渤海五号钻井培训手册第5部分 工具

1、渤海五号钻井培训手册第五部分 工 具第一节 接头和丝扣钻具两头的粗扣螺纹，api标准称其为旋转台肩式连接螺纹，由于对焊接头与管体连接部分加厚形式的不同，所以有多种不同的扣型，即内平、贯眼、正规。钻杆本身配带的接头统称钻杆接头。钻杆接头是成对使用，即一根钻杆两端分别配上一公一母。其主要功用是连接、保护钻杆，便于上卸。一. 钻杆接头可分为连接有细扣钻杆的接头和连接无细扣钻杆的接头两种。1. 连接有细扣钻杆的接头：一端为细母扣，一端为 粗扣 ( 公扣或母扣 )。接头的细扣端分别与钻杆两端细扣烘装在一起，不再拆卸；钻进时，公、母接头粗扣端互相连接，以便起下钻肘经常上卸。2. 连接无细扣钻杆的接头：一端

2、为粗扣 ( 公扣或母扣 ), 一端无扣，与钻杆两端加厚处对焊在一起。因为钻杆接头外径大于钻杆本体外径， 而且丝扣经常上卸，要求具有较高的耐磨性和强度，所以接头一般用比钻杆 高级的合金钢制造。二. 接头的类型 根据钻杆接头内径和钻杆本体内径的关系，接头分为内平、贯眼、正规三类。1. 内平式接头，如图, 适用于外加厚及内外加 厚的钻杆，用这类接头连接起来的钻杆只有一个内径 ( 对外加厚钻杆而言 ), 即接头内径、钻杆加厚部分内径和钻杆管 身部分内径相等，泥浆流过接头肘，流动阻力小，有利于涡轮钻井和水力功率的利用。但这类接头外径最大，因此接头容易磨损。2. 贯眼式接头，如图所示。适用于内加厚戎 内外

3、加厚钻杆。用贯眼式接头连接起来的钻杆有两个内径，接头内径等于钻杆加厚部分的内径，但小于钻杆管身部分的内径，泥浆流经这类接头水眼肘，阻力大于内平式接头。这类接头的外径小于内平式接头。3. 正规式接头，如图所示，适用于内加厚钻杆。正规接头的内径小于钻杆加厚部分的内径，钻杆加厚部分的内径又小于钻杆管体的内径，所以用正规接头连接的钻杆有三个不同的内径。泥浆流经这类接头时阻力最大，但它的外径最小，强度较大。正规式接头在大尺寸钻具等处使用。三. 对接头的正确理解在实际的工程作业中最直观的是丝扣外观，由于接头的内径不同，所以决定了丝扣的差别，往往丝扣的外形（锥度）和尺寸是我们判断扣型的依据，如正规扣（reg

4、）由于内径小而锥度大，强度大的钻具多使用此扣型，如7以上钻铤，钻头。对于钻铤来说通径是一样的，同尺寸外径而内径小的丝扣挂合效率高、强度大，配合接头根据相应接头扣型和连接需要加工而得。四. 新型接头一九六四年美国石油学会、钻井和服务设备委员会为了改进旋转台肩式接头的螺纹连接的工作性能，采用了新型数字型接头（nc）系列。它以二位数字表示公扣基面螺纹节圆直径的大小，nc型接头采用v型螺纹，具有1.651毫米（0.065英寸）平螺纹顶和0.965毫米（0.038英寸）圆形螺纹底。螺纹牙型以v0.038r表示，并可与v0.065牙型相连接。api标准中的全部内平（if）和除5-1/2fh的全部贯眼型（f

5、h）接头的标准已逐渐废除。根据需要钻具的螺纹正反扣都有，反扣钻杆多用于处理井下事故时倒开钻具用，外观区别如下：五. 接头表示方法接头有不同尺寸和扣型，为了便于记忆，把它们编成号码如410、411等。国内表示方法：第一个字码表示尺寸，第二个字码(即中间数字)表示扣型，第三个字码(最后一位数)表示公、母扣,“0”表示母扣，“1”表示公扣。而国外的普遍叫法是尺寸加上扣型，如3-1/2if（内平），5-1/2fh（贯眼），6-5/8reg（正规）等，母扣为b(box),公扣为p(pin)。六. 常用钻具的丝扣列表钻头：公称尺寸及名称扣型表达方式一般表达方式36扩大器7-5/8reg b7-5/8reg

6、 b73073026钻头7-5/8reg p73117-1/2钻头7-5/8reg p73112-1/4钻头6-5/8reg p6319-7/8钻头6-5/8reg p6319-1/2钻头6-5/8reg p6318-1/2钻头4-1/2reg p4316钻头3-1/2reg p331钻铤：公称尺寸及名称扣型表达方式一般表达方式9钻铤7-5/8reg p7-5/8reg b7317308钻铤6-5/8reg p6-5/8reg b6316307钻铤4-1/2if p4-1/2if b4114106-1/2钻铤4-1/2if p4-1/2if b4114104-3/4钻铤3-1/2if p3-1

7、/2if b311310钻杆：公称尺寸及名称扣型表达方式一般表达方式5加重钻杆4-1/2if p4-1/2if b4114105钻杆4-1/2if p4-1/2if b4114103-1/2钻杆3-1/2if p3-1/2if b311310井下工具：公称尺寸及名称扣型表达方式一般表达方式7-3/4震击器6-5/8reg b6-5/8reg b6306307-3/4挠性接头6-5/8reg p6-5/8reg p6316316-1/2震击器4-1/2if b4-1/2if b4104106-1/2挠性接头4-1/2if p4-1/2if p4114116-1/4取芯工具4-1/2if b410

8、第二节钻头一. 分类1. 钢齿牙轮钻头钢齿钻头又称为铣齿钻头，其牙齿是在牙轮毛坯上直接铣削加工而成的，牙齿形状为楔形齿。钢齿钻头大多用于软的上部地层，研磨性较低的地层一般也选用钢齿钻头。为了提高牙齿的耐磨性或使牙齿有自锐作用，在牙齿的表面及保径面上均敷焊有一层碳化钨粉。钢齿钻头可分为软、中、硬地层钻头三种，其详细的分类方法及适用地层见iadc分类。2. 镶齿牙轮钻头镶齿钻头，又称碳化钨硬质合金齿钻头，它是将端部形状不同的、圆柱形的烧结碳化钨硬质合金齿压入锻制的牙轮壳体上已精加工好的孔内而构成镶齿牙轮钻头。镶齿钻头的切削结构具有很高的抗磨损和承载能力，其使用寿命较长，尤其是破碎硬的、研磨性高的地

9、层，如隧石、石英岩等，效果更好。这种钻头适用地层范围广，已在石油钻井得到了广泛的应用。目前国内外常用的镶齿钻头的硬质合金齿齿形有十多种，如球形、尖卵形、圆锥形、楔形、勺形、锥勺形、偏顶勺形、边楔形、平顶形等等，针对不同的地层、不同的岩性，要选择不同齿形的钻头。楔形齿，齿呈楔子状，对地层具有切削、挖掘作用。其齿顶角有60、65、70、75、90等，适用于软至中硬地层。齿顶角越大，适用的地层越硬。球形齿的端部是个半圆形球面，耐磨性最好。它以凿击和压碎作用破碎地层。这种齿钻硬至极硬地层的破岩效率较高。尖卵形、圆锥形齿，既有凿击和压碎作用，也有刮削和挖掘作用，其抗磨能力及强度都比楔形齿高，适用地层较广

10、，在中硬地层使用效果最好。3. 天然金刚石钻头金刚石钻头发展到今天，已形成了一个能钻进从极软到极硬地层的、多品种的、完整的钻头系列。按其功用，可分为全面钻进钻头和取心钻头；按金刚石的镶嵌方式，可分为表镶式钻头和孕镶式钻头。按金刚石的材料类别又可分为天然金刚石钻头和人造金刚石钻头。下面分别介绍天然金刚石钻头和几种人造金刚石钻头。天然金刚石钻头主要是用于硬及研磨性地层的钻进。由于天然金刚石既耐磨又耐冲蚀，所以这种钻头对付硬的、研磨性大的、抗压强度高的地层特别有效。但是，天然金刚石钻头的价格十分昂贵，如果使用不当，就会造成很大的损失。为了获得理想的钻井结果和经济效益，就必须针对天然金刚石钻头的特点，

11、在使用时采取适当的措施。4. 聚晶金刚石复合片（pdc）钻头由于天然金刚石价格昂贵，材料稀少，因此国内外的钻头生产厂家一直在寻找它的替代品。人造聚晶金刚石复合片（polycrystalline diamond compact，简称pdc）就是在这种形势下应运而生的。石墨粉在高温（13501500）、高压（78万巴）条件下，晶体发育聚合而成聚晶金刚石。把厚度为0.50.6mm的薄层人造金刚石聚晶与碳化钨底片在高温条件下烧结，就可制成复合片。聚晶金刚石复合片与柱状的钢体焊接在一起就成了pdc钻头的切削块。pdc钻头从制造工艺上可分为胎体pdc和钢体pdc钻头两种。胎体pdc钻头大多采用厚度为8mm

12、的圆片形齿，而钢体pdc钻头多是柱形齿。二. 钻头的选型选择哪种型号、规格的钻头，最重要的依据就是地层。按国际上通用的地层硬度划分办法，是把地层分为6个硬度级别，分别是极软（ss）、软（s）、中（m）、中硬（mh）、硬（h）和极硬（eh）。有关选型请参照厂家手册和iadc标准进行。三. 钻头的合理使用1. 牙轮钻头1) 合理选型2) 水力参数与钻井液流变参数的设计合理 水力参数设计主要就是对排量、泵压、喷嘴尺寸、喷射速度、钻头水力功率及冲击力等钻井泵的工作参数和射流水力参数进行选择，以获得最高的钻井速度、最大的钻井进尺和最低的综合成本。而钻井液流变参数设计则是根据地层及岩性的特点选择适当的钻井

13、液密度、粘度、切力及剪切稀释特性参数等，以达到稳定井壁、顺利携带岩屑和提高钻井速度的目的。3) 钻压和转速的选择确定钻压和转速的原则是，既要能有效地破碎地层，又要注意钻压和转速对钻头牙齿和轴承的影响，使钻头具有较长的工作寿命。选择牙轮钻头的钻压和转速主要考虑以下几方面： 钻压对钻速的影响在适当的范围内，钻压和钻速成线性关系。开始时，钻压较低，岩屑少，钻速基本上与钻压的平方成正比。钻压加大后，岩屑增多，井底净化条件变差，钻速与钻压成线性关系。当钻压升到一定值后，井底净化条件变恶劣，钻速增长缓慢，甚至下降。在硬地层钻进，必须施加较高的钻压，才能破坏岩石的抗压强度而钻进。对中硬地层，适当增加钻压和降

14、低转速，可使钻头有效地吃入地层，既提高了钻速，还能减轻钻头的蹩跳，防止牙齿被破坏。在软地层钻进，岩屑很难清除干净，钻压加得太大时，钻头吃入地层过深，钻速反而不高或者下降。 转速对钻速的影响在转速较低时（在3055转分的范围内），井底净化条件好，钻速基本随转速呈线性增加。超出这个值后，钻这就与地层岩性、井底净化程度有关了。在软地层，如井底净化充分，钻速与转速成正比关系。在中硬地层，钻头是靠剪切、冲击、压碎作用破岩的，对转速的敏感程度较低，钻速不再与转速成正比关系。一般要用中等转速和中高钻压配合来提高钻速。 钻压和转速对钻头牙齿寿命的影响钻头牙齿的损坏，大多是由于疲劳和应力过大引起牙齿折断、碎裂或

15、脱落。主要原因是牙齿受到“冲击”，冲击负荷又直接地与所加钻压成正比，它与岩石硬度、单位面积上的钻压和牙轮线速度相关。因此，钻压和转速都直接或间接地在影响着钻头牙齿的寿命。一般地，钻压和转速都应在允许的范围内选择。钻压高时，转速应小。反之，钻压较低时，则应选较高的转速。4) 操作要点 钻头入井前要仔细检查外观，测量钻头外径，其尺寸应在允许的公差范围内，连接螺纹应符合api标准，无损伤，牙齿和密封件完好，焊缝无裂纹和气孔。对有问题的钻头要禁止下井。 正确安装喷嘴，要确保喷嘴和壳体干净，密封圈和挡圈完好无损。 用合适的钻头盒给钻头上扣，上扣扭矩要正确。 下钻操作要平稳，在井斜大和不规则的裸眼井段要特

16、别小心，不能过快。尤其是下镶齿钻头，更不能碰撞井壁，以免引起镶齿折断和损坏掌尖。接近井底时，速度要慢，不能猛刹猛放，否则钻具会因惯性而撞击井底，损坏钻头牙齿或牙轮。 新钻头快下到底时，要小心探沉砂。若有沉砂，要先开泵充分循环，再下放到底。开始钻进时，轻压慢转约半小时，使井底形状与钻头吻合，然后再加到正常钻压和转速钻进。 任何情况下都不允许加压启动转盘。 钻进中，要均匀送钻，不能间断地加压，更要防止溜钻。若钻具需要停止转动时，要让指重表恢复到原悬重后，才能摘去转盘离合器。 在硬地层中钻进，为避免产生过大的冲击和震动而导致牙齿碎裂或脱落，可安装减震器。为防上钻柱摆动和井斜偏大，在钻柱中至少需加一个

17、稳定器。5) 使用注意事项 在下镶齿钻头前，要把井底打捞干净，以免井底落物碰撞合金齿而使之折断，造成钻头早期损坏。 当井眼有缩径或井下情况复杂需划眼时，尽量不要下镶齿钻头。因为扩划眼会使钻头外排齿受挤，造成牙轮背锥及掌尖磨损，密封圈早期失效，导致轴承提前损坏甚至牙轮破裂落井事故。 不能在钻头上加热（如焊接、火烤等），因高温会损坏橡胶密封圈，导致密封失效。 钻井液性能不好，尤其是含砂量过高时，不要下镶齿钻头，以免高速液流中的固相颗粒刺坏钻头。 不能把新钻头放入油中浸泡和强行活动其牙轮。2. 天然金刚石1) 合理选择钻头型号天然金刚石的硬度、耐磨性能和抗高温性能较好，而抗冲击载荷的能力却较差。在致

18、密的砂岩、泥岩、硬石膏、白云岩、石英岩、花岗岩等硬的、研磨性高的地层中，它可取得较好的钻进效果。而在岩性不均匀或裂缝性、溶洞性的地层中，其使用效果并不理想。针对不同的地层，要选择相应型号的钻头，才能取得令人满意的效果。除根据地层选择钻头型号外，也要根据钻井方式和工艺来选择钻头。如在直井中一般要求较高的机械钻速和优良的井身质量，应考虑选择钻速快、寿命长的金刚石钻头；而在定向井、丛式井中，则应选择造斜或稳斜性能好、与井下马达相配的高转速金刚石钻头。2) 清洁井底在打算下金刚石钻头之前，最后一个牙轮钻头上必须带上随钻打捞杯，起钻前设法把井底碎屑打捞干净，保证井底是清洁的，以避免因井底的落物造成金刚石

19、钻头过早损坏。3) 入井前对钻头、钻具和设备的检查金刚石钻头在井下工作的时间一般都较长。在钻头入井前必须仔细检查其有无损坏，装卸要小心，不要碰撞钻头。同时对地面的设备和下井的钻具，像钻井泵、机电设备、高压管汇、钻杆、钻铤等等，都要严格检查它们的密封性和耐用性，以保证能较长时间地正常运转，不会在钻进中途出故障而被迫起钻或停钻。这样才能配合金刚石钻头达到经济钻井的目的。4) 避免划眼在下钻的过程中，要尽量避免用金刚石钻头划眼。最后一个牙轮钻头在起钻时，现场钻井技术人员及操作人员要详细地了解井眼状况，对有阻卡的井段要用牙轮钻头反复划眼，直至起下能畅通为止，以保证金刚石钻头能顺利下到井底。万一在下金刚

20、石钻头时遇阻，要首先开泵冲洗；迫不得已要划眼，也要轻压慢转，先加927kn钻压，转速不超过60rmin，小心谨慎地操作，以防止钻头外锥保径部位的金刚石破碎。5) 金刚石钻头的扶正对钻具下部的扶正可以改善金刚石钻头工作的稳定性，有利于提高金刚石钻头的使用寿命。稳定器的直径一般比钻头直径小1.6mm（116in）。金刚石钻头的钻具组合要比牙轮钻头的多加12个稳定器，视地层的具体情况而定。6) 钻井液净化使用金刚石钻头钻井时，净化设备的除砂效果一定要好，要尽量降低钻井液中的含砂量。若含砂量过大（大于l以上），就会对钻头胎体过早冲蚀而造成金刚石颗粒脱落。7) 钻进参数的选择 转速金刚石钻头的转速应尽可

21、能地高。井越浅，转速可越高，这样才能充分发挥它的破岩效率。其转速一般在150rmin以上，如果钻具和设备条件允许，可以增大至300rmin以上，效果更佳。克里斯坦森公司推荐的天然金刚石钻头的转速范围是80500rmin。 钻压金刚石钻头的钻压大小与所钻地层的软硬和金刚石的质量有关，一般为0.20.8knmm（1.14.4k1bin）直径，见图428所示。施加钻压时，应每次以4.59kn（12klb）的数量逐渐增加，不能突然加大到正常钻压，以防损坏钻头。 排量确定排量的原则，应是既能满足携带岩屑的最低环空上返速度的要求，又能满足钻头清除岩屑和冷却金刚石的需要。排量既不能太小，也不能过大。太小了，

22、不足以清除岩屑和冷却金刚石，钻头易被烧毁。太大了，又会因过早冲蚀钻头胎体而造成钻头局部早期损坏。图429是天然金刚石钻头的排量选择范围。3. pdc钻头的应用1) 下pdc钻头之前的一趟起下钻，要在钻具组合中带一个随钻打捞杯，把井底打捞干净。同时，要保证井眼规则，起下畅通无阻，以避免用pdc钻头划眼。2) pdc钻头下到井底之后，应先以4.59kn的钻压，5060rmin的转速轻压慢转地钻进约0.30.6m，把井底修整好后，再逐渐提高到正常的钻压和转速，以使pdc钻头能平稳地工作。3) pdc钻头宜用低钻压、高转速和大排量的参数匹配。以215.9mmpdc钻头为例，其参数一般为钻压4480kn

23、，转速120150rmin，排量2832 1s（443507galmin）。低钻压可减轻冲击载荷，使pdc切削齿的工作寿命延长；高转速可提高钻头的破岩效率；而大排量则提高了钻头的比水功率，能防止钻头泥包，同时能更充分有效地冷却钻头切削齿和携带钻屑。4) pdc钻头的机械钻速快，进尺高，这就要求钻井液的密度、粘度和流变性能适当，具有较强的携岩能力，能形成薄而韧的泥饼，并保持井壁稳定。5) 在使用pdc钻头钻进时，要密切注意返出岩屑的岩性变化，参考地质、录井资料，分析地层情况。如钻遇砾石或其它不适合pdc钻头的地层，就应及时起钻更换成牙轮钻头，以免pdc钻头先期报废。四. 新钻头下井前应检查、记录

24、的内容1. 记录准备下井钻头的厂家、型号、系列号、部件号；2. 检查钻头水眼内有无杂物；3. 检查钻头胎体（牙轮）和丝扣有无问题；4. 检查钻头的外径尺寸；5. 检查钻头的水眼（密封圈）；6. 记录钻头水眼的尺寸；7. 记录钻头长度；五. 判断牙轮钻头使用状况1. 钻头轴承可能出现问题在地层没有变化，钻杆旋转扭矩逐渐增大，当轴承损坏严重时，钻杆旋转扭矩忽大忽小，没有规律。2. 钻头牙齿磨钝或牙齿损坏地层没有变化，而钻速逐渐变慢，转盘扭矩也随之降低，返出岩屑变小，对于镶齿钻头还会出现跳钻。3. 钻头外径磨小在研磨性地层，如果钻头选型不好，钻头外径将被磨小，造成扶正器扩眼，现象一般为钻速慢，扭矩大

25、，泵压比提起钻具时略高。4. 掉牙轮转盘扭矩忽大忽小，提起钻具再放回，前后所表现出的扭矩不相同，跳钻，进尺很慢。六. 旧钻头的磨损评价参照下表对钻头进行磨损评价第三节钻具一. 方钻杆参考有关资料二. 钻铤1. 作用钻铤是钻柱下部结构的主要组成部分，它除给钻头提供钻压使钻杆处于受拉状态之外，在直井钻进时，还使下部钻具组合以其具有较大的刚度扶正钻头而改善钻头工作的稳定性和有利于克服井斜的问题。2. 钻铤的种类按其结构划分有圆钻铤、螺旋钻铤、方钻铤，目前海上常用的是螺旋钻铤、圆钻铤，方钻铤由于其刚度比普通圆钻铤大很多，主要用作防斜钻具，方钻铤被誉为“减慢井斜角变化的最好工具”，目前海上尚未引进。按其

26、制造用的钢材有钢制钻铤和无磁钻铤，后者是用特殊的钢材（如以铬和锰为基础的奥氏体钢等）制造的钻铤，用来把测斜仪的罗盘与有磁性的钢制钻柱上下的磁场隔开一个适当的距离，以免在用磁性仪器（如罗盘等）测量井斜及其方位时，易受地磁场和有磁性的钢制钻具的影响。3. 一般钻铤的长度为9.1米（30英尺），但也有长为3.664.57米（1215英尺）的短钻铤。采用短钻铤，可以调整钻具下部结构稳定器的位置。4. 绝大多数钻铤只是在管体上直接加工连接螺纹，但也有采用对焊接头的。例如法国制造的钻铤，中间部分为普通钢材，两端焊接上优质铬钼钢。5. 特殊结构的钻铤1) 螺旋钻铤 为了减少钻铤与井壁的接触面积，防止压差粘附

27、卡钻，在圆钻铤的外圆柱面上加工出三条右旋螺旋槽，成为螺旋钻铤。为了便于接卸操作和修扣，在外螺纹端接头部分留有一段305560毫米和内螺纹端接头部分留有一段457610毫米的不切槽的圆钻铤段。螺旋钻铤的重量比同尺寸的圆钻铤约减少4，强度不变。2) 带吊卡槽和卡瓦槽的钻铤 近年来国外制造一种带吊卡槽和卡瓦槽的钻铤，目前海上钻井已普遍使用。这种钻铤和常用钻铤基本一样，只是在内螺纹端外表面加工出扣吊卡的槽和安放卡瓦的槽，使用这种钻铤时，起下钻中就可不再用安全卡瓦和提升短节，从而缩短起下钻时间和方便接卸，但坐卡瓦时一定要坐平，在卸扣后上提管柱时要踩住卡瓦，防止带扣后将卡瓦带起后钻具落井。这种钻铤使用起来

28、，容易磨损外径和吊卡台肩，减少吊卡的承托面积，导致井口操作的潜在危险，必须坚持严格的定期检查，特别是吊卡台肩面在磨损达到危险点之前即应修理，恢复台肩的原形，并同时检查吊卡。如果钻近的槽径与吊卡孔的间隙过大而减少台肩承托面积，则吊卡也应修复。为了减少钻铤外径的磨损，有的公司在钻铤吊卡槽附近敷焊耐磨带。6. 通径要求通径规长度：10英尺通径规直径：内径减1/8通径规形状：通径同尺寸三. 加重钻杆1. 作用加重钻杆其壁厚比普通钻杆大23倍，但比钻铤小，其厚壁管体上连接有特别加长的接头，管体中部有加大直径并经喷焊的硬质合金耐磨圈。一般钻具组合时，它加在钻杆和钻铤之间以防止钻柱截面的突然变化，缓和弯曲刚

29、度的变化，减少钻杆的疲劳损伤；也可用它代替一部分钻铤，在钻深井时可以减少扭矩和提升负荷。在定向井中使用，尤其在大斜度、水平井中有时代替钻铤，这样可以在较低扭矩的情况下钻进，减少钻具的磨损，又由于其刚度比钻铤小，与井壁的接触面小，因而不容易造成压差卡钻。2. 规范加重钻杆尚未列入api标准。一般采用美国smith公司下属的dr ilco公司生产的加重钻杆规范。（参见法国数据手册）3. 技术特性1) 超长的整体接头可提供较大的耐磨表面和重量，可多次对螺纹进行修理；2) 壁厚大，增加重量。管体及接头外径与普通钻杆一致，内孔是内平的，内径至少等于钻铤内孔直径。所以，在工艺和操作上与钻杆和钻铤相适应。3

30、) 中间外加厚段起增加刚度作用，更能适应受压产生的挠曲，比钻镇更能适应井眼的弯曲。由于34处有耐磨圈使管体不受磨损，延长工作寿命。推荐在钻铤以上接1521根加重钻杆，将能很好地降低过渡区的钻具的疲劳损坏。四. 钻杆1. 钻杆是组成钻柱的基本部分，钻杆是用无缝钢管制成，主要作用为传递扭矩与输送泥浆。由于钻杆在工作时处于整个钻柱的中、上部，受力不如上部方钻杆或下部钻铤复杂，因而管壁比方钻杆和钻铤的薄。为了减少泥浆在钻杆内的流动阻力，内径比相同尺寸的方钻杆，钻铤大。目前海上钻井全部采用进口的、按api标准制造的钻杆。我国的钢铁厂已经生产钻杆，有关的国家（行业）标准和规范也是参照使用 api的，所以今

31、后遇到国产钻杆其标准、规范是相同的。2. api规定的钻杆管体长度标准有三类 第一类（r1）：长5.56.7米（1822英尺）（已不用） 第二类（r2）：长8.239.14米（2730英尺） 第三类（r3）：长11.613.7米（3845英尺）目前常用的是第二类钻杆。钻杆接头与管体采用细扣连接的方法已被淘汰；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，海上使用的钻杆以内外加厚为主。3. 分级钻杆分为5种钢级，d、e、x、g、s，分别适用于不同条件，其中d、e级为普通钻杆，其余为高强度钻杆。4. 钻杆接头强度

32、特性仅指其抗拉强度和抗扭强度。钻杆接头因其壁厚比管体大得多，故其抗拉屈服强度远大于管体的抗拉强度。钻杆接头的抗扭强度是几个变量的函数，这些变量包括钢材强度、接头尺寸、螺纹类型、螺距、锥度、以及螺纹和台肩配合面的摩擦系数等。但接头抗扭强度在很大程度上取决于其内外径，外径变化影响母接头的截面积，内径变化影响公接头的截面积，所以在假设所有其他因素不变的情况下，外径和内径的选择，决定于公母接头的截面积以及该接头的理论抗扭强度。钻杆接头在其使用寿命的理论抗扭强度的降低是由于外径磨损引起的。相反，通过加大钻杆接头的外径和缩小钻杆接头内径来提高接头的抗扭强度是可能的。这就是为什么一批钻杆在某一平台的一个合同

33、时间使用，由于接头外径的磨损必须分批对其接头外径进行硬质合金粉（埋弧焊）的敷焊的原因。尤其是在大斜度井使用的钻杆，磨损更加厉害。严格管理、合理使用、延长钻杆的使用寿命，是作业者和钻井承包商的共同责任。5. 钻杆接头合理上扣扭矩的选择正确地使用大钳进行紧扣是防止接头损坏的主要因素，必须严格按规定的扭矩上扣。扭矩过低会因连接不紧而产生一系列的损害，如螺纹连接的颤动使纹面磨损、螺纹承受附加的弯曲力、台肩密封失效、在冲击载荷作用下自动上扣而使其上扣扭矩超过规定值造成螺纹拉坏或母接头胀大，过大会导致涨扣而脱落。6. 钻杆的运输、检查、维护和保养1) 不能吊丝扣部位，打捆时每捆的数量不能超过15根；2)

34、水平摆放不能少于4个支点，层数不能超过6层；3) 每根在使用前必须通径；4) 检查丝扣及台肩面（大于50）；5) 核对钢级；6) 台阶面凹痕小于0.79mm时可手工修磨，母扣台肩面可修磨两次，修磨厚度需小于0.8mm；7) 凡损伤3扣以上的钻杆不能使用；8) 上紧后台肩面的间隙不能大于0.5mm（可以用头发丝一试）；9) 母扣涨大3.175mm应报废；10) 上扣时清洁丝扣，涂抹合格的润滑脂，按照规定扭矩上扣；11) 新钻杆要反复磨扣，因新钻杆螺纹已经磷化或镀铜，防止粘扣；12) 严禁大钳打在钻杆本体位置操作；13) 定期检查钻具的外观，测量接头和本体的磨损情况，测量接头螺纹的磨损情况；14)

35、 按照规定进行入井时间统计和检验。7. 钻杆检验分级l 新钻杆：一条白色环带l 一级钻杆：二条白色环带l 二级钻杆：一条黄色环带l 三级钻杆：一条蓝色环带l 四级钻杆：一条绿色环带l 伤病或报废钻杆：红色标记8. 一些标准钻杆接头长度标准尺寸母接头（mm）公接头（mm）3-1/21801505200优级api钻杆验标尺寸钢级接头最小外径（mm）台肩面最小宽度（mm）3-1/2e114.34.365g118.36.350s149.25.9505g154.788.710s160.39. 通径要求通径规长度：4英尺通径规直径：钻杆接头内径减1/8通径规形状：通径同尺寸五. 泥浆浮力系数钻柱在下井后受

36、泥浆浮力影响重量要减轻，那么悬重必须考虑泥浆的影响浮力系数( 入井管材比重一泥浆比重)/ 入井管材比重管材在泥浆中的重量管材在空气中的重量浮力系数六. 钻柱的受力分析钻柱在井内工作时处于上部受拉、下部受压、整体转动、井壁磨损、泥浆冲蚀和温度变化的工作状态。工作条件恶劣、经受着各种力的考验。1. 轴向力：起下钻时因自重的作用整个钻柱受拉力。井口处拉力最大，往下逐渐变小。同时与井壁间的摩擦阻力，增加钻柱的拉伸负荷。2. 弯曲力：钻进时，下部钻具受压弯曲，转动时产生很大的弯曲力矩。3. 离心力：钻柱绕井眼中心线旋转时产生离心力，加剧了钻柱的弯曲。4. 扭 矩：转盘带动钻柱，钻头旋转，在破碎岩石的同时

37、，要克服井壁摩擦力，产生很大的扭矩。该扭矩在钻头处最小，往上逐渐增加，井口处最大。5. 扭转振动：钻头在破碎岩层时产生的反抗扭矩引起钻具振动，就是我们常说的蹩钻。6. 动 载：起下钻时遇阻遇卡，提放钻具时松开或抱紧卡瓦，吊卡以及松开或上紧丝扣时的吊钳动作等，都会引起钻具在不同方向震动。7. 井壁摩擦：钻进时钻具不停的转动与井壁碰撞摩擦，加速钻真的磨损。8. 泥浆液流的冲蚀：钻进时高速高压的泥浆液流，不停地冲刷着钻柱，常常会将钻柱的薄弱部位刺坏引起短路循环，造成钻具事故甚至卡钻。9. 完井试油时，当打开dst具前的一瞬间，环形空间内强大的液柱压力有时会将中空的钻柱（钻杆）挤瘪。10. 机械挤压力

38、：起下钻时，因钻柱负荷过重，操作卡瓦时动作过猛可将钻杆挤扁。另外因操作不慎发生顿钻或溜钻时，会将钻具顿弯。七. 钻柱的疲劳与损坏钻井过程中，钻柱长期经受交变载荷的磨难，根据调查和经验得知，绝大多数钻具破坏都是因疲劳过度引起或超过强度安全极限造成的。1. 钻柱疲劳的类型1) 纯疲劳：没有任何内在缺陷的钻具，长期处于某种交变载荷下引起的疲劳破坏。2) 伤痕疲劳：多因局部伤痕引起的疲劳损坏。如吊钳牙、卡瓦牙咬伤，电焊烧伤，高压高速泥浆液流刺穿和坚硬锋利的硬金属划伤等。3) 腐蚀疲劳：是由某些化学元素引起的损坏，如二氧化碳溶解盐，各种酸液，酸化以及酸、碱性泥浆的污染等，均可对钢材产生程度不同的腐蚀破坏

39、。2. 硫化氢对钻柱的破坏硫化氢是一种剧毒和腐蚀性很强的气体，无色无嗅能置人于死地，它来源于含硫化氢的地层流体，泥浆添加剂的化学分解和酸化作用中。硫化氢与金属接触后，其中的氢原子进入金属内部，产生很多气泡引起脆化，这种现象称为“氢脆”。材质越硬，含碳量越高的钢材在硫化氢地区越容易产生氢脆，这在石油工业中是十分有害的。消除硫化氢的办法有：1) 使用高ph值( 碱性大)的泥浆钻井，一般ph值不得小于10.50；2) 使用带有塑料内涂层的钻杆；3) 用化学方法处理，将硫化氢变成惰性沉淀物；4) 使用油基泥浆钻井。3. 常见的钻杆损坏情况1) 因共振引起的疲劳裂纹和断裂。经验证明，当转盘速度达到某一数

40、值时，钻具会因高速旋转产生弯曲振动，引起过度磨损疲劳破坏。为减少共振，钻井时应尽量避开转盘的临界速度。2) 过渡带疲劳断裂：紧挨钻铤上方的钻杆，在整个钻柱中处在过渡区，在全部钻柱重量的压力下，出现弯曲产生弯曲应力。这个弯曲应力在加厚部分底部和接头以下0.5 米的非加厚区内最大，为了防止钻杆在过渡带发生疲劳断裂，在钻铤与钻杆之间应加一些加重钻杆，或定期将位于过渡带的钻杆倒换下来。3) 连接丝扣疲劳折断：钻柱是由许多单根钻杆和钻铤用丝扣连接起来的，即使全部连接丝扣都按规定扭矩上紧，在旋转提拉过程中仍会形成很多薄弱环节，长时间经受交变载荷的影响会发生松动，互相撞击产生弯曲力矩，如不加强检查，丝扣有可

41、能发生滑扣、粘扣、折断事故。4) 长时间经受钳牙、卡瓦牙啃咬的部位，容易出现裂纹或变形等损伤。在受到过大的弯曲力、扭力、拉力或泥浆的冲蚀，容易发生破损、断裂，刺穿等伤害。5) 因扭力过大将钻杆母接头涨大，公扣钻入母扣内引起滑扣，或将母接头涨破后公母接头脱扣，或者将钻杆本体拧断。6) 接头丝扣未按规定扭矩上紧时，可被高压泥浆刺坏或因互相撞击而粘扣。7) 违章操售或操作不慎，遇卡时硬拔或高速起钻时进入键槽突然遇卡将上部钻具拉断，其余部分顿入井内摔弯或折断。8) 因溜钻顿钻造成钻具的损坏。因丝扣油不清洁，加工公差不标准造成丝扣粘连在一起。八. 钻具的检查1. 外观检查 : 用肉眼或工具检查管体外表有

42、无伤痕，直径，弯曲度，接头偏磨情况，台肩是否平整、丝扣扣型和完好度以及管体伤痕的损坏程度等。1) 出场的钻杆要按照分级标准严格进行分级，并且用规定颜色打上标记，不能混装。对不同钢级的钻杆也应分别注明标记，分开放置。2) 按照钻杆刽级标准，检查接头丝扣磨损情况，当丝扣磨损时，磨损范围不得超过原扣的三分之二，扣高磨损不得超过扣高三分之一，磨坏或卷边的扣数不得超过六扣。3) 钻杆弯曲度，全长不得大10毫米，两端1米处应小于每米2毫米。4) 接头及其台肩处的磨损标准，与钻杆本体磨损标准一致。根据磨损程度分级，钻杆分为一、二、三、四级。一级，二级用于 3000 米以上深井，三级用于 2000米以内的浅井

43、，四级报废。5) 对于钻铤的磨损检验也应按照标准进行检查。2. 用超声波损伤和磁粉探伤，必要时要用“x”射线进行检验。3. 井场应配备轻便修理工具，以便对磨损不严重的接头或丝扣进行维修。九. 钻具的使用管理1. 送到井场的钻具要摆放整齐，清洗丝扣，进行外观检查。丈量长度，核对级别（包括钢级），检查卡瓦部位的外径以及弯曲情况等。2. 钻具上钻台时要通内径，检查水眼是否畅通和有无杂物堵塞。可以用大锤在吊起单根时敲打（钻杆只能敲打接头部位），把内壁上的干燥泥饼或铁锈震掉。3. 单根上下钻台都应戴好护丝，以免碰坏丝扣。4. 新钻具丝扣至少要上卸两次，每次都应用干净丝扣油，并在涂丝扣油前将丝和清洗干净。

44、保持丝扣油清洁，防止泥浆，污水等杂物落入丝扣油桶内。5. 下井钻具都要有记录，内容包括长度、内外径、扣型和入进顺序，作到记录与实际一致。6. 钻杆接头在对扣时要公母扣对正避免冲撞，特别是钻铤丝扣更应注意。旋紧扣时不要让钻杆左右晃动，吊钳应咬在接头部位，内，外钳呈90度角，不允许咬住钻杆本体，更不准用单钳紧扣或崩扣。7. 钻杆和钻铤丝扣应按规定扭矩上紧。8. 定期倒换钻杆的位置使其受力均匀，无论是钻杆还是钻铤，都应定期或不定期的实行错扣上卸，以便及时发现问题。9. 下钻时适当控制下放速度，起钻时在裸眼井段内应使用低速，并随时注意指重表悬重变化，特别是在阻卡井段内，防止突然遇阻或遇卡。遇阻遇卡时，

45、应采取正划眼或倒划眼，切忌硬压硬拔，以免将钻具压弯或拔断。10. 正常情况时，下完钻铤后就应挂上涡磁刹车。钻进中途接完单根后也应挂上涡磁刹车，以免发生溜钻或顿钻。11. 钻井时注意转盘扭矩变化，防止扭矩突然上升转盘蹩死发生卡钻，或将钻具拧断。12. 起钻时发现有问题的钻具应及时换掉，或注明标记于下钻时换掉，未经检查不得直接下入井内，钻具拉进钻杆盒后要标明柱数，排放整齐。13. 定期检查吊钳牙、卡瓦牙和安全卡瓦、使之处于良好状态。不带吊卡台肩的钻铤或光滑管柱，一定要使用安全卡瓦。提升短节要用双钳紧扣，不允许只用链钳上紧而舍弃吊钳。14. 目前使用的钻杆都是用过的旧钻杆，当在二级右左，因此在操作时

46、不能按全新的一级钻杆使用。其安全负荷应比一级钻杆略低。第四节井下工具一. 稳定器1. 作用稳定器是下部钻具结构的重要组成部分，它可以防止井壁对钻具的磨损，根据稳定器在钻柱中的位置不同起到防斜、纠斜和稳斜的作用。2. 分类l 按其安装位置分为钻柱型和井底型（近钻头）；l 按照稳定器翼片加工形式分为整体稳定器和可换套式稳定器；l 按照稳定器翼片形状分为螺旋稳定器和直翼稳定器。3. 规范规格非扶正部位尺寸钻柱型井底型上端下端上端下端64-3/4（121mm）nc38(box)nc38(pin)nc38(box)3-1/2reg(box)8-1/26-1/4（159mm）nc44(box)nc44(p

47、in)nc44(box)4-1/2reg(box)nc46(box)nc46(pin)nc46(box)4-1/2reg(box)6-1/2（165mm）nc50(box)nc20(pin)nc20(box)4-1/2reg(box)12-1/48（203mm）6-5/8reg(box)6-5/8reg(pin)6-5/8reg(box)6-5/8reg(box)17-1/2269（229mm）7-5/8reg(box)7-5/8reg(pin)7-5/8reg(box)7-5/8reg(box)17-1/2203mm（8）6-5/8reg(box)6-5/8reg(pin)6-5/8reg(

48、box)7-5/8reg(box)229mm（9）4. 稳定器的选用 在钻直井时，为了充分发挥防斜钻具的作用，必须根据地层的软硬、研磨性大小、地层易斜程度以及稳定器所处的位置，合理选择稳定器的类型。 在硬度大、研磨性高的地层中，因钻头规径易被磨损，下稳定器最好使用滚轮扩大器，在严重情况下还得使用六点扩大器来保持井径和防止井斜。在较软的非研磨地层中，钻头规径不成问题，主要在于提供最大井壁接触长度，所以下稳定器宜选用镶嵌硬合金的旋转叶片稳定器。 不论在何种地层条件下，由于旋转叶片稳定器具有一定扩眼能力和扶正能力，都可有效地用作中稳定器。在轻微易斜海区，不旋转套简稳定器也可作为中稳定器，适用于硬地层

49、。 上稳定器的作用主要是稳定方位使钻铤离开井壁，防止有任何横向力往下传给钻头，旋转叶片型和不旋转套筒型稳定器都可用于硬和中硬地层；至于中硬和软地层，为了提高支撑能力，最好使用旋转叶片型稳定器。上稳定器以上的稳定器只是用来防止钻铤柱的弯曲和在井内被卡，它们对钻头没有大大的直接影响。二. 随钻震击器1. 随钻震击器是随钻柱一起进行钻井作业的井下解卡工具，当钻井过程中发生卡钻事故时，可根据需要及时启动震击器，进行连续上击或下击，使之解卡恢复正常钻进。2. 我公司现用随钻震击器是anadrill co.e.q。全机械式的，有4-3/4、 6-1/2、8等几种规格。该震击器可以单独选择向上、向下两个方向

50、的冲击力，震击负荷预先在地面调较，也可以在井口现场调校，该震击器对扭矩不敏感，它有一个全机械释放机构，配有能在油中密封的工作部件，可以减少内部磨损。另外，为了减少震击器心轴的挠曲应力，在震击器的下端要接上挠性接头3. 规格和震击力震击器规格最大上击力最大下击力8180，000 lbs100，000 lbs7-3/4180，000 lbs100，000 lbs6-1/2140，000 lbs80，000 lbs6-1/4140，000 lbs80，000 lbs4-3/4110，000 lbs60，000 lbs4. 连接扣型尺寸扣型接头86-5/8reg双母7-3/46-5/8reg双母6-1

51、/24-1/2if双母6-1/44-1/2if双母4-3/43-1/2 if双母5. 随钻震击器的安装位置随钻震击器一般安置在最上倒数第二和第三根钻铤之间，也就是在中性点之上5吨张力部位，这样状况最好；但根据井下复杂情况，也可以安装在中性点之下使用。经过检修的随钻震击器送井时都带了维修报告，维修报告中包括一份震击力调试报告。在震击力调试报告中，标明了几种上击和下击的震击负荷，并标有“字母记号，意思是此时定位的上、下击负荷。这个震击负荷是根据一般状况下需要的。 如果需要比“字母位高或低的震击负荷，现场可以调节。6. 随钻震击器的现场调节现场调下击负荷：震击器必须在解锁和压力状况下用专用拔手转动调

52、节套，逆时针转动增加负荷，顺时针转动减少震击负荷，数据可从震击器调试报告中查到。现场调解上击负荷：震击器必须在解锁位置。步骤同上。三. 浮阀钻头浮阀为一种内部“钻柱防喷阀”。它的结构是一种翼阀或座式单流阀，安装在钻头短节上，钻井过程中，特别是钻到很疏松的砂粒岩且岩石很细碎，在井眼的环空会有很多的细砂，在下钻、接单根时泥浆会倒流，大量砂粒从钻头水眼进入钻具内，开泵就可能造成堵死水眼。目前各油田正普遍开展钻大角度斜井、水平井，钻井中一般须使用mwd和井下动力钻具。但它受钻井液冲蚀严重，容易失去其功能。因此设计一种带槽的翼阀，使回流减至最小，关井时不影响钻杆稳定的压力值，其结构见下图。四. 刮管器1

53、. 作用：该工具可用于清除残余在套管内壁上的水泥块、硬腊、各种盐类结晶或沉积物、射孔毛刺以及套管锈蚀后所产生的氧化铁等脏物，以便畅通无阻地下入各种井下工具，或在预定部位更好座封工具。2. 规格刮管器型号适用套管直径接头连接螺纹7刮管器154.8-161.7mm3-1/2box*reg&3-1/2pin*reg9-5/8刮管器216.8-226.6mm4-1/2box*reg&4-1/2pin*reg13-3/8刮管器315.3-323.0mm6-5/8box*reg&6-5/8pin*reg3. 注意事项1) 刮管器的刀片一端固定，下面压有弹簧，使用前应检验弹簧弹性，刀片的固定情况；2) 清理

54、刀片肋间的杂物，保证流道畅通；3) 组合时刀片自由端向下，即母扣和钻头直接相连；4) 入井前丈量刀片部位尺寸（外径），小于套管内径不能下井，尤其是多次使用的刮管器；5) 除可旋转式刮管器外，常规刮管器不能在套管内旋转，以防割伤、破套管；6) 禁止进入裸眼；7) 下井后严防井下落物。第五节井口工具一. 钻杆吊卡1. 种类1) 18斜坡吊卡（磨损不能超过3）l 518（swl：350t）l 3-1/218（swl：250t）2) 平台阶吊卡：多为国产2. 钻杆吊卡检验项目与标准1) 装配后活门及销销安全可靠，动作灵活，无卡阻现象。2) 18锥面的吊卡的锥度不得小于15。3) 两侧吊耳受力面高度差不大于3.175mm。4) 受力部分探伤检验，润滑部分加油保养，本体除锈刷漆。5) 在用吊卡每年必须探伤检查一次，并记录建档。3. 钻杆吊卡日常保养和检查1) 在每次起下钻前，工人们应该润滑吊卡的所有活动部位，同时检查锁销、弹簧等所有机械部件工作是否正常。2) 检查铰链销的磨损情况（铰链销的磨损会导致锁销松懈，抱住工具接头时会损坏接头），检查