石油钻井设备与工具王镇全第一节钻柱

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 钻具系统,前言,钻具系统是钻头以上、水龙头以下部分一系列钻井工具组合的总称。包括：钻柱、,井下动力钻具以及其它一些辅助钻井工具。,典型的钻具组合如下:,(215.9mmPDC钻头)（0.75）172 mm螺杆158.8mm(无磁钻铤)NDC1根215mm稳定器158.8mm(钻铤)DC11根127mm(加重钻杆)HWDP20根127mm(钻杆)DP+方钻杆,钻柱是钻井的重要工具，它是连通地下与地面的枢纽。在转盘钻井时，靠它来传递破碎岩石所需要的能量，给井底施加钻压，以及循环钻井液等。在井下动力钻井时，井下动力钻具是用钻柱送到井底并靠它来承受反扭矩，同时钻头和动力钻具所需的液体能量也是通过钻柱输送到井底的。,井下动力钻具为井底发动机，可在井底驱动钻头旋转,是井身轨迹的定向控制的必备工具，同时可与转盘复合，实现复合钻井，不仅可以实现旋转或滑动钻井，还可提高钻头转速，提高钻井速度。,随着钻井深度的增加，几千米甚至上万米的钻柱，在井下的工作条件十分恶劣，它往往是钻井设备与工具中的薄弱环节。时常导致井下复杂情况甚至导致井下事故。为避免或便于处理井下复杂情况，在钻具组合中还需要其它一些辅助钻井工具，以实现快速优质钻井及顺利完成各种井下作业。,第一节 钻柱,钻柱是钻头以上，水龙头以下部分的钢管柱的总称。它包括方钻杆、钻杆、钻铤、各种接头及稳定器等井下工具,一、钻柱的作用,1、钻柱在钻井过程中的主要作用,(1)为钻井液由井口流向钻头提供通道；,(2)给钻头施加适当的压力(钻压)；,(3)把地面动力(扭矩等)传递给钻头；,(4)起下钻头；,(5)根据钻柱的长度计算井深。,2、钻柱的特殊作用,(1)通过钻柱可以观察和了解钻头的工作情况、井眼状况及地层情况等;,(2)进行取心、挤水泥、打捞井下落物、处理井下事故等特殊作业;,(3)对地层流体及压力状况进行测试与评价。,二、钻柱的组成,钻柱由方钻杆、钻杆段和下部钻具组合三大部分组成。,钻杆段包括钻杆和接头，下部钻具组合主要是钻铤，也可能安装稳定器、减震器、震击器、扩眼器及其他特殊工具。钻柱的具体组成随不同的目的、要求而不同。,井段,钻具组合,直井段,165PDC钻头+120钻铤(14根)+88.9钻杆,造斜段,165钻头+单弯螺杆+120无磁钻铤(1根)+120钻铤(13根)+88.9钻杆,增斜段,165钻头+120短钻铤(1根)+161螺旋扶正器(+120无磁钻铤(1根)120钻铤(15根)+88.9钻杆,缓降斜段,165钻头+120钻铤(14根)+88.9钻杆,或者：,165钻头+161螺旋扶正器 120钻铤(1根)+161螺旋扶正器+120无磁钻铤(1根)120钻铤(15根)+88.9钻杆,1、钻,杆,杆,钻杆是,钻,钻柱的,基,基本组,成,成部分,。,。它是,用,用无逢,钢,钢管制,成,成，壁,厚,厚一般,为,为911mm。其,主,主要作,用,用是传,递,递扭矩,和,和输送,钻,钻井液,，,，并靠,钻,钻杆的,逐,逐渐加,长,长使井,眼,眼不断,加,加深。,因,因此，,钻,钻杆在,石,石油钻,井,井中占,有,有十分,重,重要的,地,地位。,(1),钻,钻杆结,构,构与规,范,范,钻杆由,钻,钻杆管,体,体与钻,杆,杆接头,两,两部分,组,组成。,钻,钻杆管,体,体与接,头,头的连,接,接有两,种,种方式,：,：一种,是,是用细,丝,丝扣连,接,接，即,管,管体两,端,端都车,有,有细公,扣,扣，与,接,接头一,端,端的母,细,细扣相,连,连接，,称,称这种,钻,钻杆为,有,有细扣,钻,钻杆；,另,另一种,是,是管体,与,与接头,用,用摩擦,焊,焊对焊,在,在一起,，,，称这,种,种钻杆,为,为对焊,钻,钻杆。,有细扣,钻,钻杆目,前,前已基,本,本淘汰,，,，我国,现,现在生,产,产或进,口,口的钻,杆,杆全部,为,为对焊,钻,钻杆(,无,无细扣,钻,钻杆),。,。,为了增强管,体,体与接头的,连,连接强度，,管,管体两端加,厚,厚。常用的,加,加厚形式有,内,内加厚、外,加,加厚、内外,加,加厚三种。,根据美国石,油,油学会（American Petroleum Institute）（简,称,称API）,的,的规定，钻,杆,杆按长度分,为,为三类：,第一类:5.486一6.706m(18一22ft);,第二类:8.230-9.144m(27-30ft);,第三类:11.582,一,一13.716m(38一45ft)。,常用钻杆的,尺,尺寸：88.9，114.3，127mm（3 1/2,4 5）三,种,种。,(2)钻杆,的,的钢级与强,度,度,钻杆的钢级,是,是指钻杆钢,材,材的等级，,它,它由钻杆钢,材,材的屈服强,度,度决定。,API将钻,杆,杆钢材等级,分,分为五级：,D、E、95(X)、105(G)、135(S)。,钻杆钢级越,高,高，管材的,屈,屈服强度越,大,大，钻杆的,各,各种强度也,就,就越大。,在钻柱的强,度,度设计中，,推,推荐采用提,高,高钢级的方,法,法来提高钻,柱,柱的强度，,而,而不采用增,加,加璧厚的方,法,法。,（3）钻杆,接,接头及丝扣,钻杆接头是,钻,钻杆的组成,邪,邪分，分公,接,接头和母接,头,头，连接在,钻,钻杆管体的,两,两瑞。,接头上车有,丝,丝扣（粗扣,）,），用以连,接,接各单根钻,杆,杆。在钻井,过,过程中，接,头,头处要经常,拆,拆卸，按头,表,表面受到相,当,当大的大钳,咬,咬合力的作,用,用，所以钻,杆,杆接头壁后,较,较大，接头,外,外径大于管,体,体外径，并,采,采用强度更,高,高的合金钢,。,。,丝扣的连接,必,必须满足的,三,三个条件：,尺寸相等；,丝扣类型相,同,同；,公母扣相匹,配,配。,为便于接头,选,选用，API制订了接,头,头类型的标,准,准（石油工,业,业普遍采用,）,）：,APl钻杆,接,接头有新、,旧,旧两种标准,，,，旧标准是,针,针对早期的,有,有细扣钻杆,接,接头，分为,三,三种形式：,内平式(IF)；,贯眼式(FH)；,正规式(REG）。,内平式接头,适,适用于外加,厚,厚钻杆，贯,眼,眼式接头适,用,用于内加厚,钻,钻杆，正规,式,式接头适用,于,于内加厚钻,杆,杆。,三种形式接,头,头螺纹形状,皆,皆为“V”,型,型，但扣型,、,、扣距、锥,度,度不同。,NC型接头,标,标准(新标,准,准）：,随着对焊钻,杆,杆代替有细,扣,扣钻杆，API制订了,新,新的钻杆接,头,头NC型接,头,头标准，也,称,称数字型接,头,头。NC型,接,接头以字母NC和两位,数,数字表示，,如,如NC50,，,，NC26,，,，NC31,。,。,NC美国,标,标准粗牙螺,纹,纹；,两位数字,丝,丝扣基面节,圆,圆直径大小,（,（英制单位,）,）10,例如：NC26表示接,头,头为NC型,，,，基面丝扣,节,节圆直径为2.668in。,新旧标准的,对,对应关系见,下,下表：,2、钻铤,钻铤处在钻,柱,柱的最下部,，,，是下部钻,具,具组合的主,要,要组成部分,。,。,特点：,壁厚大（一,般,般为38-53mm，,为,为钻杆的4-6倍），,具,具有较大的,重,重力和刚度,。,。钻铤两端,管,管体上直接,车,车接头，不,另,另加接头。,作用：,给钻头,施,施加钻压；,保证压,缩,缩条件下的,必,必要强度；,减轻钻,头,头的振动、,摆,摆动和跳动,，,，使钻头工,作,作平稳；,控制井,斜,斜。,钻铤形状及,特,特点：,钻铤形状有,多,多种，如圆,形,形、方形、,三,三角形和螺,旋,旋形。常用,的,的有圆形和,螺,螺旋形两种,。,。螺旋形钻,铤,铤上有浅而,宽,宽的螺旋槽,，,，可减少与,井,井壁的接触,面,面积，减少,发,发生压差卡,钻,钻的可能性,。,。,API钻铤,标,标准：,API钻铤,规,规范见表，,钻,钻铤类型代,号,号由两部分,组,组成，第一,部,部分为NC,型,型螺纹代号,，,，第二部分,数,数字为钻铤,外,外径大小（,英,英制单位）,10，中,间,间用短线分,开,开。,3、方钻杆,方钻杆位于,钻,钻柱的最上,端,端，有四方,和,和六方两种,。,。钻进时，,方,方钻杆与补,心,心、转盘补,心,心配合，将,地,地面旋转扭,炬,炬传递给钻,杆,杆，以带动,钻,钻头旋转。,工作时，方,钻,钻杆上端始,终,终处于转盘,面,面以上，下,部,部则处于转,盘,盘面以下。,4、稳定器,稳定器又称,扶,扶正器，是,满,满眼、钟摆,和,和造斜钻具,组,组合的比备,工,工具，在钻,具,具组合中通,过,过调整稳定,器,器的位置、,数,数量和直径,达,达到不同使,用,用要求。,作用：,防止井斜,；,；,控制井眼,轨,轨迹；,提高钻头,稳,稳定性。,5、其它,钻,钻具,除上述钻,具,具外，根,据,据需要在,钻,钻柱中还,会,会有其它,钻,钻具，常,见,见的钻具,有,有：,减振器,作用：减,震,震器是利,用,用工具内,部,部的减震,元,元件或可,压,压缩液体,吸,吸收或减,小,小钻井过,程,程中对钻,头,头和钻具,的,的冲击和,振,振动负荷,。,。一般安,装,装在靠近,钻,钻头的部,位,位。,原理：液,压,压减震器,的,的作用是,通,通过具有,可,可压缩的,硅,硅油实现,的,的。钻井,作,作业中钻,头,头和钻具,受,受到冲击,和,和震动时,，,，其作用,力,力使工具,以,以极快的,速,速度向上,运,运动，此,时,时油腔内,的,的液压油,受,受到压缩,，,，一部分,将,将以极高,的,的流速经,阻,阻尼孔流,入,入缸套腔,内,内，从而,起,起到吸能,及,及缓冲的,作,作用。钻,头,头头的冲,击,击和震动,负,负荷减小,或,或消失时,液,液体膨胀,，,，下接头,以,以下钻具,在,在自身重,力,力的作用,下,下向下运,动,动。,震击器,作用：,在钻井作,业,业中，下,落,落的钻屑,、,、地层的,膨,膨胀缩径,、,、井下落,物,物、压差,或,或其他原,因,因都可能,引,引起钻柱,被,被卡，为,卡,卡钻时解,卡,卡，常在,钻,钻柱中安,放,放震击器,。,。,种类：,震击器的,结,结构类型,很,很多，既,有,有液力向,上,上震击和,机,机械向下,震,震击特性,的,的，又有,机,机械锁紧,，,，以进行,长,长期的随,钻,钻作业的,。,。,原理：,震击器内,有,有液力震,击,击系统，,其,其震击力,通,通过超拉,钻,钻柱悬重,而,而储存在,钻,钻柱中，,经,经一定时,间,间，超拉,达,达到一定,值,值时，震,击,击器释放,能,能量迅速,作,作用在被,卡,卡钻柱上,而,而发生震,击,击。,演讲完毕,，,，谢谢观,看,看！,