第3节 钻具与井口工具

1、 一、钻头一、钻头 二、钻柱二、钻柱 三、底部钻具组合三、底部钻具组合 四、井口工具四、井口工具第三节第三节 钻具与井口工具钻具与井口工具（1 1）刮刀钻头）刮刀钻头刮刀钻头的分类刮刀钻头的分类刀翼数刀翼数刀翼底刃的形状刀翼底刃的形状两翼两翼(鱼尾式鱼尾式)刮刀钻头刮刀钻头三翼三翼刮刀钻头刮刀钻头四翼四翼刮刀钻头刮刀钻头阶梯式阶梯式刮刀钻头刮刀钻头平底式平底式刮刀钻头刮刀钻头最常用最常用一、钻头（1) 1)刮刀钻头刮刀钻头刮刀钻头的破岩形式刮刀钻头的破岩形式 刮刀钻头是刮刀钻头是切削型钻头切削型钻头，对不同类，对不同类型的岩石，其破岩形式略有不同型的岩石，其破岩形式略有不同：塑性岩石：塑性岩石

2、：刃前岩石发生塑刃前岩石发生塑性流动，形成切削破碎。性流动，形成切削破碎。塑脆性岩石：塑脆性岩石：碰撞碰撞挤压、挤压、小剪切小剪切大剪切大剪切1 1 适用于适用于松软地层松软地层，机械钻速高；，机械钻速高；2 2 易井斜；易井斜；3 3 刮刀钻头寿命取决于刀翼寿命刮刀钻头寿命取决于刀翼寿命一、钻头(2)(2)牙轮钻头牙轮钻头牙轮钻头的组成：牙轮钻头的组成：钻头钻头体体、牙轮牙轮、巴掌、水眼巴掌、水眼和和轴承。轴承。钻头体巴掌水眼牙轮一、钻头(2)(2)牙轮钻头牙轮钻头牙轮钻头的分类牙轮钻头的分类多牙轮钻头多牙轮钻头牙轮数目牙轮数目单牙轮钻头单牙轮钻头双牙轮钻头双牙轮钻头三牙轮钻头三牙轮钻头最常

3、用最常用一、钻头1909年，美国人夏普和休斯发明了双牙轮钻头，实现了钻头技术上的突破。实践证明，用这种钻头钻的井眼比较直，比较圆，而且比鱼尾钻头快好几倍。(2)(2)牙轮钻头牙轮钻头牙轮钻头的破岩形式牙轮钻头的破岩形式 冲击冲击- -压碎、剪切压碎、剪切牙轮在井底滚动，冲击压碎井底岩石，牙轮在井底滚动，冲击压碎井底岩石，形成一个个破碎坑；形成一个个破碎坑；而破碎坑之间的岩石并没有破碎，靠牙而破碎坑之间的岩石并没有破碎，靠牙轮的滑动作用来剪切岩石，形成全面破轮的滑动作用来剪切岩石，形成全面破碎；碎；为了增加滑动作用，结构上增加了：为了增加滑动作用，结构上增加了：超超顶、移轴、复锥顶、移轴、复锥。

4、超顶移轴复锥1 1 牙轮钻头适用于从牙轮钻头适用于从软到坚硬的各种地层软到坚硬的各种地层；2 2 牙轮钻头的寿命取决于牙齿和轴承的磨损情况。牙轮钻头的寿命取决于牙齿和轴承的磨损情况。一、钻头(3)(3)金刚石钻头金刚石钻头对硬地层的快速钻井问题，人们想到了最坚硬的物质-金刚石。1946年，弗兰克研制出了把金刚石镶嵌到钢制钻头胎体上，生产出了金刚石取心钻头。一、钻头(3)(3)金刚石钻头金刚石钻头1952年，美国弗兰克做出了第一只钻坚硬地层的镶有金刚石的钻头。1960年，研发出镶有碳化钨硬质合金片的粗粒金刚石钻头。1976年，生产聚晶金刚石复合片钻头，称为PDC钻头，成本大降。1987年，生产出

5、热稳定的聚晶金刚石复合片钻头，称为TSP钻头，能钻更硬、更有磨损性的地层。PDC钻头一、钻头(3)(3)金刚石钻头金刚石钻头金刚石钻头的组成：金刚石钻头的组成：钻头体钻头体、切削齿切削齿、水水眼与水槽。眼与水槽。钻头体水眼与水槽切削齿一、钻头(3)(3)金刚石钻头金刚石钻头金刚石钻头的破岩形式金刚石钻头的破岩形式 研磨、铣削岩石研磨、铣削岩石1 1 主要适用于主要适用于坚硬地层，坚硬地层，PDCPDC钻头钻头适用于适用于软到中硬软到中硬地层地层；2 2 损坏主要为金刚石损坏主要为金刚石切削齿的热损坏切削齿的热损坏、胎体被冲蚀胎体被冲蚀、切削齿受冲击而产生的碎裂切削齿受冲击而产生的碎裂。一、钻头

6、钻柱钻柱 是用各种接头将是用各种接头将方钻杆方钻杆、钻杆钻杆和和钻铤钻铤等部件连接起来组等部件连接起来组成的入井管柱，通常指钻头以上的钻具。成的入井管柱，通常指钻头以上的钻具。功用功用传递扭矩传递扭矩施加钻压施加钻压输送钻井液输送钻井液计量井深计量井深起下钻头起下钻头特殊作业特殊作业二、钻柱方钻杆方钻杆钻杆钻杆钻铤钻铤稳定器稳定器（1 1）方钻杆）方钻杆主要作用：主要作用：传递扭矩；传递扭矩；承受钻柱全部重量承受钻柱全部重量主要特点：主要特点：中空、断面外形为中空、断面外形为四边形四边形和和六边形六边形；上端反扣（左旋扣）、下端正扣（右旋扣）上端反扣（左旋扣）、下端正扣（右旋扣） ；长长131

7、316m16m，比单根钻杆长，比单根钻杆长2m2m以上；以上；壁厚比钻杆大壁厚比钻杆大3 3倍。倍。水龙头钻杆方钻杆转盘面方钻杆保护接头（2 2）钻杆）钻杆主要作用：主要作用：传递扭矩；传递扭矩；输送钻井液。输送钻井液。主要特点：主要特点：两端有接头形成的台肩，便两端有接头形成的台肩，便于接单根、起下钻；于接单根、起下钻；壁薄，壁薄， 9 911mm11mm 。（3 3）钻铤）钻铤主要作用：主要作用：给钻头施加压力。给钻头施加压力。主要特点：主要特点：壁厚且粗大，单位长度重壁厚且粗大，单位长度重量大，为同尺寸钻杆的量大，为同尺寸钻杆的4 46 6倍倍。 两端无接头两端无接头 。（4 4）其它钻

8、柱部件）其它钻柱部件接头、稳定器、减震器、震击器接头、稳定器、减震器、震击器。井下动力钻具导向钻井钻具 指起下钻、接单根、下套指起下钻、接单根、下套管过程中在井口所用的管过程中在井口所用的各种工具。各种工具。（1 1）吊钳）吊钳作用：上、卸钻杆作用：上、卸钻杆、钻铤和套管丝扣、钻铤和套管丝扣。液压大钳液压大钳上钳上钳下钳下钳刹车带刹车带钳牙钳牙液动马达液动马达大钳的动力是由低速大扭矩的液马达供给，经变速机构的变速将动力传递到缺口大齿轮上，由它经过三个大销子转动上钳外环，从而带动上钳钳头卡紧上部钻杆的接头，进行上口或下口。下钳则由气缸推动下钳钳头转动，以卡紧下部钻杆的接头。液压大钳液压大钳（2

9、2）吊卡和吊环）吊卡和吊环作用作用：起升、：起升、悬持和下放钻悬持和下放钻具。具。（3 3）卡瓦和安全卡瓦）卡瓦和安全卡瓦作用作用：在井口悬持无台肩钻具，如钻：在井口悬持无台肩钻具，如钻铤等。铤等。（4 4）提升短节）提升短节作用作用：用来提升外壁无台肩的钻铤和：用来提升外壁无台肩的钻铤和其它井下管串。其它井下管串。结构及原理 测量仪由一次仪表和二次仪表组成。 见图1，一次仪表含死绳固定器和传感器，二次仪表含指示仪和记录仪。 图图1 1 大钩悬重测量仪示意图大钩悬重测量仪示意图1. 1. 死绳固定器死绳固定器 2. 2. 传感器传感器 3. 3. 仪表箱仪表箱 4. 4. 记录仪记录仪 5.

10、5. 指示仪指示仪 6. 6. 连接管线连接管线结构及原理通过管线把承压室和压力表相连通过管线把承压室和压力表相连，就形成一个液压指重表。如图，就形成一个液压指重表。如图，表盘上有内外刻度，内圈悬重，表盘上有内外刻度，内圈悬重外圈钻压。正常情况下钻头脱离外圈钻压。正常情况下钻头脱离井底，外表盘零点对准指针，内井底，外表盘零点对准指针，内圈为圈为 ，而外表盘指示的钻压，而外表盘指示的钻压值为零。当钻进时，钻头与地层值为零。当钻进时，钻头与地层接触，大钩负荷减小，而外圈的接触，大钩负荷减小，而外圈的刻度值便正确地表示出钻压值。刻度值便正确地表示出钻压值。总W结构及原理记录仪内装有一根弹簧管，自由端记录仪内装有一根弹簧管，自由端通过连接板与笔臂转轴摇臂相连，通过连接板与笔臂转轴摇臂相连，从传感器传输来的液体压力使弹簧从传感器传输来的液体压力使弹簧管自由端产生位移，带动转轴转动管自由端产生位移，带动转轴转动从而使安装在转轴上的记录笔发生从而使安装在转轴上的记录笔发生偏转，再由时钟带动作匀速转动的偏转，再由时钟带动作匀速转动的圆形记录纸上划出大钩悬重随时间圆形记录