多種類型的鉆頭。按結(jié)制出了多種類型的鉆頭。按結(jié)構(gòu)分為構(gòu)分為刮刀鉆頭、牙輪鉆頭刮刀鉆頭、牙輪鉆頭、金剛石鉆頭、金剛石鉆頭、PDCPDC鉆頭鉆頭等；按等；按功用可分為功用可分為全面鉆進(jìn)用鉆頭全面鉆進(jìn)用鉆頭（全徑鉆頭）、（全徑鉆頭）、環(huán)形破巖用鉆環(huán)形破巖用鉆頭頭（取心鉆頭）；按破巖作用（取心鉆頭）；按破巖作用可分為切削型、沖擊型、沖擊可分為切削型、沖擊型、沖擊切削型（復(fù)合型）等。除上述切削型（復(fù)合型）等。除上述分類外，還有其他分類。分類外，還有其他分類。 刮

16、刀鉆頭在較硬和含刮刀鉆頭在較硬和含硬質(zhì)結(jié)核、硬夾層的地層硬質(zhì)結(jié)核、硬夾層的地層鉆進(jìn)時效率大大降低，因鉆進(jìn)時效率大大降低，因轉(zhuǎn)動不均會對鉆具和地面轉(zhuǎn)動不均會對鉆具和地面設(shè)備造成不良影響，而且設(shè)備造成不良影響，而且易發(fā)生井斜，井身質(zhì)量差。易發(fā)生井斜，井身質(zhì)量差。 刮刀鉆頭可分為刮刀鉆頭可分為雙翼、雙翼、三翼、四翼刮刀鉆頭，全三翼、四翼刮刀鉆頭，全徑刮刀鉆頭，取心刮刀鉆徑刮刀鉆頭，取心刮刀鉆頭等。頭等。其基本組成是其基本組成是上鉆上鉆頭體、下鉆頭體、水眼頭體、下鉆頭體、水眼（噴嘴）、刀翼（噴嘴）、刀翼。 2 2牙輪鉆頭牙輪鉆頭 牙輪鉆頭是使用最廣泛牙輪鉆頭是使用最廣泛的鉆頭，適用于從軟到硬的的鉆頭，

17、適用于從軟到硬的各種地層。牙輪鉆頭破巖時各種地層。牙輪鉆頭破巖時扭矩小，轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，對鉆具扭矩小，轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，對鉆具及地面設(shè)備的危害??；工作及地面設(shè)備的危害?。还ぷ魅休^刮刀鉆頭長，減少了磨刃較刮刀鉆頭長，減少了磨損，延長了使用壽命。但結(jié)損，延長了使用壽命。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造較刮刀鉆頭構(gòu)較復(fù)雜，制造較刮刀鉆頭困難，成本較高。牙輪鉆頭困難，成本較高。牙輪鉆頭的基本組成是的基本組成是鉆頭體。巴掌鉆頭體。巴掌（牙爪）、牙輪、軸承、水（牙爪）、牙輪、軸承、水眼（噴嘴）、儲油密封潤滑眼（噴嘴）、儲油密封潤滑系統(tǒng)系統(tǒng)。 牙輪鉆頭有單牙輪牙輪鉆頭有單牙輪鉆頭、雙牙輪鉆頭、三牙鉆頭、雙牙輪鉆頭、三牙輪鉆頭、多牙輪鉆

18、頭等。輪鉆頭、多牙輪鉆頭等。其中使用最多的是三牙輪其中使用最多的是三牙輪鉆頭，它的三個牙輪錐體鉆頭，它的三個牙輪錐體按按120o120o夾角對稱分布。牙夾角對稱分布。牙輪鉆頭還可分為輪鉆頭還可分為全面鉆進(jìn)全面鉆進(jìn)牙輪鉆頭、取心牙輪鉆頭、牙輪鉆頭、取心牙輪鉆頭、銑齒牙輪鉆頭、鑲齒牙輪銑齒牙輪鉆頭、鑲齒牙輪鉆頭、滾動軸承牙輪鉆頭、鉆頭、滾動軸承牙輪鉆頭、滑動軸承牙輪鉆頭滑動軸承牙輪鉆頭等。等。 鉆頭 3 3金剛石鉆頭金剛石鉆頭 金剛石鉆頭是指用金金剛石鉆頭是指用金剛石顆粒作切削元件的剛石顆粒作切削元件的鉆頭。起初它僅在堅硬、鉆頭。起初它僅在堅硬、高研磨性地層中使用，高研磨性地層中使用，經(jīng)改進(jìn)后它在中硬及軟經(jīng)改進(jìn)后它在中硬及軟地層中也取得了良好的地層中也取得了良好的工作指標(biāo)。金剛石鉆頭工作指標(biāo)。金剛石鉆頭的基本組成是的基本組成是鉆頭體鉆頭體（鋼體）、胎體、金剛（鋼體）、胎體、金剛石切削刃。石切削刃。 4 4PDCPDC鉆頭鉆頭 PDCPDC鉆頭是采