钻具基础知识
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六种可以互换的接头螺纹
在数字型接头中有五种尺寸的接头与内平型接头 中相应接头具有相同的基面节圆直径、锥度、螺距和 长度；有一种尺寸与4″贯眼接头相同，所以可以互 换。按照中华人民共和国国家标准GB9253.1-99《石 油钻杆接头螺纹》规定，可以互换的螺纹有： ① NC26与23/8IF（2A11×2A10）； ② NC31与27/8IF（211×210）； ③ NC38与31/2IF（311×310）； ④ NC40与4FH（4A21×4A20）； ⑤ NC46与4IF（4A11×4A10）； ⑥ NC50与41/2IF（411×410）；
螺纹中径：指母线位于螺纹牙宽和牙槽宽相等处的 假想圆锥体的直径。基面处的中径称为基面中径。基 面中径是圆锥螺纹的主要参数之一。
牙型角（α）：指螺纹轴向截面内两个牙侧边的 夹角。垂直于螺纹轴线的牙型角的平分角线与牙侧边 的夹角（α/2），称为牙型半角。
螺距（P）：相邻两牙对应点的距离在圆锥螺纹轴 线上的投影长度。其数值与沿圆锥母线量得的距离P′ 之间的关系是：P=P′cosθ。
API Spec 5D规定的钻杆管体长度标准有 三类： 第一类（R1）：长5.5～6.7米（18～22英尺） （少用） 第二类（R2）：长8.23～9.14米（27～30英尺） 第三类（R3）：长11.6～13.7米（38～45英尺）
目前常用的是第二类钻杆,钻杆有效长度一般为 9.25—9.5米左右(订货时一般要求接头加长)。 现用的钻杆其管体与接头是采用对焊的方法连接的， 为了增加其连接强度，管体两端对焊部分是加厚的。 加厚形式有内加厚、外加厚和内外加厚三种，常用 用的钻杆以内外加厚为主。
钻井基础知识讲课
244.5
215.9
118
套管直 径mm
478
339.7 273.05 244.5
177.8
139.7 101.6
常用钻 铤(φ) 常用钻 杆(φ)
备注
177.8(7)
127(5)
江陵等 复杂地
区
177.8(7) 127(5) 常用
203.2(8) 158.8(61/4)
177.8(7) 158.8(61/4)
二、江汉油田常用钻具组合
钟摆钻具使用特点： ①钟摆钻具能用于不易井斜地区，在使用大钻铤
条件下，保证较高钻压下钻出几乎垂直的井眼。比使 用光钻铤钻具可增加钻压，而不会增大井斜。
②钟摆钻具也是一种有效的纠斜工具，并广泛应 用于各油田。
二、江汉油田常用钻具组合
钟摆钻具使用特点： ③尽可能采用大尺寸钻铤加稳定器，形成的钟摆
钻井参数： 钻压 (kN)
转速 (r/min)
排量 (L/S)
泵压 （MPa）
150-180
67
30
12
二、江汉油田常用钻具组合
适用范围 满眼钻具适用于不易斜或较为易斜的地区（层）。满眼钻 具是在石油及天然气钻井应用最为广泛的钻具组合之一。 力学理论基础 满眼钻具的防斜原理有二点：①能产生较小的钻头倾角 （相对于钟摆钻具而言）；②利用三点（三个稳定器）直 线性来保证井眼的直线性和限制钻头的横向移动。
地层本身并不存在造斜力，这里所说的地层造斜力， 实质上是与地层特性及钻压密切相关的使井眼偏斜的一 种特殊作用。
用地层造斜力的概念解释和描述岩性比较稳定的地 层和一个层段的井斜机理是比较合实际情况的，但不适 用于软硬交界面上突然发生的严重井斜问题。
一、基 本 概 念
钻井用钻具知识总结
1．钻具口型5寸（127mm）钻杆411*410扣型、外径127mm、内径108mm。
7寸（178mm）钻挺411*410扣型、外径178mm、内径 71.40mm8寸（203mm）钻挺631*630扣型、外径203mm、内径 71.40mm1）完整的钻杆接头代号由四部分组成：对于内平、贯眼、正规型接头螺纹，接头螺纹代号用接头所配钻杆通称外径（以英寸为单位）和代表接头接头类型的符号来表示，而对于数字型接头，用NC和和表示螺纹基面中径尺寸（1/10in）的数字表示。
如4IF_42X表示配外径为4in（101.6mm）钻杆、线密度为20.8kg/m、X级钻杆用内平式接头。
NC50_62E表示陪外径5in(127.00mm)、线密度29.0kg/m、E级钻杆用数字型接头。
2）钻挺的扣型表示方法NC26_35,表示扣型短横线“_”前面的两位数字是以英制单位表示的丝扣节圆直径，后两位数字是以英制单位表示的外径尺寸。
水龙头下端扣型（631）上旋塞（631*630）方钻杆扣型（521*630）转换接头（411*520）下旋塞（411*410）方保接头（411*410）书写钻具组合时规范为：外径+名称+长度合川001-83-H1井二开双扶通井钻具组合○1311.2mm钻头*0.29m+○1203mm双母接头*0.81m+○1203mm回压凡尔*0.5m+○1 310mm扶正器*1.72m+○1203mm无磁钻挺*9.01m+○1210mm转换接头*0.48m+○1 308mm扶正器*0.97m+○1219mm转换接头*0.46m+○1219mm转换接头*0.80m+○1 127mm加重钻杆*27.72m+○1203mm旁通阀*0.50m+○1127mm加重钻杆*251.89m+○1127mm钻杆*1115.86m+○1_方保接头*0.81m+○1_下旋塞*0.44m+○1_转换接头*0.80m2.套管的扣型长圆扣和阶梯扣1）下套管时先下入的三根和套管鞋要涂好丝扣胶，防止放生井下落鱼，增强下部套管的密封效果，且下套管时，要边下套管边灌浆，防止挤毁套管，且扶正器在斜井段要多于直丼段。
石油工程技术 井下作业 钻具简介
钻具简介修井中常用钻柱主要由方钻杆、钻杆、钻挺、各种接头及专用工具组成，其中方钻杆、钻杆及钻挺等统称为钻具。
1方钻杆在修井作业中，方钻杆位于钻柱的最上端，其上部与水龙头相接，下部与钻杆连接，方钻杆的主要作用是传递转盘扭矩，承载钻柱的全部悬重。
1.1方钻杆基本结构方钻杆的基本结构形式如图1、图2所示。
图1四棱方钻杆结构图2六棱方钻杆结构1—上接头；2—六方本体；3—下接头方钻杆由于所处工作条件非常繁重，应具有较高的抗拉、抗扭强度，因此方钻杆厚度一般比钻杆大3倍左右，用高强度优质合金钢制造。
方钻杆两端接头配有螺纹，以便与水龙头、钻杆或套铣筒连接，修井作业中方钻杆的上端始终处在转盘面以上，为防止在旋转中自动卸扣，方钻杆上端螺纹一般均为左旋螺纹（反扣），下端为右旋螺纹（正扣），特殊情况根据需要在使用左旋钻杆（反扣钻杆）修井时，可将方钻杆上端改为右旋，下端改为左旋，而相应的水龙头下端也应改为右旋，目前方钻杆均为无细螺纹的对焊型。
1.2方钻杆基本参数方钻杆基本参数见表1。
表1方钻杆规范公称尺寸内径mm 方部尺寸方部长度m上部接头（反扣）下部接头（正扣）in mm 对方mm对角mm方棱半径mm外径mm连接螺纹外径mm连接螺纹37645761009.510.50146420105211 51/4133801331751613.60197630178521 85/821919019021911～121.3使用要求1.3.1方钻杆使用时，上、下端应加配保护接头；1.3.2方钻杆垂直度应小于2mm/根，不允许有扭曲、弯曲现象；1.3.3方钻杆本体长度内不得有微裂纹、表面疤痕等缺陷；1.3.4方补心内方尺寸与方钻杆对方尺寸配套，允许偏差士2mm，超过时应更换或补焊补心内方，以弥补内方尺寸不足，减小方钻杆的磨损；1.3.5方钻杆不用时应插入鼠洞内，不得斜放在钻台与地面之间，以免弄弯方钻杆；1.3.6长时间停用方钻杆，应将其支垫起做好清洁防腐工作；1.3.7方钻杆搬运时，应用专用方钻杆保护管，以免闪、顿弯方钻杆；1.3.8定期无损探伤检测方钻杆；1.3.9方钻杆与补心之间应随时加注润滑剂，以冷却润滑。
常用钻具基础知识
1
前期工作回顾
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一、钻杆
钻具是方钻杆、钻杆、钻铤、转换接头、钻柱稳定 器等几种主要入井工具的总称。在钻井过程中，将方钻 杆、钻杆、钻铤等用带螺纹的接头连接起来所组成的入 井管串称为钻柱。 一、钻杆 1、钻杆的作用
❖ 2、水眼必须畅通、无污物堵塞。
❖ 3、管体检验从钻杆一端加厚处旋转检查至另一端加厚处,表面不 得有硬伤,挤扁,电焊修补,泥浆刺漏痕迹。
❖ 4、接头外径磨损不得超过规定数值,内螺纹接头体长度Ø114.3 毫米钻杆以下不短于160毫米, Ø114.3毫米以上不短于180毫米, 外螺纹接头体长度不短于150毫米。
❖ 检验方钻杆 ❖ 1、方钻杆放在检验台上，拉线检验管体弯曲程
度。 ❖ 2、检验管体扭曲度。 ❖ 3、目测水眼是否畅通。 ❖ 4、测量驱动部分对方宽度。 ❖ 5、清洗螺纹部位油泥，污物，检验螺纹。 ❖ 6、标记检验符号。 ❖ 7、填写检验记录。
❖ 检验方钻杆
❖ 1、方钻杆放在管架台上,应体现自然弯曲,拉线 应平直, 全长允许直线度＜8mm，每米允许直 线度＜1mm。
❖ 检验钻铤
❖ 1、钻铤放在检验台上,应体现自然弯曲,拉线应平直,8～9米钻铤 全长允许直线度＜5mm，两端2米允许直线度＜2.5mm。
❖ 2、水眼必须畅通,无污物堵塞。
❖ 3、管体全长旋转检查,表面不得有裂纹,硬伤,电焊修补,泥浆刺痕 迹,管体伤痕不得超过标准规定。
❖ 4、管体外径磨损到小一级钻铤外径且内径相符,应改螺纹,该钻铤 按小尺寸钻铤使用.钻铤只允许减小一次尺寸。
钻具的基本组成(定稿)
主讲
钻 具 的 基 本 组 成
钻具是指方钻杆以 下（含方钻杆）钻头以 上（含钻头）各部分工 具的总称。其基本组成 部分是方钻杆、钻杆、 钻挺、各种接头及钻头。 在钻井中通常把方钻杆、 钻杆、钻挺等用各种接 头连接起来的入井管串 称为钻柱。
一、方钻杆 1．方钻杆的结构及作用 方钻杆位于钻柱的最上端， 上端与水龙头相连，下端与钻杆 相接。方钻杆断面呈正方形或六 方形（大型石油钻机都用正方形 的），其目的是便于传递扭矩。 方钻杆两端均为粗螺纹上端是左 旋螺纹，下端是右旋螺纹，其目 的是防上钻进过程中自动卸螺纹。 为了接单根后方钻杆的方部能进 入方补心，要求它比单根长2～3 m，故方钻杆的长度为 13～14.5 m。
4．PDC钻头 PDC钻头是采用聚晶人 造金刚石与碳化钨的复合块 作切削元件的钻头的简称。 它出现于见20世纪70年代， 由于优点很多，所以得到了 迅速推广。它适用于软到中 硬地层，在较低的钻压、较 高的转速下工作可获得较高 的钻头进尺和较低的单位进 尺成本。PDC钻头分钢体PDC 钻头与碳化钨胎体PDC钻头。 它由钻头体和切削齿组成。
（3）钻杆接头类型的表示 我国通常用三位数字表示接 头类型。第一位数字表示钻杆本 体外径，如2、3、4、5、6分别 表示27/8、31/2、41/2、5、 51/2、59/16、65/8的钻杆；第 二位数字表示接头类型，1、2、 3分别表示内平式、贯眼式、正 规式；第三位数字表示内外螺纹， l、0分别表示外螺纹、内螺纹。 例如420接头代表41/2钻杆贯眼 式内螺纹接头（习惯叫公接头、 母接头）。
还可用字母表 示接头类型。国产 接头用NP、GY、ZG 分别表示内平、贯 眼、正规。API制接 头用IF、FH、REG分 别表示内平、贯眼、 正规。
钻具的识别、组成及组合
目录
• 钻具的识别 • 钻具的组成 • 钻具的组合 • 钻具的选择与使用 • 钻具的发展趋势
01
钻具的识别
钻具的种类
钻头
01
根据地层和钻井需求选择不同类型的钻头，如刮刀钻头、牙轮
钻头和金刚石钻头等。
钻柱
02
包括钻杆、钻铤和钻杆扶正器等，用于传递扭矩和承受钻压。
井口工具
03
钻杆的维护和保养对于保证钻 井安全和提高钻井效率具有重 要意义。
钻铤
钻铤是用于增加钻柱刚性和提供一定重量的工具，通常 由厚壁钢管制成。
在深井和超深井钻井中，钻铤的使用更加重要，可以提 高钻柱的整体刚性和稳定性。
钻铤的重量和尺寸根据实际需要选择，其表面通常经过 防腐处理。
在使用过程中，应定期检查钻铤的磨损和腐蚀情况，及 时更换损坏的钻铤。
使用前应对钻具进行质量检查，包括外观、尺寸和性能等方 面的检测，以确保其符合标准和要求。
02
钻具的组成
钻头
钻头是钻具中最重要的组成 部分，负责破碎岩石，形成
井眼。
1
钻头有多种类型，如刮刀钻 头、牙轮钻头和金刚石钻头 等，根据地层特性和钻井要
求选择合适的钻头。
钻头的质量和性能直接影响 到钻井效率、钻井成本和井 身质量。
对钻具进行清洗、润滑、 保养和维修，延长其使
用寿命。
合理存放钻具，避免潮 湿、腐蚀和碰撞，保持
其性能稳定。
05
钻具的发展趋势
高强度钻具的发展
高强度钻具能够承受更高的钻压和扭矩，提高钻井效率，减少钻具磨损和损坏。
高强度钻具的发展主要依赖于材料科学的进步，如高强度钢材、合金钢等材料的研 发和应用。
高强度钻具的应用范围不断扩大，不仅用于石油和天然气钻井，还可用于地热井、 水井等领域的钻井作业。
第一章 钻具
第四部分钻井工具目录第一章钻具第一节方钻杆第二节钻铤第三节加重钻杆第四节钻杆第五节钻具管理第二章井下工具第一节稳定器第二节随钻震击器第三节扩大器第四节浮阀第五节钻具内防喷器第六节水力割刀第三章井上工具第一节钻杆吊卡第二节吊环第三节钻杆卡瓦第四节手动大钳第五节钻铤吊卡及卡瓦、安全卡瓦第六节套管吊卡、单根吊卡、套管卡瓦第七节转盘补心第四章打捞工具第一节铅模第二节公锥第三节母锥第四节卡瓦打捞筒第五节磁铁打捞器第六节一把抓第七节反循环打捞篮和反循环强磁打捞篮第八节磨鞋第九节安全接头第十节套管打捞矛钻具是指地面方钻杆以下钻头以上各部分工具的总称。
在钻井过程中，将方钻杆、钻杆、钻铤等用各种接头连接起来组成入井的管串称为钻柱。
钻柱是联通地面与地下的枢纽，又是钻井设备与工具的薄弱环节。
随着钻井深度越来越深，对钻柱性能的要求也越高。
钻柱的特点：首先，钻柱钻柱必须是空心的，以便循环泥浆；其次，钻柱要具有一定的强度，以传递功率。
钻柱各组成部分都是具有一定壁厚的空心体。
钻柱是有多种不同部件组成，它的组成随钻井条件和钻井方法不同而有所区别。
但其基本部分是方钻杆、钻杆、钻铤及接头所组成。
本章主要介绍钻具的各组成部分作用、结构、规范以及现场检查方法等方面的一些常识。
一、方钻杆的作用与结构方钻杆位于钻柱的最上端，其上部与水龙头相接，下部与钻杆连接。
主要作用是传递扭矩和承受钻柱的全部重量。
为了循环泥浆和有效地传递扭矩，方钻杆断面制成中空的正方形或六边形。
石油钻井大型钻机都用四棱方钻杆，地质勘探小型钻机用六棱方钻杆。
方钻杆由于所处的工作条件十分繁重，要求它具有较高抗拉强度和抗扭强度。
所以方钻杆壁厚比一般钻杆大三倍左右，而且多用强度较大的优质合金钢制成。
API标准方钻杆用D、E级或高强度的合金钢AISI4145钢制成。
要求保证制造质量的均衡性。
方钻杆两端接头有丝扣以便连接。
在钻进中方钻杆的上端始终处于转盘面上，为了防止方钻杆在旋转中自动卸扣，所以方钻杆上端的丝扣为反扣，下端为正扣。
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钻具基础知识
一、钻柱的组成与功用
（一）钻柱的组成
钻柱(Drilling String)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(Square Kelly)、钻杆(Drill Pipe)、钻铤(Drill Collar)、各种接头(Joint)及稳定器(Stabilizer)等井下工具。
（二）钻柱的功用
(1)提供钻井液流动通道；
(2)给钻头提供钻压；
(3)传递扭矩；
(4)起下钻头；
(5)计量井深；
(6)观察和了解井下情况（钻头工作情况、井眼状况、地层情况）；
(7)进行其它特殊作业（取芯、挤水泥、打捞等）；
(8)钻杆测试( Drill-Stem Testing),又称中途测试。
1. 钻杆
（1）作用：传递扭矩和输送钻井液，延长钻柱。
（2）结构：管体+接头
（3）规范：
壁厚：9 ～11mm，一般是9.19mm。
外径：根据各种钻杆情况而定，如常用的127，140等。
长度：一般在9.5m左右。
常用钻杆规范（内径、外径、壁厚、线密度等
（2）接头及螺纹
螺纹连接条件：尺寸相等，丝扣类型相同，公母螺纹相匹配。
钻杆接头特点：壁厚较大，外径较大，强度较高。
钻杆接头类型：
内平（IF）、贯眼（FH）、正规（REG）；NC系列
●内平式：主要用于外加厚钻杆。
特点是钻杆通体内径相同，钻井
液流动阻力小；但外径较大，容易磨损。
●贯眼式：主要用于内加厚钻杆。
其特点是钻杆有两个内径，钻井
液流动阻力大于内平式，但其外径小于内平式。
●正规式：主要用于内加厚钻杆及钻头、打捞工具。
其特点是接头
内径＜加厚处内径＜管体内径，钻井液流动阻力大，但外径最小，强度较大。
这种类型接头均采用V型螺纹，但扣型、扣距、锥度及尺寸等都有很大的差别。
NC型系列接头
NC23，NC26，NC31，NC35，NC38，NC40，NC44，NC46，NC50，NC56，NC61，NC70，NC77等。
NC—National Coarse Thread，（美国）国家标准粗牙螺纹。
xx—表示基面丝扣节圆直径，用英寸表示的前两位数字乘以10。
如：NC26表示的节圆直径为2.668英寸。
NC螺纹也为V型螺纹, 表2-17所列的几种NC型接头与旧API标准接头有相同的节圆直径、锥度、螺距和螺纹长度，可以互换使用。
数字型接头与旧API接头的区别
2、钻铤
结构特点：管体两端直接车制丝扣，无专门接头；壁厚大(38-53毫米），重量大，刚度大。
主要作用：
(1)给钻头施加钻压;
(2)保证压缩应力条件下的必要强度;
(3)减轻钻头的振动、摆动和跳动等，使钻头工作平稳；
(4)控制井斜。
类型：光钻铤、螺旋钻铤、扁钻铤。
常用尺寸：6-1/4〃，7 〃，8 〃，9 〃。
3.方钻杆
类型：四方形、六方形
特点：壁厚较大，强度较高
主要作用：传递扭矩和承受钻柱的全部重量。
常用尺寸：89mm(3.5英寸)，108mm (4.5英寸)，133.4mm (5.5英寸)。
4.稳定器
类型：刚性稳定器、不转动橡胶套稳定器、滚轮稳定器。
作用：
1）防斜；
2）控制井眼轨迹。
二、钻柱的工作状态及受力分析
（一）钻柱的工作状态
1. 起下钻工况下
直井：直的拉伸、滑动。
斜井：随井眼倾斜和弯曲，滑动。
2. 正常钻进工况下
上部受拉伸，下部受压弯曲；在扭矩作用下旋转运动。
3. 钻柱的旋转运动形式
（1）自转钻柱象一根柔性轴，围绕自身轴线旋转。
均匀磨损，易发生疲劳破坏。
（2）公转钻柱象一个刚体，围绕着井眼轴线旋转并沿着井壁滑动。
产生偏磨。
（3）公转与自转的结合
弯曲钻柱围绕井眼轴线旋转，同时围绕自身轴线运动。
4）纵向振动钻头振动引起，产生交变应力。
（5）扭转振动由井底对钻头旋转阻力的变化引起，产生交变扭剪应力.
（6）横向摆振达到某一临界转速，可能产生无规则摆动，产生交变弯曲应力。
一般认为，弯曲钻柱旋转的主要形式是自转，但也可能产生公转或两种运动形式的结合。
由于在转动过程中受到阻力的作用，钻具的转动是不平稳的。
三、钻柱的受力分析
1. 概述
（1）自重产生的拉力
（2）钻压产生的压力
（3）钻井液的浮力
（4）摩擦阻力
（5）循环压降产生的附加拉力
（7）起下钻时产生的动载荷
（8）扭矩
（9）弯曲应力
（10）离心力
（11）外挤力
（12）振动产生的交变应力。
2、钻柱受力最严重的部位：
1）井口断面：拉力最大，扭矩最大；
2）下部受压弯曲部分：交变轴向应力、弯曲应力、扭剪应力
3）中性点：（钻柱上轴向力等于零的点(Ｎ点，亦称中和点，Neutral Point )
拉压交变载荷。
下部钻柱弯曲的原因
钻压的作用使下部钻柱受压缩，当压力达到钻柱的临界压力，钻柱将失去直线稳定状态而发生弯曲并与井壁接触。
压力较大时可能发生多次弯曲。
四、钻柱设计
1、设计内容：
（1）尺寸选择
（2）钻铤柱长度计算
（3）钻杆柱强度设计及较核。
2、设计原则：
（1）满足强度（抗拉、抗挤强度等）要求，保证钻柱安全工作；
（2）尽量减轻整个钻柱的重力，以便在现有的抗负荷能力下钻更深的井。
一）钻柱尺寸选择
1. 依据：
（1）钻机的提升能力；
（2）井眼尺寸；
（3）地质条件；
（4）工艺要求；
（5）供货情况
2. 经验配合关系
选择的基本原则：
1.钻杆由于受到扭矩和拉力最大，在供应可能的情况下，应尽量选用大尺寸方钻杆,应比钻杆尺寸大一级；
2.钻机提升能力允许的情况下，选择大尺寸钻杆是有利的。
因为大尺寸钻杆强度大，水眼大，钻井液流动阻力小，且由于环空较小，钻井液上返速度高，有利于携带岩屑。
入井的钻柱结构力求简单，以便于起下钻操作。
国内各油田目前大都用127mm(5 in)钻杆。
3、钻铤尺寸决定着井眼的有效直径，为了保证所钻井眼能使套管或套铣筒的顺利下入，钻铤中最下部一段（一般应不少一立柱）的外径应不小于允许最小外径，其允许最小钻铤外径为：
允许最小钻铤外径＝2×套管接箍外径－钻头直径
当钻铤柱中采用了稳定器，可以选用稍小外径的钻铤。
钻铤柱中选用的最大外径钻铤应以保证在可能发生的打捞作业中能够被套铣为前提。
在大于241.3mm的井眼中，应采用复合钻铤结构。
但相邻两段钻铤的外径一般以不超过25.4mm为宜。
4．钻铤尺寸一般选用与钻杆接头外径相等或相近的尺寸，有时根据防斜措施来选用钻铤的直径。
近些年来，在下部钻具组合中更多的使用大直径钻铤，因为使用大直径钻铤具有下列优点：
（1）用较少的钻铤满足所需钻压的要求，减少钻铤，也可减少起下钻时连接钻铤的时间；
（2）提高了钻头附近钻柱的刚度，有利于改善钻头工况；
（3）钻铤和井壁的间隙较小，可减少连接部分的疲劳破坏；
（4）有利于防斜。