第3节 钻具与井口工具

（3）钻铤
• 主要作用： – 给钻头施加压力。
• 主要特点： – 壁厚且粗大，单位长 度重量大，为同尺寸 钻杆的4～6倍。 – 两端无接头 。
（4）其它钻柱部件 • 接头、稳定器、减震器、震击器。
三、底部钻具组合
井下动力钻具
导向钻井钻具
四、井口工具
指起下钻、接单根、下 套Baidu Nhomakorabea过程中在井口所 用的各种工具。 （1）吊钳
二、钻柱
钻柱 是用各种接头将方钻杆、钻杆和钻铤等部件连接起 来组成的入井管柱，通常指钻头以上的钻具。
功用 • 传递扭矩 • 施加钻压 • 输送钻井液 • 计量井深 • 起下钻头 • 特殊作业
方 钻 钻杆 钻铤 稳 定
杆
器
（1）方钻杆
• 主要作用：
– 传递扭矩；
– 承受钻柱全部重量
• 主要特点：
图1 大钩悬重测量仪示意图 1. 死绳固定器 2. 传感器 3. 仪表 箱 4. 记录仪 5. 指示仪 6. 连接 管线
结构及原理
• 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，表盘上有内外刻度，内 圈悬重外圈钻压。正常情况下 钻头脱离井底，外表盘零点对
准指针W，总内圈为 ，而外表
盘指示的钻压值为零。当钻进 时，钻头与地层接触，大钩负 荷减小，而外圈的刻度值便正 确地表示出钻压值。
结构及原理
• 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，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 作匀速转动的圆形记录纸上划出 大钩悬重随时间变化的曲线。
1记录笔2笔臂3微调螺钉4笔臂转轴架5记录纸 托盘6记录纸7记录仪壳体8弹簧管9记录时钟 10记录纸压帽11记录仪盖12阻尼器
图6 记录仪
液压大钳
（2）吊卡和吊环 • 作用：起升、 悬持和下放钻 具。
（3）卡瓦和安全卡瓦 • 作用：在井口悬持无台肩钻具，如 钻铤等。
（4）提升短节 • 作用：用来提升外壁无台肩的钻铤 和其它井下管串。
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。
• 作用：上、卸钻 杆、钻铤和套管 丝扣。
液压大钳
液动马达
上钳 刹车带 钳牙
下钳
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。
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。
一、钻头
(2)牙轮钻头
– 牙轮钻头的破岩形式
超顶
冲击-压碎、剪切
• 牙轮在井底滚动，冲击压碎井底岩 石，形成一个个破碎坑；
• 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 移轴
成全面破碎；
• 为了增加滑动作用，结构上增加了 ：超顶、移轴、复锥。
– 中空、断面外形为四边形和六边形；
水龙头
– 上端反扣（左旋扣）、下端正扣（右旋扣） ；
– 长13～16m，比单根钻杆长2m以上； 转盘面 – 壁厚比钻杆大3倍。
方钻杆
方钻杆保 护接头
钻杆
（2）钻杆 • 主要作用： – 传递扭矩； – 输送钻井液。 • 主要特点： – 两端有接头形成的台肩 ，便于接单根、起下钻 ； – 壁薄， 9～11mm 。
1 适用于松、软小地剪层，切机→械大钻剪速切高；
2 易井斜； 3 刮刀钻头寿命取决于刀翼寿命
一、钻头
牙轮
(2)牙轮钻头 – 牙轮钻头的组成：钻 头体、牙轮、巴掌、 水眼和轴承。
巴掌
水眼
钻头体
一、钻头
(2)牙轮钻头 – 牙轮钻头的分类
牙轮数目 最常用
单牙轮钻头 双牙轮钻头 三牙轮钻头 多牙轮钻头
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。
第三节 钻具与井口工具
• 一、钻头 • 二、钻柱 • 三、底部钻具组合 • 四、井口工具
一、钻头
（1）刮刀钻头
– 刮刀钻头的分类
刀翼数
两翼(鱼尾式)刮刀钻头 三翼刮刀钻头 最常用 四翼刮刀钻头
平底式刮刀钻头 刀翼底刃的形状
阶梯式刮刀钻头
一、钻头
（1)刮刀钻头 – 刮刀钻头的破岩形式 刮刀钻头是切削型钻头，对不同 类型的岩石，其破岩形式略有 不同： • 塑性岩石：刃前岩石发生 塑性流动，形成切削破碎 。 • 塑脆性岩石：碰撞→挤压
1 牙轮钻头适用于从软到坚硬的各种地层； 2 牙轮钻头的寿命取决于牙齿和轴承的磨损情况。 复锥
一、钻头
(3)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)金刚石钻头
PDC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。
一、钻头
切削齿
(3)金刚石钻头
– 金刚石钻头的组成 ：钻头体、切削齿 、水眼与水槽。
钻头体
水眼与水槽
一、钻头
(3)金刚石钻头 – 金刚石钻头的破岩形式 研磨、铣削岩石
1 主要适用于坚硬地层，PDC钻头适用于软到中硬地层； 2 损坏主要为金刚石切削齿的热损坏、胎体被冲蚀、 切削齿受冲击而产生的碎裂。