石油钻井用钻具培训讲义课件

1、石油钻井用钻具培训讲义讲义大纲一、 钻具的种类二、 钻具的管理三、 钻具的使用四、 钻具的失效形式五、 事故案例一、钻具的种类钻具分为方钻杆、加重钻杆、钻铤、钻杆四类方钻杆加重钻杆钻杆钻铤（一）、方钻杆方钻杆：有四方钻杆、六方钻杆两种。常用的是四方钻杆。四方钻杆：管体横截面内为圆形、外为正方形的方钻杆，代号为FZ;六方钻杆：管体横截面内为圆形、外为正六边形的方钻杆，代号为LFZ。方钻杆总长标准长度：12.20米。方钻杆驱动部分标准长度为11.28米。常用方钻杆公称尺寸有：51/4（133.4mm）、41/4（108mm）、31/2（88.9mm）、3（76.2mm）、21/2（63.5mm）。

2、（一）、方钻杆方钻杆的公称尺寸是指方钻杆驱动部位的对边宽度。方钻杆尺寸内螺纹扣型外螺纹扣型内径mm51/465/8GEG 左51/2FH82.641/465/8GEG 左NC4671.431/265/8GEG 左NC3857.2365/8GEG 左NC3144.521/265/8GEG 左NC2631.8备注：其余扣型全是非标或选用。（一）、方钻杆方钻杆两端接头是利用摩擦对焊技术与方钻杆驱动部分焊接在一起。方钻杆上部加厚端长度为406mm，下部加厚端长度为508mm。六方钻杆的外螺纹扣型为同尺寸四方钻杆低一尺寸级别的扣型。方钻杆的表面质量：管体表面不得有裂纹、折叠、凹坑和结疤等缺陷，内表面不得

3、有台肩和螺旋沟槽。若有缺陷应修磨消除，修磨处与方钻杆表面呈圆弧过渡，修磨后剩余壁厚不得小于规定壁厚的92%，方钻杆表面不允许补焊（钳牙、刻度）。（一）、方钻杆直线度：11.28m*0.52=5.86mm。新方钻杆喷码识别：AB公司 ISO10424-1 65/8REG LH NC（51/2FH）（二）、加重钻杆加重钻杆按制造方式分为整体加重钻杆和对焊加重钻杆两种。整体加重钻杆标识：ZH加重钻杆有I型加重钻杆和II型加重钻杆，是按加重钻杆的长度划分的，I型加重钻杆标准长度为9.3米，II型加重钻杆标准长度为13.5米。加重钻杆的公称尺寸是加重钻杆管体的外径尺寸。加重钻杆中部加厚部分的外径为加重钻

4、杆公称尺寸+1/2（12.7mm）（二）、加重钻杆常用加重钻杆尺寸及技术参数尺寸型号管体壁厚mm接头外径mm内径mm单根重量KG51/2JZ55-51/2FH-I23.8177.892.17305JZ50-NC50-I25.4168.376.270041/2JZ45-NC46-I21.5158.871.458531/2JZ35-NC38-I18.2120.752.437027/8JZ29-NC31-I11.1104.850.8220（二）、加重钻杆加重钻杆直线度的测量：从加重钻杆两端沿表面所拉直线与加重钻杆中间表面的最大偏离量。I型加重钻杆直线度不得超过：0.055%L+（两端接头外径-中间接

5、头外径）/2方钻杆表面质量：管体表面不得有裂纹、折叠和结疤等缺陷，内外螺纹密封面不允许有毛刺、裂纹、凹痕和龟裂等缺陷。（三）、钻铤钻铤根据材料分为普通钻铤和无磁钻铤。普通钻铤分为：A型钻铤和B型钻铤。A型钻铤：由中碳合金钢制成，管体横截面内外都为圆形的钻铤，代号为ZT；B型钻铤：由中碳合金钢制成，管体外表面具有螺旋槽的钻铤，代号为LT。无磁钻铤为C型钻铤：由磁导率很低的合金钢制成，管体横截面内外都为圆形的钻铤，代号为WT。（三）、钻铤C型钻铤与A型钻铤的区分：地面容易区分，看颜色；区分在井下都磨的较亮的C型钻铤与A型钻铤的最好方法是利用磁铁。钻铤标记： 是钻铤代号，如LT是钻铤接头扣型，如NC

6、50是钻铤外径除以2.54mm钻铤的标准长度有9.15m和9.45m两种。（三）、钻铤常用钻铤尺寸钻铤尺寸扣型内径mm9（228.6mm）731/730(758REG)71.48（203.2mm）631/630(65/8REG)71.47（177.8mm）411/410(NC50)71.461/2（165.1mm）4A11/4A10(NC46)71.461/4（158.8mm）4A11/4A10(NC46)71.443/4(120.7mm)311/310(NC38)50.8（三）、钻铤钻铤直线度：钻铤全长直线度偏差最大为全长乘以0.52mm/m，两端2m内的直线度最大为2mm。钻铤的表面质量：

7、管体表面不得有裂纹、折叠、凹坑和结疤等缺陷，内表面不得有台肩和螺旋沟槽，钻铤表面不允许补焊。内外螺纹密封面不允许有毛刺、裂纹、凹痕和龟裂等缺陷。（四）、钻杆钻杆接头是摩擦对焊上去的。钻杆有3种加厚方式：外加厚（EU）、内加厚（IU）、内外加厚（IEU）。钻杆钢级分为四种：E75、X95、G105、S135钻杆接头连接螺纹分为数字型（NC）、内平型（IF）、贯眼型（FH）三种，每种螺纹又可分为右旋和左旋。（四）、钻杆常用钻杆尺寸钻杆尺寸钢级壁厚mm接头外径mm接头内径mm扣型51/2S1359.17、10.54184.282.651/2FH5S1359.19、12.7168.369.9NC50G

8、1059.19、12.7168.382.5NC5041/2S1358.56158.869.9NC46G1058.56158.876.2NC464S1358.38139.761.9NC38(HT38)G1058.38139.750.8NC38(HT38)31/2S1359.35、11.412754NC38G1059.35、11.412761.9NC38E759.35、11.412768.3NC3827/8S1359.19111.141.3NC31G1059.19104.850.8NC31E759.19104.854NC3123/8G1057.1185.744.5NC26二、钻具管理井场钻具验收由

9、钻具使用单位技术人员负责。井场验收内容主要包括到井钻具编号、规格尺寸、钢级、数量、本体（弯曲、挤扁、刺漏）、接头、水眼、螺纹及密封面状况、耐磨带等。根据验收情况，钻具使用单位和钻具服务单位进行现场交接，并签字确认。二、钻具管理钻具应摆放在距地面0.3m以上的管架上，管架基础牢固、平整，采取防滑措施。方钻杆、钻铤、螺杆单独摆放，方钻杆应不少于三个支撑点。钻具上不应摆放重物及酸、碱等腐蚀性化学药品；不应在钻具上进行电气焊等作业；不应把钻具作为电焊搭铁线。三、钻具的使用钻具服务单位应根据钻井工程设计和钻具使用方要求提供钻具。钻具到井后，钻井队技术人员应检查核对钻具规格、数量、钢级、螺纹，记录每根钻具

10、的长度、内外径（特殊工具须绘制草图）、水眼，并按入井顺序编号。钻具不应挪作它用（放喷管线、垫杠等），不应在钻具上焊接标记和物件；不应随意切割、加工和毁损钻具。不合格钻具应明确标识、单独存放并登记。应选用与钻具尺寸相匹配的井口工具。不应在钻杆中使用滤清器。三、钻具的使用应清洗干净钻具螺纹，配戴护丝；钻具上下钻台轻吊轻放，防止碰坏螺纹及台肩面；在鼠洞接单根应扣吊卡；上扣应保证钻具螺纹清洁，均匀涂敷钻具螺纹脂。钻具新螺纹应磨扣，不应使用液气大钳或旋扣器磨扣。钻铤磨合4次，每次磨合后应清洁螺纹并涂螺纹脂。钻具在上扣之前，其螺纹和台肩面应均匀涂敷螺纹脂；井底温度超过100，应使用抗高温螺纹脂。螺纹脂要符

11、合SY5198钻具螺纹脂的规定。螺纹脂要加盖存放，避免落进泥浆等杂物。不应向螺纹脂内添加稀释剂。三、钻具的使用钻具对扣操作应平稳，避免碰伤螺纹；紧扣扭矩应符合推荐值。处理卡钻，实施泡酸、套铣等特殊作业，提拉钻具以及对钻具施加扭矩时，不应超过钻具的抗拉强度和抗扭强度。处理情况应在钻具使用记录中注明。钻杆、加重钻杆、钻铤在使用过程中应错扣起钻，并定期倒换；钻具每次倒换数量应不低于全井同规格钻具长度的25%。上、卸扣时应检查钻具，及时更换有缺陷的钻具。钻进过程中发生严重蹩钻，起钻时应对下部钻具组合逐根卸扣，以释放应力。三、钻具的使用起钻时应对钻具编号，检查钻具管体、螺纹、接头及耐磨带，发现不能满足使

12、用技术要求的立即更换。钻杆盒内不应铺设金属硬物，应平铺厚木板或胶条。因螺纹粘扣需切割处理的，应选择内螺纹接头处作为切割位置。对经历酸化、注水泥或盐水钻井液作业的钻具，在作业结束后，钻具使用单位应及时清洗干净。甩钻具前，应卸成单根。转换接头、稳定器、滚子方补芯、内防喷工具、打捞工具等应从钻具上卸下。甩钻具应配戴护丝，平稳操作，不应碰撞。甩下的钻具应分类摆放，以内螺纹接头端面为基准排齐，不应乱堆乱码。核对钻具数量，记录钻具的使用和损坏信息。跳钻严重的地层，应采取减震措施。三、钻具的使用钻具的无损检测周期应根据钻具井下工作时间、钻具级别、地质情况、钻井工艺、钻井参数，该区块钻具失效情况综合分析确定。

13、钻具推荐无损检测周期表名称常规井检测周期水平井、大位移斜井、探井等复杂井检测周期钻杆新钻杆2500100h1500100h一级钻杆1500100h900100h二级钻杆900100h600100h三级钻杆600100h400100h钻铤、加重钻杆、转换接头、稳定器及以上井眼60050h50025h以下井眼40050h30025h方钻杆1000100h800100h三、钻具的使用经过以下特殊工况或事故处理之后，应对使用的钻具全部进行检测。（1）顿钻；（2）严重蹩钻；（3）高浓度硫化氢、二氧化碳；（4）卡钻等。四、钻具的失效形式1 钻具失效形式钻具失效的形式是多种多样的，概括起来主要分如下几种：过

14、量变形是指在过大载荷作用下，钻柱接头的螺纹部分伸长以及钻柱本体的弯曲和扭转超过了极限范围。断裂在钻柱事故中占的比例较大，危害也很严重，主要有以下几种：四、钻具的失效形式低应力脆断：它在整个钻柱失效中占相当大的比例；钻杆、钻铤和转换接头处均能发生，如钻杆焊缝的脆性断裂；钻铤和转换接头螺纹部位的脆性断裂等。这种断裂的主要原因是疲劳损伤。其显著特点是：在突然断裂前没有宏观前兆，一般测量手段查不出来，在不知不觉中造成灾难性事故，所以低应力脆断是最危险的断裂方式之一。应力腐蚀断裂：它是钻柱失效的常见形式。如钻柱在含硫油气井中工作时的硫化物应力腐蚀断裂；钻杆接触某些腐蚀介质（如盐酸、氯化物类）时的应力腐蚀

15、断裂等。四、钻具的失效形式氢脆断裂：当金属中存在过多氢时，在拉应力作用下可使材料产生氢脆。实际上，由硫化氢和盐酸引起的钻柱应力腐蚀断裂也是由于氢的作用造成的。疲劳断裂：一般发生在钻杆接头、钻铤和转换接头螺纹部位等截面变化区域或因表面损伤而造成的应力集中区处。由于整个钻柱承受复杂的交变应力，有些部位，如螺纹根部、焊缝及划伤等缺陷处会出现应力集中，缺口根部应力可高出平均应力几倍或更高，所以缺陷处很快发生裂纹并扩展，直到断裂。据统计钻柱失效70%是疲劳断裂失效，因此疲劳断裂失效是钻柱的主要失效形式。四、钻具的失效形式钻具失效的主要影响因素1、材料本身因素当钻柱材料本身存在缺陷也就是说存在微裂纹，特别

16、是较大的原始缺陷时，交变应力达到疲劳极限后，在交变应力作用下该微裂纹不断地扩展和传播，达到一定程度后，就会发生疲劳破坏。2、地层因素浅井中发生钻具失效很少，深井中钻具失效多一些，主要是浅井岩石硬度小，造成的振动应力小，不超过疲劳极限，故不发生疲劳破坏，随着井深的增加，岩石硬度增大，造成的振动的应力逐渐增大，在一定条件下可能超过疲劳极限，也就存在疲劳破坏的可能，说明地层性质是造成钻具失效的原因之一，地层因素又非常复杂，通过引发钻柱振动，导致钻柱失效。四、钻具的失效形式硬地层：牙轮钻头破坏岩石是靠冲击破碎，岩石硬度越大，牙齿吃入越少，则冲击时间越短,冲击载荷越大。钻头工作时产生的冲击载荷有利于岩石

17、破碎，但也会使钻头轴承过早损坏，使牙齿崩碎，而且应力波作用于钻柱上，引发钻柱的纵向振动，钻头的冲击载荷是钻柱纵向振动的激振载荷。砾岩地层：砾岩地层由于中间比周围岩石的硬度大进尺慢，在井底形成突起，使得井底形成高低不平的形状，钻头旋转钻进时，引发并加剧纵向振动，同时使钻头产生较大的弯矩，加剧稳定器刮井壁，钻出的井眼不规则，当稳定器旋转通过时，可能瞬间卡住，造成瞬间高扭矩，并引发扭转振动。四、钻具的失效形式3、井眼因素a 井径不规则：由于各种原因造成井径扩大较多，造成较大的钻柱的弯矩，加剧钻柱的疲劳破坏。b 缩径*：由于地层泥页岩吸水膨胀造成局部的缩径，稳定器通过时会产生较高的扭矩。管理因素;由于

18、加工或运输过程中产生的及材料本身的原始缺陷，包括弯曲度、壁厚、磨损程度、伤痕深度、螺纹质量等微观上存在较大的微裂纹，在振动作用下扩展和传播，达到一定程度后就会造成疲劳破坏。钻具和井下工具长时间使用，应定期进行倒换、措扣检查、探伤和更换，及时检查出有问题的钻具，在其失效之前更换，若管理有问题也会造成钻具失效。五、事故案例30650队曙3-H1307井127mm钻杆外螺纹折断事故基本情况： 曙3-H1307井设计井深1750米，2013年1月25日一开，表套下入深度753.5米，于1月29日二开。事故经过： 2013年1月29日10:00钻至井深765米，因造斜换螺杆钻具起钻，当循环好钻井液后于1

19、1:30分起至第二柱钻杆时，吊卡离转盘面2米停车倒换3档的过程中，处于静止的钻具，悬重突然由370KN下降到100KN，11:38分开泵泵压为0，以为钻具脱扣，下立柱对扣未果，12:45分起至第11柱钻杆时发现钻杆外螺纹根部折断。五、事故案例钻具组合：241mm钻头+双母接头+177.8mm无磁+240mm扶正器+177.8mm钻铤8根+127mm加重钻杆15根+127mm钻杆落鱼长度：444.59米。断件描述：折断钻杆为127mm对焊G105钻杆，接头外径166mm,接头编号12 8 14 sy5290-2000 NC50 G105五、事故案例处理经过：下入197mm母锥一次打捞成功。五、事

20、故案例原因分析：0765米为直井段，钻压3050KN，钻井液密度1.10克/立方厘米，粘度70秒，无塌、漏、卡等复杂情况。观察折断面，晶间组织粗糙，不够致密或许是此次事故的主要原因。预防措施：应加强产品的进货检验，做好源头控制，同时加强供井钻具的检验及检测。五、事故案例40504队高古16井7螺旋钻铤失效事故基本情况：高古16井设计井深3000米，斜井。于2012年12月5日一开，12月9日二开。事情经过：2013年1月8日19:40分正常钻进过程中发现由12Mpa突然下降到11Mpa，司钻停泵上提方钻杆检查地面系统正常，决定起钻，当起至第二柱钻杆时，发现悬重少了100KN，起钻结束发现7螺旋

21、钻铤距内螺纹台肩密封面97mm处断裂。当时井深2280米，钻压170KN，转数80r/min，钻井液密度1.24克/立方厘米，粘度45S，距上次现场探伤时间167h。钻具组合：311mm钻头+630*630+631*630托盘+203mm无磁1根+ 203mm钻铤2根+310mm扶正器+631*410+178mm螺旋钻铤9根+5加重钻杆18根+5钻杆落鱼长度：55.84米。处理经过：下卡瓦打捞筒一次成功获鱼，损失时间26h50min.五、事故案例五、事故案例原因分析：0到2280米井段，无塌、卡、漏等复杂情况发生，最大井斜为20，未到潜山井段，也无憋跳现象，可能性最大的是疲劳累积导致断裂。预防

22、措施：加强钻具检验、检测和维修质量，定期更换钻具等。五、事故案例40504A队高古16井加重钻杆螺纹失效事故基本情况：高古16井设计井深3000米，是一口定向探井，最大井斜19.3。于2012年12月5日一开，12月9日二开，2月14日三开。井深结构：406mm312m+339.7mm311.4m+311mm2663m+244.5mm2660m+215mm2909m。事故经过：2013年2月24日21:07分钻进至井深2906米时泵压由9.5Mpa下降到8Mpa，中间修泵、钻进，直至25日2:33分泵压降至5.8Mpa，之后钻进至4:40分修立管卡子，上提方钻杆后突然悬重由939KN下降到80

23、1KN，立即起钻，发现5加重钻杆内螺纹折断。钻具组合：215mm钻头+430/410+浮阀+托盘接头+411/4A10+ 165mm无磁1根+165mm钻铤2根+212扶正器+165mm钻铤6根+4A11/410+127mm加重钻杆15根+127mm钻杆五、事故案例钻进参数：钻压：130KN转速:70r/min泵压：9.5Mpa钻井液密度：0.95克/立方厘米粘度：53秒含沙量：0.3%落鱼：215mm钻头+430/410+浮阀+托盘接头+411/4A10+ 165mm无磁1根+165mm钻铤2根+212扶正器+165mm钻铤6根+4A11/410+127mm加重钻杆13根。鱼顶：2706.3

24、3m鱼长：203.55m断件描述：折断的127mm加重钻杆接头外径166mm，折断面距内螺纹密封面110mm处，有明显刺痕，此螺纹未修过。五、事故案例五、事故案例五、事故案例处理经过：2013年2月25日14:30分、26日5:30分分别下螺旋卡瓦打捞筒（第一次卡瓦牙163mm，第二次卡瓦牙161mm）均能造扣，但超过原悬重200KN就会脱扣，等待下一步打捞措施。原因分析：折断的加重钻杆于2013年1月23日供井，属于一级加重钻杆，2月22日现场探伤检测，到发生事故纯钻时间为32h，进尺70m。失效部位首先产生疲劳裂纹，钻井液冲击裂缝，从发现泵压变化到起钻长达6个多小时的带压作业，致使薄弱区更

25、加薄弱，充气钻井液体系蒙蔽判断者造成起钻不及时是这起钻具落井事故的主要原因。五、事故案例70077队兴古7-H269井钻杆失效事故基本情况：一开：346mm1211.41m+273.05mm1209.62m。二开：250.8mm钻进至4151.03m.全井最大井斜出现在3954米，井斜角为36.7鱼头位置的井斜角为16.7事故经过：兴古7-H269井钻至井深4151.03米时，因钻头牙轮落井，于2013年6月13日2:30分下磨鞋到底开始磨进，钻压4050KN，泵压6Mpa，转数60r/min,扭矩2030KN.m.磨进到16:15分时，悬重突然由原来的1300KN降至580KN，上提钻具悬重

26、仍为580KN，钻压降至1.5Mpa,起钻发现127mm钻杆管体折断。钻具组合：218mm磨鞋+177.8mm螺旋钻铤2柱+127mm加重钻杆24根+411/NC52变扣接头+127mm钻杆五、事故案例鱼头位置：1481.73m鱼 长：2669.3m落鱼组合：218mm磨鞋+177.8mm钻铤2柱+127mm加重钻杆24根+411/NC52变扣接头+127mm钻杆83柱+4.05m折断钻杆。断件描述：折断钻具为127mmNC52内平外加厚钻杆，折断面距该钻杆内螺纹台肩密封面5.54m，断面处外径为126.8mm，断面最小壁厚为8.9mm,内涂层完好。五、事故案例五、事故案例处理经过：第一次下入

27、220mm打捞筒+弯钻杆，未碰到鱼头，第二次下入232mm打捞筒+2弯接头，仍未碰到鱼头，实测鱼头位置井径为324.5mm，第二次下入打捞筒已过鱼头位置仍没有遇阻现象，说明鱼头位置的井径应大于232+127=359mm.两次打捞均未果。五、事故案例锦307-26-更38井断钻具事故基本情况1.生产时效锦307-26-更38井为定向井，设计井深3788m，一开时间：2013年4月8日；二开时间：2013年4月11日三开时间：2013年5月0日。2.井身结构一开：346mm*357+273.05mm*355m二开：241.3mm*3523m+177.8mm*3520m三开：152.4mm*3789

28、m3.井身轨迹本井从2200m开始定向，2470m井斜达到20.11后进入稳斜段，到中完井深3523m，井斜始终控制在16 26范围内；，井身轨迹质量优化较好，狗腿度控制在3以内。4、钻井液性能如下：密度1.36g/cm3，粘度56s，失水3ml，塑性粘度22mpa.s，动切力7.5Pa，n值0.66，K值315.6,3转2,6转4。5钻具组合152.4mmPDC钻头 +330*310双母 +311*310浮阀+120钻铤9根+31/2加重钻杆39根+钻杆五、事故案例事故经过2013年6月15日5：40，井深3798米，正常钻进，钻时较慢，司钻活动钻具，上提出一个单根后，下放钻具，方补心入转盘

29、后开转盘下划3米后，悬重忽然由78吨降至36吨，泵压由20Mpa降至6Mpa，判断为钻具断，起钻检查，11：00起钻完，起出钻杆186根，第186根钻杆公扣断，公扣剩余余2扣，井下落鱼长度为2007.34米。鱼头位置：1791.08米落鱼组合为：152.4mmPDC钻头 +330*310双母 +311*310浮阀+120钻铤9根+31/2加重钻杆39根+钻杆163根五、事故案例五、事故案例五、事故案例事故处理1、下打捞工具11：30，下入3寸半公锥，打捞组合为：3寸半公锥+120mm安全接头+钻杆，14：30，下钻到底开始打捞，15：00打捞对扣成功，开泵一个凡尔泥浆正常返出，上提正常悬重为800KN，上提至1200KN后无法提出，领导决定开两个凡尔继续上下活动，循环时振动筛返出岩屑不多，上提无效，18:00决定报解卡剂8方，密度要求1.38。2、注入解卡剂2013年6月16日4:30解卡剂到井，5:30开始注解卡剂，6:40注完，共注解卡剂7方，前置液后置液共6方，静止开始泡解卡剂。9:00上提钻具至1200KN，无效，压至300KN继续静止11:30上提钻具至1200KN，无效，压至300KN继续静止14:00上提钻具至1200KN，无效，压至300KN继续静止16:00上提钻具