石油鉆井設(shè)備與工具-王鎮(zhèn)全第一節(jié)鉆柱

第四章鉆具系統(tǒng)第一頁(yè)，共三十六頁(yè)。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:第二頁(yè)，共三十六頁(yè)。(Φ215.9mmPDC鉆頭)＋（0.75o）172mm螺桿＋Φ158.8mm(無(wú)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+方鉆桿第三頁(yè)，共三十六頁(yè)。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(lái)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(lái)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(guò)鉆柱輸送到井底的。

第四頁(yè)，共三十六頁(yè)。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。第五頁(yè)，共三十六頁(yè)。隨著鉆井深度的增加，幾千米甚至上萬(wàn)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)。第六頁(yè)，共三十六頁(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

第七頁(yè)，共三十六頁(yè)。一、鉆柱的作用1、鉆柱在鉆井過(guò)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(zhǎng)度計(jì)算井深。第八頁(yè)，共三十六頁(yè)。2、鉆柱的特殊作用(1)通過(guò)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(duì)地層流體及壓力狀況進(jìn)行測(cè)試與評(píng)價(jià)。第九頁(yè)，共三十六頁(yè)。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。

第十頁(yè)，共三十六頁(yè)。第十一頁(yè)，共三十六頁(yè)。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(wú)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(wú)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(wú)磁鉆鋌(1根)＋Ф120鉆鋌(15根)+Ф88.9鉆桿第十二頁(yè)，共三十六頁(yè)。1、鉆桿

鉆桿是鉆柱的基本組成部分。它是用無(wú)逢鋼管制成，壁厚一般為9~11mm。其主要作用是傳遞扭矩和輸送鉆井液，并靠鉆桿的逐漸加長(zhǎng)使井眼不斷加深。因此，鉆桿在石油鉆井中占有十分重要的地位。第十三頁(yè)，共三十六頁(yè)。(1)鉆桿結(jié)構(gòu)與規(guī)范鉆桿由鉆桿管體與鉆桿接頭兩部分組成。鉆桿管體與接頭的連接有兩種方式：一種是用細(xì)絲扣連接，即管體兩端都車有細(xì)公扣，與接頭一端的母細(xì)扣相連接，稱這種鉆桿為有細(xì)扣鉆桿；另一種是管體與接頭用摩擦焊對(duì)焊在一起，稱這種鉆桿為對(duì)焊鉆桿。有細(xì)扣鉆桿目前已基本淘汰，我國(guó)現(xiàn)在生產(chǎn)或進(jìn)口的鉆桿全部為對(duì)焊鉆桿(無(wú)細(xì)扣鉆桿)。為了增強(qiáng)管體與接頭的連接強(qiáng)度，管體兩端加厚。常用的加厚形式有內(nèi)加厚、外加厚、內(nèi)外加厚三種。第十四頁(yè)，共三十六頁(yè)。第十五頁(yè)，共三十六頁(yè)。

根據(jù)美國(guó)石油學(xué)會(huì)（AmericanPetroleumInstitute）（簡(jiǎn)稱API）的規(guī)定，鉆桿按長(zhǎng)度分為三類：第一類:5.486一6.706m(18一22ft);第二類:8.230-9.144m(27-30ft);第三類:11.582一13.716m(38一45ft)。常用鉆桿的尺寸：88.9，114.3，127mm（31/2″4?″5″）三種。第十六頁(yè)，共三十六頁(yè)。第十七頁(yè)，共三十六頁(yè)。(2)鉆桿的鋼級(jí)與強(qiáng)度

鉆桿的鋼級(jí)是指鉆桿鋼材的等級(jí)，它由鉆桿鋼材的屈服強(qiáng)度決定。API將鉆桿鋼材等級(jí)分為五級(jí)：D、E、95(X)、105(G)、135(S)。鉆桿鋼級(jí)越高，管材的屈服強(qiáng)度越大，鉆桿的各種強(qiáng)度也就越大。在鉆柱的強(qiáng)度設(shè)計(jì)中，推薦采用提高鋼級(jí)的方法來(lái)提高鉆柱的強(qiáng)度，而不采用增加璧厚的方法。第十八頁(yè)，共三十六頁(yè)。第十九頁(yè)，共三十六頁(yè)。（3）鉆桿接頭及絲扣

鉆桿接頭是鉆桿的組成邪分，分公接頭和母接頭，連接在鉆桿管體的兩瑞。接頭上車有絲扣（粗扣），用以連接各單根鉆桿。在鉆井過(guò)程中，接頭處要經(jīng)常拆卸，按頭表面受到相當(dāng)大的大鉗咬合力的作用，所以鉆桿接頭壁后較大，接頭外徑大于管體外徑，并采用強(qiáng)度更高的合金鋼。第二十頁(yè)，共三十六頁(yè)。絲扣的連接必須滿足的三個(gè)條件：

①尺寸相等；

②絲扣類型相同；

③公母扣相匹配。為便于接頭選用，API制訂了接頭類型的標(biāo)準(zhǔn)（石油工業(yè)普遍采用）：第二十一頁(yè)，共三十六頁(yè)。

APl鉆桿接頭有新、舊兩種標(biāo)準(zhǔn)，舊標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)早期的有細(xì)扣鉆桿接頭，分為三種形式：①內(nèi)平式(IF)；②貫眼式(FH)；③正規(guī)式(REG）。內(nèi)平式接頭適用于外加厚鉆桿，貫眼式接頭適用于內(nèi)加厚鉆桿，正規(guī)式接頭適用于內(nèi)加厚鉆桿。三種形式接頭螺紋形狀皆為“V”型，但扣型、扣距、錐度不同。第二十二頁(yè)，共三十六頁(yè)。第二十三頁(yè)，共三十六頁(yè)。第二十四頁(yè)，共三十六頁(yè)。NC型接頭標(biāo)準(zhǔn)(新標(biāo)準(zhǔn)）：

隨著對(duì)焊鉆桿代替有細(xì)扣鉆桿，API制訂了新的鉆桿接頭NC型接頭標(biāo)準(zhǔn)，也稱數(shù)字型接頭。NC型接頭以字母NC和兩位數(shù)字表示，如NC50，NC26，NC31。NC—美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)粗牙螺紋；兩位數(shù)字—絲扣基面節(jié)圓直徑大?。ㄓ⒅茊挝唬?0例如：NC26表示接頭為NC型，基面絲扣節(jié)圓直徑為2.668in。新舊標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系見下表：第二十五頁(yè)，共三十六頁(yè)。第二十六頁(yè)，共三十六頁(yè)。2、鉆鋌鉆鋌處在鉆柱的最下部，是下部鉆具組合的主要組成部分。特點(diǎn)：壁厚大（一般為38-53mm，為鉆桿的4-6倍），具有較大的重力和剛度。鉆鋌兩端管體上直接車接頭，不另加接頭。作用：①給鉆頭施加鉆壓；②保證壓縮條件下的必要強(qiáng)度；③減輕鉆頭的振動(dòng)、擺動(dòng)和跳動(dòng)，使鉆頭工作平穩(wěn)；④控制井斜。第二十七頁(yè)，共三十六頁(yè)。鉆鋌形狀及特點(diǎn)：

鉆鋌形狀有多種，如圓形、方形、三角形和螺旋形。常用的有圓形和螺旋形兩種。螺旋形鉆鋌上有淺而寬的螺旋槽，可減少與井壁的接觸面積，減少發(fā)生壓差卡鉆的可能性。API鉆鋌標(biāo)準(zhǔn)：

API鉆鋌規(guī)范見表，鉆鋌類型代號(hào)由兩部分組成，第一部分為NC型螺紋代號(hào)，第二部分?jǐn)?shù)字為鉆鋌外徑大?。ㄓ⒅茊挝唬?0，中間用短線分開。第二十八頁(yè)，共三十六頁(yè)。第二十九頁(yè)，共三十六頁(yè)。3、方鉆桿

方鉆桿位于鉆柱的最上端，有四方和六方兩種。鉆進(jìn)時(shí)，方鉆桿與補(bǔ)心、轉(zhuǎn)盤補(bǔ)心配合，將地面旋轉(zhuǎn)扭炬?zhèn)鬟f給鉆桿，以帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)。工作時(shí)，方鉆桿上端始終處于轉(zhuǎn)盤面以上，下部則處于轉(zhuǎn)盤面以下。第三十頁(yè)，共三十六頁(yè)。第三十一頁(yè)，共三十六頁(yè)。4、穩(wěn)定器

穩(wěn)定器又稱扶正器，是滿眼、鐘擺和造斜鉆具組合的比備工具，在鉆具組合中通過(guò)調(diào)整穩(wěn)定器的位置、數(shù)量和直徑達(dá)到不同使用要求。作用：防止井斜；控制井眼軌跡；提高鉆頭穩(wěn)定性。第三十二頁(yè)，共三十六頁(yè)。第三十三頁(yè)，共三十六頁(yè)。5、其它鉆具除上述鉆具外，根據(jù)需要在鉆柱中還會(huì)有其它鉆具，常見的鉆具有：

①減振器

作用：減震器是利用工具內(nèi)部的減震元件或可壓縮液體吸收或減小鉆井過(guò)程中對(duì)鉆頭和鉆具的沖擊和振動(dòng)負(fù)荷。一般安裝在靠近鉆頭的部位。原理：液壓減震器的作用是通過(guò)具有可壓縮的硅油實(shí)現(xiàn)的。鉆井作業(yè)中鉆頭和鉆具受到?jīng)_擊和震動(dòng)時(shí)，其作用力使工具以極快的速度向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)油腔內(nèi)的液壓油受到壓縮，一部分將以極高的流速經(jīng)阻尼孔流入缸套腔內(nèi)，從而起到吸能及緩沖的作用。鉆頭頭的沖擊和震動(dòng)負(fù)荷減小或消失時(shí)液體膨脹，下接頭以下鉆具在自身重力的作用下向下運(yùn)動(dòng)。第三十四頁(yè)，共三十六頁(yè)。②震擊器

作用：在鉆井作業(yè)中，下落的鉆屑、地層的膨脹縮徑、井下落物、壓差或其他原因都可能引起鉆柱被卡，為卡鉆時(shí)解卡，常在鉆柱中安放震擊器。種類：震擊器的結(jié)構(gòu)類型很多，既有液力向上震擊和機(jī)械向下震擊特性的，又有機(jī)械鎖緊，以進(jìn)行長(zhǎng)期的隨鉆作業(yè)的。原理：震擊器內(nèi)有液力震擊系統(tǒng)，其震擊力通過(guò)超拉鉆柱懸重而儲(chǔ)存在鉆柱中，經(jīng)一定時(shí)間，超拉達(dá)到一定值時(shí)，震擊器釋放能量迅速作用在被卡鉆柱上而發(fā)生震擊。第三十五頁(yè)，共三十六頁(yè)。內(nèi)容總結(jié)第四章鉆具系統(tǒng)。(1)通過(guò)鉆柱可以觀察和了解鉆頭的