)第二章钻进工具
3.2.3
牙齿对地层的剪切作用 通过牙齿对井底的滑动来实现。 滑动由牙轮钻头的超顶、复锥和移 轴三种结构产生。 1）超顶和复锥引起的滑动 超顶和超顶距：图2-14。 超顶引起牙轮滑动的原理：
复锥引起牙轮滑动的原理：包括主
锥和副锥(图2-8)。副锥锥顶的延 伸线是超顶的。 超顶和复锥引起的滑动对地层的剪 切作用：
8)价格较高。 5.2.2 金刚石钻头适应的地层 均质地层，含砾石的地层不能用。 天然金刚石：中至坚硬地层； TSP钻头：中至硬地层； PDC钻头：软到中硬地层。 钻头选型指南示例：表2-5
第二节 钻柱
定义： 工作条件和重要性： 1.1 钻柱的作用 连通地下与地面的枢纽，通过钻 柱传递物质、能量和信息，并进行 各种作来决定起
钻换钻头的合适时间？
钻头的技术经济指标：
1)钻头进尺：一个钻头钻进的井眼 总长度，m。 2)钻头工作寿命：一个钻头的累计 总使用时间，h； 3)钻头平均机械钻速：一个钻头的 进尺与工作寿命之比，m/h；
4)钻头单位进尺成本：
C pm =﹛C b+ C r ﹝t + t t﹞﹜/ H
5.1.2
牙轮钻头的分类及型号编码 国内外对牙轮钻头都进行了系统 的分类，命名了型号编码，对每类 钻头都基本上标明了所适用的地层。 1)国产三牙轮钻头分类和型号表示 法：见表2-3和见表2-4。
表2-3 国产三牙轮钻头系列
类 别 普通钻头 铣 齿 钻 头 喷射式钻头 系 全 称 列 名 称 简 普通钻头 喷射式钻头 称 代 号 Y P
第二章 钻进工具
第一节 钻头
钻头的重要性： 发展及标志： 内容： 1
概述
钻头类型：
分为刮刀钻头、牙轮钻头和金刚石材料
钻头三类。 牙轮钻头分洗齿钻头和镶齿钻头。 金刚石材料钻头又分为天然金刚石钻头 (ND)、聚晶金刚石复合片钻头(PDC)以 及热稳定聚晶金刚石钻头(TSP)。 特殊钻头：取芯钻头和扩眼钻头等。
5 钻头的选型及分类法
钻头选型的重要性： 钻头选型的条件：
1)充分了解地层岩石的物理机械性能； 2)充分了解钻头特性； 3)了解邻井相同地层使用钻头的资料； 4)具体井的情况； 5)甲方的要求。
5.1
牙轮钻头的选型及分类法 5.1.1 牙轮钻头选型原则及应考虑 的问题 1)钻进井段的深浅、地层的岩性、 地层软硬程度和研磨性。 2)易斜地层。 3)软硬交错地层。
牙轮超顶和复锥引起牙齿在井底 圆周切线方向的滑动，滑动速度随 超顶距的增加而增加。该滑动除可 在切线方向与冲击、压碎作用共同 破碎岩石外，还可以剪切掉同一齿 圈相邻牙齿破碎坑之间的岩石。
2)移轴引起的滑动
移轴和偏移值：图2-15。
移轴引起牙轮滑动的原理：
3)移轴引起的滑动对地层的剪切作
ＰＤＣ钻头
ＰＤＣ取芯钻头
ＰＤＣ双心钻头
ＴＳＰ钻头
三类钻头的使用率：牙轮钻头使用
约占总进尺的80%左右，其次是金 刚石材料钻头，刮刀钻头很少用。 钻头公称尺寸和系列：钻头以其最 大外径为其公称尺寸，国际上已经 形成基本统一的系列。
常见钻头尺寸为26(660.4)、 20(508)、171/2(444.5)、 143/4(347.6)、121/4(311.1)、 105/8(269.9)、91/2(241.3)、 83/4(222.2)、81/2(215.9)、 77/8(200)、61/2(165.1)、 61/8(155.5)、57/8(149.2)、 43/4(120.6)in(mm)等14种。
第二位字码：为岩性级别代号，用
数字1～4分别表示在第一位数码表 示的钻头所适用的地层中再依次从 软到硬分为四个等级。
第三位字码：为钻头结构特征代号，
用数字1～9共九个数字表示，其中 1～7表示钻头轴承及保径特征，8 与9留待未来的新结构特征钻头用。 1～7表示的意义如下：
1—非密封滚动轴承； 2—空气清洗、冷却，滚动轴承； 3—滚动轴承，保径； 4—滚动、密封轴承； 5—滚动、密封轴承，保径； 6—滑动、密封轴承； 7—滑动、密封轴承，保径。
根据轴承副的结构（指主要承载轴
承即大轴承）分类及特点：分为滚 动轴承和滑动轴承两大类。滚动轴 承的结构形式有“滚柱—滚珠—滚 柱—止推”和“滚柱—滚珠—滚 珠—止推”两类；滑动轴承的结构 有“滑动—滚动—滑动—止推”及 “滑动—滑动—滑动—止推”两种 (图2-12及表2-2)。
3.1.3 功用：
第四位字码：为钻头附加结构特征
代号，用以表示前面三位数字无法 表达的特征，用英文字母表示。目 前，IADC己定义了11个特征，用下 列字母表示：
A—空气冷却；C—中心喷嘴； D—定向钻井；E—加长喷嘴； G—附加保径/钻头体保护； J—喷嘴偏射； R—加强焊缝（用于顿钻）； S—标准铣齿；X—楔形镶齿； Y—圆锥形镶齿；Z—其他形状镶齿。
例：437—镶齿，滑动、密封轴承，
保径，适用于低抗压强度高可钻性 的中软地层的三牙轮钻头。 5.2 金刚石钻头的选型及分类 金刚石钻头选型的重要性：
5.2.1
金刚石钻头的特点 1)是一体式钻头。可使用高转速，适 合于与井下动力钻具共用；可承受 较大的侧向载荷，适合于定向钻井。 2)适应地层且使用正确时，耐磨且寿 命长，效益高，特别适合于深井及 研磨性地层使用。
滚动密封轴承喷射式钻头
滚动密封轴承保径喷射式钻头 滑动密封轴承喷射式钻头 滑动密封轴承保径喷射式钻头
密封钻头
密封保径钻头 滑动轴承钻头 滑动保径钻头 镶齿密封钻头 镶齿滑动轴承钻头
MP
MPB HP HPB XMP XH
镶齿 镶齿滚动密封轴承喷射式钻头 钻头 镶齿滑动密封轴承喷射式钻头
表2-4 国产三牙轮钻头类型与适应地层
储油润滑密封系统
组成和结构：图2-7。 工作原理： 密封圈：有橡胶密封圈和金属密封
圈(美国休斯)两种。 3.1.4 钻头水眼
3.1.5
牙轮钻头的自洗 牙轮钻头在软地层钻进时，牙 齿间易积存岩屑产生泥包，影响钻 进效果。为解决这一问题，出现了 自洗式钻头(图2-16)。其牙轮布置 有自洗不移轴及自洗移轴两种方案。
自转及其转速：牙齿在绕钻头轴线
顺时针公转的同时，也绕牙轮轴线 作逆时针方向的旋转，称为自转。 牙轮牙齿自转的转速与公转的转速 以及牙齿对井底的作用有关。 滑动：
公转、自转和滑动的关系：自转和
滑动是在公转的带动下产生的，公 转是主动速度，自转和滑动是被动 速度，故有：牙齿公转线速度＝牙 齿自转线速度＋牙齿滑动线速度 (举例)。 振动： 问题讨论：在上述运动方式下钻头 牙齿有何种破岩方式？
3)地温较高时，牙轮钻头的轴承密封 易失效，金刚石钻头则不会出现此 问题。 4)如果井眼小于165.1mm(61/2in)， 牙轮钻头的轴承由于空间尺寸的限 制，强度和性能不能保证，金刚石 钻头则不会出现此问题。
5)钻压受限不适合用牙轮钻头时， 改用金刚石钻头，即防斜，又可快 速钻进。 6)结构设计和制造比较灵活，生产 设备简单，能满足非标准尺寸需要。 7)钻进时应避免动载，并保证充分 的清洗与冷却。
问题回答： 为什么牙轮钻头可以适应从极软到
极硬的地层？
5)小结
对于钻极软到中硬地层的钻头， 一般兼有移轴、超顶和复锥结构； 中硬或硬地层钻头一般有超顶和复 锥；极硬和研磨性很强的地层钻头， 没有移轴、超顶和复锥结构，基本 为纯滚动。
4 金刚石钻头的结构和工作原理
4.1
金刚石材料钻头的结构 4.1.1基本特点和结构 为一体式，无运动件；由钻头 体、冠部、水力结构、切削刃和保 径五部分构成(见图2-17等)。
2)IADC牙轮钻头分类方法及编号：
IADC规定，每一类钻头用四位字码 进行分类和编号，各字码的意义如 下： 第一位字码：系列代号，用数字 1～8分别表示八个系列，代表牙齿 特征及所适用的地层：
1—铣齿，低抗压强度高可钻性的软地层； 2—铣齿，高抗压强度的中到中硬地层； 3—铣齿，中等研磨性或研磨性的硬地层； 4—镶齿，低抗压强度高可钻性的软地层； 5—镶齿，低抗压强度的软到中硬地层； 6—镶齿，高抗压强度的中硬地层； 7—镶齿，中等研磨性或研磨性的硬地层； 8—镶齿，高研磨性的极硬地层。
3.2
牙轮钻头的工作原理
包括运动方式和破岩方式两方面。 问题讨论： 牙轮钻头在井底工作时的运动特点 (牙轮牙齿的运动形式)？
3.2.1
牙齿的转动和滑动 公转及其转速：牙齿随钻头一起绕 钻头轴线作顺时针方向的旋转运动 称为公转。公转转速即转盘或井下 动力钻具的转速。牙轮上外排齿公 转的线速度最大。
3.2.2
牙齿对地层的冲击压碎作用 静载：钻头上承受的钻压经牙齿作 用在岩石上，形成静载。 动载：牙齿单双齿交错接触井底引 起高频纵振(图2-13)，井底凹凸不 平和送钻不均引起低频高振幅纵向 振动，产生动载。
冲击、压碎作用：
动载的利与弊及控制：动载有利于
破岩，但也会使钻头轴承过早损坏， 使硬质合金齿崩碎，也使钻柱处于 不利的条件下工作。可通过使用液 力加压器、减震器、合理设计钻压 和转速、及时清岩和避免纵向共震 等方法来控制过大的动载。
4.1.2
金刚石钻头的切削齿材料 分类：天然金刚石齿(ND)、聚晶金 刚石复合片齿(PDC)及热稳定聚晶 金刚石齿(TSP)。 金刚石材料共同特性：最硬、最耐 磨的材料，但脆性较大，怕冲击， 且热稳定性较差。
小结：在设计、制造和使用中必须
避免金刚石材料受高的冲击载荷并 保证金刚石切削齿的及时冷却。 4.2 金刚石材料钻头的工作原理 (破岩方式) 有剪切、切削、犁削、微切削、 刻划、研磨、压碎、冲击等几种。
式中： C pm—单位进尺成本，元每米； C b—钻头成本，元； C r—钻机作业费，元每小时； t —钻头钻进时间，h； t t—起下钻及接单根时间，h； H —钻头进尺，m。
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钻进工具 - 金刚石钻头
3、PDC钻头的结构
（3)水力结构和切削刃的分布 刮刀式、单齿式、组合式 刮刀式：将切削齿沿着从钻头中心附近到保径部位的直线 布置在胎体刮刀上，在适当的位置布置水眼。 整体度高、抗冲击能力强、易于清洗和冷却、排泄好、抗 泥包能力强。适合粘性和软地层
三、金刚石钻头和刮刀钻头
3、PDC钻头的结构
（3)水力结构和切削刃的分布 单齿式：将切削刃单个布置在钻头工作面上，适当位置布 置水眼，钻井液流出，切削刃受到清洗和冷却。 布齿区域大、布齿密度高，可提高钻头使用寿命，水力控 制能力低。 组合式：直线刮刀和单齿相结合的方式，适当位置布置水 眼。具有较好的清洗、冷却和排屑能力，布齿密度高。中 硬地层。
硬地层
软地层
坚硬地层
三、金刚石钻头和刮刀钻头
3、PDC钻头的结构
(1) 胎体PDC钻头与钢体PDC钻头 胎体PDC钻头：碳化钨烧制而成，在窝槽上焊接复合片
钢体PDC钻头：与钻头体一致，复合片焊接在切削齿上，再 将切削齿镶嵌在钻头体上
三、金刚石钻头和刮刀钻头
3、PDC钻头的结构
(1) 胎体PDC钻头与钢体PDC钻头
三、金刚石钻头和刮刀钻头
2、天然金刚石钻头和TSP钻头的结构
（2）水力结构（水孔-水槽式）
三、金刚石钻头和刮刀钻头
2、天然金刚石钻头和TSP钻头的结构
（3）金刚石的粒度和排列方式
切入地层深度：软 1/10,硬1/100 最大出刀不超过1/3
粒度： 软-中软 0.5-2粒/克拉 中硬 3-6粒/克拉 硬地层 12粒/克拉 坚硬 小于 12粒/克拉
钻头水力结构 切削齿的大小和
特点
切削齿的密度
1-9，R、X、 O
1-9，0
R-放射式流道
（3)水力结构和切削刃的分布 刮刀式、单齿式、组合式 刮刀式：将切削齿沿着从钻头中心附近到保径部位的直线 布置在胎体刮刀上，在适当的位置布置水眼。 整体度高、抗冲击能力强、易于清洗和冷却、排泄好、抗 泥包能力强。适合粘性和软地层
三、金刚石钻头和刮刀钻头
3、PDC钻头的结构
（3)水力结构和切削刃的分布 单齿式：将切削刃单个布置在钻头工作面上，适当位置布 置水眼，钻井液流出，切削刃受到清洗和冷却。 布齿区域大、布齿密度高，可提高钻头使用寿命，水力控 制能力低。 组合式：直线刮刀和单齿相结合的方式，适当位置布置水 眼。具有较好的清洗、冷却和排屑能力，布齿密度高。中 硬地层。
硬地层
软地层
坚硬地层
三、金刚石钻头和刮刀钻头
3、PDC钻头的结构
(1) 胎体PDC钻头与钢体PDC钻头 胎体PDC钻头：碳化钨烧制而成，在窝槽上焊接复合片
钢体PDC钻头：与钻头体一致，复合片焊接在切削齿上，再 将切削齿镶嵌在钻头体上
三、金刚石钻头和刮刀钻头
3、PDC钻头的结构
(1) 胎体PDC钻头与钢体PDC钻头
三、金刚石钻头和刮刀钻头
2、天然金刚石钻头和TSP钻头的结构
（2）水力结构（水孔-水槽式）
三、金刚石钻头和刮刀钻头
2、天然金刚石钻头和TSP钻头的结构
（3）金刚石的粒度和排列方式
切入地层深度：软 1/10,硬1/100 最大出刀不超过1/3
粒度： 软-中软 0.5-2粒/克拉 中硬 3-6粒/克拉 硬地层 12粒/克拉 坚硬 小于 12粒/克拉
钻头水力结构 切削齿的大小和
特点
切削齿的密度
1-9，R、X、 O
1-9，0
R-放射式流道
第二章 2-钻柱
二、钻柱的工作状态及受力
（一）钻柱的工作状态
钻柱主要是在起下钻和正常钻进这两种条件下工作的。 起下钻时，钻柱处于受拉伸的直线稳定状态。 正常钻进时，上部钻柱受拉伸而下部钻柱受压缩。
小钻压且井眼直时，钻柱是直的； 压力达到钻柱的临界压力值，下 部钻柱将失去直线稳定状态而发生弯 曲并与井壁接触于某个点(称为“切 点”)，这是钻柱的第一次弯曲 （Bulkling of the first oder)； 增大钻压，则会出现钻柱的第二 次弯曲或更多次弯曲。
级
105（G） 723.95 105000 930.79 135000 792.90 115000
135（S） 930.70 135000 1137.64 165000 999.74 145000
（3）钻杆接头及丝扣 钻杆接头是钻杆的组成部分，分公接头和母接头 钻杆接头壁厚较大，接头外径大于管体外径，用强度更
3、弯曲力矩(Bending Moment) 其大小与钻柱的刚度、 弯曲变形部分的长度及最大挠度等因 素有关。 4、离心力（Centrifugal force） 5、外挤压力(Collapsing Pressure)：中途测试和卡瓦悬持。 6、纵向振动(Axial Vibration)：钻柱中性点附近产生交变的 轴向应力。纵向振动和钻头结构、所钻地层性质、泵量不均匀、钻 压及转速当等因素有关。
式中： Fw —钻进时（有钻压）钻柱任一
截面上的轴向拉力，kN；
w —钻压，kN。
图2-36 钻柱轴向力分布
中性点：钻柱上轴向力为零的点(Ｎ点)(亦称中和点， Neutral Point )。
垂直井眼中钻柱的中性点高度可按下式确定：
LN
W qc K
式中： LN —中性点距井底的高度，m。
钻井工程理论与技术
(4)编制地下某一标准层的构造图，了解其地质构造特征，验证物探 成果。（构造井）
(5)在有利的集油气构造或油气田范围内，为确定油气藏是否存在， 圈定油气藏的边界，并对油气藏进行工业评价，取得油气开发所
需的地质资料。（探 井） (6)为了编制油田开发方案或在开发过程中为某些专题研究取得资料
数据。（资料井）
3.《钻井工艺技术基础》石油大学出版社，王瑞和编著 4.《钻井工程》郝瑞主编（中等专业用书）。 5.《实用钻井工程》中国石油情报研究所，徐云英主编 6.《喷射钻井理论与计算》石油工业出版社，张绍槐编
著。 7.《最优化钻井理论基础与计算》石油工业出版社，郭
学增编著。
常用的石油论坛
绪论
➢石油钻井概述 ➢钻井技术在石油勘探
2、石油钻井平台介绍
钻井平台：石油钻井的地面配套设备，由多种机 器设备组成的一套大功率重型联合机组，可以满足完 成钻进、接单根、起下钻、循环洗井、下套管、固井、 完井及特殊作业和处理井下事故等要求。
3、石油钻井的种类
(1)把钻井按钻井的目的进行分类：
区域普查井：基准井、剖面井、参数井、构造井 探井：预探井、详探井、边探井 开发井：生产井(油井、气井)、注入井(注水井、 注气井)
与技术、定向钻井工艺与技术 油气井压力控制：地层压力的平衡与控制 固井与完井：井身结构、套管柱设计、油井水泥、
固、完井技术 其他钻井作业：事故处理、取心、套管开窗侧钻
主要参考书
1.《钻井工艺原理》(上、中、下)，石油工业出版社， 刘希圣主编。
2.《钻井事故与复杂问题》，石油工业出版社，蒋希文 编著
探井：为了确定油气藏是否存在及其埋藏位置（预探 井），对油气藏进行工业评价及取得油气开发 所需的地质资料（详探井），圈定油气藏边界 及其储量（边探井）。
(5)在有利的集油气构造或油气田范围内，为确定油气藏是否存在， 圈定油气藏的边界，并对油气藏进行工业评价，取得油气开发所
需的地质资料。（探 井） (6)为了编制油田开发方案或在开发过程中为某些专题研究取得资料
数据。（资料井）
3.《钻井工艺技术基础》石油大学出版社，王瑞和编著 4.《钻井工程》郝瑞主编（中等专业用书）。 5.《实用钻井工程》中国石油情报研究所，徐云英主编 6.《喷射钻井理论与计算》石油工业出版社，张绍槐编
著。 7.《最优化钻井理论基础与计算》石油工业出版社，郭
学增编著。
常用的石油论坛
绪论
➢石油钻井概述 ➢钻井技术在石油勘探
2、石油钻井平台介绍
钻井平台：石油钻井的地面配套设备，由多种机 器设备组成的一套大功率重型联合机组，可以满足完 成钻进、接单根、起下钻、循环洗井、下套管、固井、 完井及特殊作业和处理井下事故等要求。
3、石油钻井的种类
(1)把钻井按钻井的目的进行分类：
区域普查井：基准井、剖面井、参数井、构造井 探井：预探井、详探井、边探井 开发井：生产井(油井、气井)、注入井(注水井、 注气井)
与技术、定向钻井工艺与技术 油气井压力控制：地层压力的平衡与控制 固井与完井：井身结构、套管柱设计、油井水泥、
固、完井技术 其他钻井作业：事故处理、取心、套管开窗侧钻
主要参考书
1.《钻井工艺原理》(上、中、下)，石油工业出版社， 刘希圣主编。
2.《钻井事故与复杂问题》，石油工业出版社，蒋希文 编著
探井：为了确定油气藏是否存在及其埋藏位置（预探 井），对油气藏进行工业评价及取得油气开发 所需的地质资料（详探井），圈定油气藏边界 及其储量（边探井）。
第2章 钻进工具
普通轴承
转动灵活，轴承不旷
转动灵活但旷，径1~2mm，轴<1mm
明显旷动，径向>3mm，轴向>2mm
牙轮卡死，轴承完全不能用
30
5
二、牙轮钻头（Roller Bit）
（四）牙轮钻头类型及选择
IADC编码
系列代号：用数字1~8表示钻头牙齿特征及适钻地层；
地层等级代号：用数字1~4表示所钻地层再分为4个等级； 钻头结构特征代号：用数字1~9表示钻头结构特征，其 中1~7表示钻头轴承及保径特征； 附加结构特征代号：用英文字母表示钻头附加特征。
19
二、牙轮钻头（Roller Bit）
（二）牙轮钻头工作原理
1. 牙轮钻头在井底的运动
（1）钻头公转（顺时针，转速Nb—rpm）:
（2）牙轮自转（逆时针，转速nc—rpm）:
（3）滑动——轴向滑动、切向滑动
（4）纵向振动
振动频率：
m
nc z
nb Db 60Dc
z
振动周期： T 1 m
Vbx
Dbx Nb 60
a
b
c
a—单锥； b、c—复锥； 1—主锥； 2—副锥； 3—背锥
13
二、牙轮钻头（Roller Bit）
（一）牙轮钻头结构
2. 轴 承（Bearing of Bit）
16
二、牙轮钻头（Roller Bit）
（一）牙轮钻头结构
1．牙轮及牙齿（Cone & tooth ）
铣齿——在牙轮锥面上直接铣出，楔形。 镶齿——镶装在牙轮锥面上的硬质合金齿，有多种齿形。
刃前角φ：φ＝90°－α。
6
1
一、刮刀钻头（Drag Bit）
（2）刀翼背部形状 刀翼的厚度随距刀刃的距离增加而增厚，呈抛物线形，以确保刀翼
第二章 钻进工具
第二章钻进工具
第二章钻进工具
1．学时分配
6学时
2．本章重点
1）各类型钻头的结构特点；
2）各类型钻头在井底底运动形式及破岩机理；
3）各类型钻头的使用特点；
4）钻柱的组成；
5）钻柱在井下底受力情况；
6）钻柱设计。
3．难点
1）各类型钻头在井底底运动形式及破岩原理；
2）钻柱在井下底受力情况。
4．解决方法
1）利用相关录象资料；
2）利用教学模具；
3）利用多媒体图片和动画进行展示。
5．授课内容
见课件
6．作业
P97：1；
P41：7、9、12、15、16、18、21、22、
23、24、25、28、34。
第二章钻进工具
本章主要内容
第一节钻头
钻头的类型
钻头的结构及工作原理
钻头的选型及分类方法
钻头的合理使用
第二章钻进工具
第二节钻柱
钻柱的组成及功用
钻柱的工作状态及受力分析
钻柱设计
钻头、钻柱的作用
钻头与钻柱是旋转
钻井系统的重要组
成部分。
钻头是破
碎井底岩石的工具。
钻柱是连接地面钻
机和井下钻头的枢
纽。
地面动力通过
钻柱传递给钻头，带动钻头旋转破碎岩石。
钻头与钻柱的作用
钻井液也通过钻柱中空输送到井底，由钻头水眼喷出，冲洗井底以冷却、润滑钻头，并携带岩屑经钻柱与井壁之间的环形空间返出地面。
钻头旋转破碎岩石和循环钻井液洗井形成了整个钻进过程。
第二章硬质合金钻进
• 在上述四个过程中，主要的是第三个过程，即研 究硬质合金钻进原理时．应重点研究硬质合金钻 进破碎岩石的过程和硬质合金本身的磨损问题。 • 硬质合金钻进破碎岩石的理论，可分为两类，即 塑性岩石破碎过程和脆性岩石破碎过程。前者是 将岩石破碎过程看成具有明显的高塑性，因而钻 进时岩石的破碎与金属切削的状态相同。研究外 载与破碎之间关系时，主要是力学平衡分析；后 者考虑到岩石破碎过程中存在着脆性破碎，因而 是在孔底碎岩机理的基础上进行分析。
• 硬质合金在岩心钻探中占有重要地位，我国每年 的钻探工作量，用硬质合金钻进法完成的约占 60%；在煤田地质勘探中约占80%。 • 硬质合金钻进，一般适用于可钻性为1～6级及部 分7～8级的岩石。钻孔直径为35.5mm直至 2000mm，常用的钻头直径为75、91、110、130、 150mm等规格。硬质合金钻进可钻进任何角度的 钻孔。其钻具组装如图 2-1所示。
• 硬质合金钻进的基本情况如图 2-2所示。钻 进时，合金受到两个力的作用。即轴心压 力Py和回转力Px。当轴心压力Py达到一定 值后，合金对岩石的单位压力超过岩石的 抗压入阻力，合金便切入岩石一定深度h0； 与此同时，在回转力Px的作用下，向前推 挤岩石，如岩石较脆，则受力体被剪切推 出；若岩石较软呈塑性体，则合金前部的 岩石便被切削去一层，孔底工作面呈螺旋 形式而不断加深。
• 在实际钻进工作中，用冲洗液冲孔时，对 合金切削刃有一定的润滑作用，可减少合 金的磨损。同时冷却钻头合金，并使孔底 保持清洁，对减少合金磨损会起重要作用。
第二节 钻探用硬质合金
• 一、硬质合金的种类和性质 • 钻探用的硬质合金，主要是碳化钨 （WC）—钴（Co）类压结式合金。其主要 成分是碳化钨，它以碳化钨粉为骨架，以 钴粉末做胶结剂，经粉末冶金方法压制烧 这类硬质合金统称 为YG类硬质合金，亦称钨钴合金。
《井下作业》第二章 井下作业设备及工具
一般起下作业时滚筒距井架最大距离不超过第二节修井机一用途及主要技术参数修井机是修井施工中最基本最主要的动力来源它的作用是起下管杆柱及井下工具完成提捞抽汲和打捞等任务是一种轮胎式自带井架的修井设备
第 二 章 井 下 作 业 设 备 及 工 具
井下作业需要依靠一些专门的设备和工具来完成。一般来说，凡是进行油（水）井维 修所使用的设备和工具可统称为井下作业设备及工具。主要包括：吊升动力设备、循环冲洗 设备、修井辅助设备和修井工具等。使用时要依据所在作业的具体内容、井的性质及深浅程 度、事故的性质和类型进行合理地选择；同时，还要考虑到油田现有设备状况、油田或施工 井所处的地理环境及位置，以及设备使用的经济效益等因素。对所用设备及工具进行合理选 择，可以使设备及工具的能力符合要求并得到充分发挥，提高效益，保证安全。为了确保安 全作业，首先必须了解和掌握井下作业所用设备及工具的基本结构、工作原理、性能和安全 使用要求。
为
宜。刹车下不准支垫撬杠等异物，防止进入曲拐下面卡死曲柄，造成刹车失灵事故。
刹把的高低位置应便于操作，并具备固定刹把的链或绳。刹车钢带两端的销子是
保险销，刹车系统的销子及保险销必须齐全可靠。
刹车片磨损剩余厚度小于
时应更换，刹车片不准更换单片，以防接触面不
均失灵。刹车片的螺钉、弹簧垫必须齐全。
第 三 节 井 架
第 一 节 通 井 机
一、用途及主要技术参数
通井机是目前各油田修井作业最常用的一种动力设备，它的作用是起下油管、钻杆
（抽油杆），以及井下打捞、抽汲等施工作业，是一种履带自行式拖拉机型（ 般不带井架）
的修井动力设备。其越野性能好，适用于低洼地带，它的缺点是行走速度慢，不适应快速转
移施工的要求。
灯亮了，表示封锁挂合，这时方向机应处于中间行驶位置。
第 二 章 井 下 作 业 设 备 及 工 具
井下作业需要依靠一些专门的设备和工具来完成。一般来说，凡是进行油（水）井维 修所使用的设备和工具可统称为井下作业设备及工具。主要包括：吊升动力设备、循环冲洗 设备、修井辅助设备和修井工具等。使用时要依据所在作业的具体内容、井的性质及深浅程 度、事故的性质和类型进行合理地选择；同时，还要考虑到油田现有设备状况、油田或施工 井所处的地理环境及位置，以及设备使用的经济效益等因素。对所用设备及工具进行合理选 择，可以使设备及工具的能力符合要求并得到充分发挥，提高效益，保证安全。为了确保安 全作业，首先必须了解和掌握井下作业所用设备及工具的基本结构、工作原理、性能和安全 使用要求。
为
宜。刹车下不准支垫撬杠等异物，防止进入曲拐下面卡死曲柄，造成刹车失灵事故。
刹把的高低位置应便于操作，并具备固定刹把的链或绳。刹车钢带两端的销子是
保险销，刹车系统的销子及保险销必须齐全可靠。
刹车片磨损剩余厚度小于
时应更换，刹车片不准更换单片，以防接触面不
均失灵。刹车片的螺钉、弹簧垫必须齐全。
第 三 节 井 架
第 一 节 通 井 机
一、用途及主要技术参数
通井机是目前各油田修井作业最常用的一种动力设备，它的作用是起下油管、钻杆
（抽油杆），以及井下打捞、抽汲等施工作业，是一种履带自行式拖拉机型（ 般不带井架）
的修井动力设备。其越野性能好，适用于低洼地带，它的缺点是行走速度慢，不适应快速转
移施工的要求。
灯亮了，表示封锁挂合，这时方向机应处于中间行驶位置。
钻井与完井工程试题及答案1-8章
钻井与完井工程试题及答案第一章 钻井的工程地质条件三、名词解释1. 岩石的塑性系数是怎样定义的？答：岩石的塑性系数是用来定量表征岩石塑性及脆性大小的参数。
塑性系数为岩石破碎前耗费的总功与岩石破碎前弹性变形功的比值。
2. 什么是岩石的可钻性？答：岩石的可钻性是岩石抗破碎的能力。
即一定钻头规格、类型及钻井工艺条件下岩石抵抗钻头破碎的能力。
什么叫有效应力、有效上覆岩层压力、各向压缩效应？答：在“各向压缩效应”试验中，如果岩石孔隙中含有流体且具有一定的孔隙压力，这种孔隙压力的作用降低了岩石的各向压缩效应，这样，把岩石所受外压与内压之差称为有效应力。
上覆岩层压力和岩石内孔隙流体压力的差称为有效上覆岩层压力。
在三轴应力试验中，如果岩石是干的或者不渗透的，或孔隙度小且孔隙中不存在液体或者气体时，增大围压则一方面增大岩石的强度，另一方面也增大岩石的塑性，这两方面的作用统称为“各向压缩效应”。
4. 简述地下各种压力的基本概念答：地下压力包括静液压力h P 、上覆岩层压力Po 、地层压力p P 和基岩应力σ等。
静液压力是由液柱自身的重力所引起的压力，它的大小与液体的密度、液柱的垂直高度或深度有关。
地层某处的上覆岩层压力是指该处以上地层岩石基质和空隙中流体的总重力所产生的压力。
基岩应力是指由岩石颗粒之间相互接触来支撑的那部分上覆岩层压力，也称有效上覆岩层压力或颗粒间压力，这部分压力是不被孔隙水所承担的。
四、简答题1． 简述地下各种压力的基本概念及上覆岩层压力、地层孔隙压力和基岩应力三者之间的关系。
答： 地下压力包括静液压力h P 、上覆岩层压力Po 、地层压力p P 和基岩应力σ等。
静液压力是由液柱自身的重力所引起的压力，它的大小与液体的密度、液柱的垂直高度或深度有关。
地层某处的上覆岩层压力是指该处以上地层岩石基质和空隙中流体的总重力所产生的压力。
基岩应力是指由岩石颗粒之间相互接触来支撑的那部分上覆岩层压力，也称有效上覆岩层压力或颗粒间压力，这部分压力是不被孔隙水所承担的。
钻井设备和工具PPT课件
36
分类
两翼(鱼尾式)刮刀钻头
刀翼数 三翼刮刀钻头
最常用
四翼刮刀钻头
平底式刮刀钻头 刀冀底刃的形状 阶梯式刮刀钻头
优点： 机械钻速较高 缺点： 扭矩较大，控制不当易造成井斜
刮刀钻头的寿命取决于刀翼的寿命
37
刮刀钻头的应用
• 刮刀钻头制造工艺简单，成本低； • 刮刀钻头适用于松软－软地层，钻速快 • 刮刀钻头容易磨损成锥形，造成缩径和井斜； • 刮刀钻头产生剧烈的扭转振动，破坏钻具和设备； • 刮刀钻头目前逐渐被PDC钻头取代。
钻绳 游车
大钩
绞车
死绳锚
存储滚筒
①下放、悬吊或起升钻柱、套管柱和其它井下设备进、出井眼；
②起下钻、接单根和钻进时的钻压控制。
9
起 升 系 统 ↓ 天 车| 游 车| 钢 丝 绳
10
2、旋转系统
转盘 水龙头 钻头 钻柱
功能：
保证在钻井液高压循环的情况下，给井下钻具提供足够的旋转扭矩和 动力，以满足破岩钻进和井下其它要求。
泥浆池
泥浆循环流程
泥浆泵
振动筛、除气器、除砂 器、除泥器、离心机
水龙带 水龙头
高压管汇 立管 固控设备
加重装置
泥浆泵
立管
地面高压管汇 方钻杆
水龙带 地面排出 管线
水龙头
钻柱 环形空间
钻头
废水池
泥浆池
振动筛
岩屑下滑
钻杆
环空 钻铤 井眼 钻头
环形空间的概念
1 井眼 2 钻铤外壁 3 钻铤内壁 4 钻井液 5 环形空间 6 钻头
38
牙轮钻头
牙轮钻头的结构
牙轮钻头由钻头体、牙爪（巴掌）牙 轮及牙齿、轴承、储油润滑密封系统、 喷嘴等部分组成。
分类
两翼(鱼尾式)刮刀钻头
刀翼数 三翼刮刀钻头
最常用
四翼刮刀钻头
平底式刮刀钻头 刀冀底刃的形状 阶梯式刮刀钻头
优点： 机械钻速较高 缺点： 扭矩较大，控制不当易造成井斜
刮刀钻头的寿命取决于刀翼的寿命
37
刮刀钻头的应用
• 刮刀钻头制造工艺简单，成本低； • 刮刀钻头适用于松软－软地层，钻速快 • 刮刀钻头容易磨损成锥形，造成缩径和井斜； • 刮刀钻头产生剧烈的扭转振动，破坏钻具和设备； • 刮刀钻头目前逐渐被PDC钻头取代。
钻绳 游车
大钩
绞车
死绳锚
存储滚筒
①下放、悬吊或起升钻柱、套管柱和其它井下设备进、出井眼；
②起下钻、接单根和钻进时的钻压控制。
9
起 升 系 统 ↓ 天 车| 游 车| 钢 丝 绳
10
2、旋转系统
转盘 水龙头 钻头 钻柱
功能：
保证在钻井液高压循环的情况下，给井下钻具提供足够的旋转扭矩和 动力，以满足破岩钻进和井下其它要求。
泥浆池
泥浆循环流程
泥浆泵
振动筛、除气器、除砂 器、除泥器、离心机
水龙带 水龙头
高压管汇 立管 固控设备
加重装置
泥浆泵
立管
地面高压管汇 方钻杆
水龙带 地面排出 管线
水龙头
钻柱 环形空间
钻头
废水池
泥浆池
振动筛
岩屑下滑
钻杆
环空 钻铤 井眼 钻头
环形空间的概念
1 井眼 2 钻铤外壁 3 钻铤内壁 4 钻井液 5 环形空间 6 钻头
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牙轮钻头
牙轮钻头的结构
牙轮钻头由钻头体、牙爪（巴掌）牙 轮及牙齿、轴承、储油润滑密封系统、 喷嘴等部分组成。
钻探标准规程规范
钻探规程目录第一章设备安装、拆卸与运输 (2)第一节设备安装 (2)第二节冲洗液循环系统 (4)第三节电器设备安装 (5)第四节运输、装卸 (5)第二章钻进 (6)第一节开孔前的准备 (6)第三节金刚石钻进 (9)第四节钢粒钻进 (12)第五节专门水文孔 (13)第六节钻进操作中主要安全技术守则 (14)第三章护孔与堵漏 (16)第一节泥浆管理 (16)第二节堵漏 (18)第四章钻探质量 (19)第一节岩、煤芯采取 (19)第二节预防钻孔歪斜 (20)第三节简易水文观测 (21)第四节钻孔封闭 (22)第五节其它质量要求 (23)第五章机械的使用与日常维护 (23)第一节钻机的使用和维护 (23)第二节泥浆泵的使用和维护 (24)第二节柴油机的使用和维护 (25)第四节电动机和启动设备的操作与维护 (26)第五节液压设备的使用与维护 (26)第六节钻探参数仪的使用和维护 (27)第六章预防和处理事故 (28)第一节预防孔内事故 (28)第二节孔内事故处理 (29)第三节起下套管 (30)第四节防寒、防冻 (31)第五节防火 (32)第一章设备安装、拆卸与运输第一节设备安装⑴确定孔位时，应由地质员、钻探及有关部门进行现场查勘。
孔位一经确定，不得擅自改动。
⑵钻场地基必须平坦、稳固、适用。
钻塔底座填方部分不得超过塔基面积的1/4。
为防止填方部分塌陷、溜方，可采用夯实、打桩等办法加固。
在山坡修建地基时，其靠上方的坡度，一般应为60～80度。
特别松散的不大于45度。
并要清除坡上的活石。
地基需要爆破作业时，必须必须遵守爆破作业规程中的安全规定。
⑶基台安装必须稳固、周正、水平，其排列型式，应根据钻机类型、安装方法和钻孔角度、深度而定。
基台木的横断面不小于220×220㎜，根数一般不少于8根。
⑷基台测平后方准立塔。
塔材、附件和各部螺栓等，必须齐全、合格并安装牢固，不准以小代大，以劣代优。
⑸安装、拆卸钻塔时。