油气钻井方法及工艺课件.ppt

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1、第一章第一章 油气钻井方法及工艺油气钻井方法及工艺第一节第一节 钻井方法钻井方法一、顿钻钻井法一、顿钻钻井法 顿钻钻井法又叫冲击钻井法，是我们的祖先发明的，古顿钻钻井法又叫冲击钻井法，是我们的祖先发明的，古书记载：十一世纪，就已比较完善了，欧洲是在十九世纪才开书记载：十一世纪，就已比较完善了，欧洲是在十九世纪才开始这种方法钻井。始这种方法钻井。顿钻钻井的设备组成及钻井工作原理见图顿钻钻井的设备组成及钻井工作原理见图6-1所示。所示。其设备主要有：天车（滑轮）、井架、捞砂筒、钻井筒、动力其设备主要有：天车（滑轮）、井架、捞砂筒、钻井筒、动力机、钻头等。机、钻头等。工艺过程是：工艺过程是：钻头用钢

2、丝钻头用钢丝悬吊，周期地将钻头提到一定悬吊，周期地将钻头提到一定的高度后，再释放以向下冲击的高度后，再释放以向下冲击井底，将井底岩石击碎，使井井底，将井底岩石击碎，使井眼向下加深。在不断冲击的同眼向下加深。在不断冲击的同时，向井内注水，使岩屑、泥时，向井内注水，使岩屑、泥土混合成泥浆水，当井内岩屑土混合成泥浆水，当井内岩屑积累一定量时，将钻头自井内积累一定量时，将钻头自井内提出，下入捞砂筒捞出井内的提出，下入捞砂筒捞出井内的泥水浆，使新的井底暴露出来，泥水浆，使新的井底暴露出来，然后继续下入钻头冲击钻井，然后继续下入钻头冲击钻井，这样交替进行。这样交替进行。二、旋转钻井法二、旋转钻井法 包括包

3、括地面动力转盘旋转钻井法和井底地面动力转盘旋转钻井法和井底动力钻具旋转钻井法动力钻具旋转钻井法两种：两种：1、转盘旋转钻井法、转盘旋转钻井法 其设备组成和工作原理如图其设备组成和工作原理如图6-2所示。所示。工作原理是通过转盘将柴油工作原理是通过转盘将柴油机的垂直旋转，经方向轴或链机的垂直旋转，经方向轴或链条变成水平旋转，再带动转盘条变成水平旋转，再带动转盘中的方钻杆转动，将动力传给中的方钻杆转动，将动力传给井内的钻柱和井底的钻头，钻井内的钻柱和井底的钻头，钻头在一定的压力的作用，旋转头在一定的压力的作用，旋转来破碎井底的岩石。循环系统来破碎井底的岩石。循环系统提供高压的钻井液，从钻柱中提供高

4、压的钻井液，从钻柱中流经钻头，冲洗井底，冷却钻流经钻头，冲洗井底，冷却钻头，并把岩屑带冲离井底带至头，并把岩屑带冲离井底带至地面，使钻头能接触新的井底地面，使钻头能接触新的井底岩石。岩石。2、井底动力钻具旋转钻井法、井底动力钻具旋转钻井法 该方法是将转动钻头的动力由地面移到井下，直接该方法是将转动钻头的动力由地面移到井下，直接加在钻头之上。钻井时，钻柱不旋转，钻柱的功能只是给加在钻头之上。钻井时，钻柱不旋转，钻柱的功能只是给钻头施加一定的钻压，形成洗井通路和承受井下动力钻具钻头施加一定的钻压，形成洗井通路和承受井下动力钻具外壳的反扭矩。动力是由电源和地面高压泥浆泵提供的，外壳的反扭矩。动力是由

5、电源和地面高压泥浆泵提供的，通过钻柱内孔传递到井下的具有一定功能和压力的冼井液通过钻柱内孔传递到井下的具有一定功能和压力的冼井液流体或交流电。流体或交流电。目前有三种：即目前有三种：即涡轮钻具、螺杆钻具、电动钻具涡轮钻具、螺杆钻具、电动钻具3、连续管钻井法（柔杆钻井法）如图、连续管钻井法（柔杆钻井法）如图6-3。原理：是将连续管（柔性钻杆），缠绕在滚筒上，代原理：是将连续管（柔性钻杆），缠绕在滚筒上，代替钻柱，由牵引装置完成将连续管的运进、回收和悬挂。替钻柱，由牵引装置完成将连续管的运进、回收和悬挂。连续管的下端连接必要的加压装置、动力机和钻头，或者连续管的下端连接必要的加压装置、动力机和钻头

6、，或者直接接高压水射流破岩钻头。直接接高压水射流破岩钻头。钻井过程中，不用接单根，连续管不转动，洗井液通钻井过程中，不用接单根，连续管不转动，洗井液通过它，保持循环，并给井底动力机提供动力等，更换钻头，过它，保持循环，并给井底动力机提供动力等，更换钻头，没有钻杆的接卸和繁重劳动，而只是转动滚筒，将管绕在没有钻杆的接卸和繁重劳动，而只是转动滚筒，将管绕在滚筒上即可，节省时间。滚筒上即可，节省时间。按目的不同划分有：探井和开发井。按目的不同划分有：探井和开发井。按井眼轨迹来分就有：按井眼轨迹来分就有：垂直井、定向井、水平井、分支井、垂直井、定向井、水平井、分支井、丛式井等。丛式井等。1、探井、探井

7、：是为了探明地质情况，获取地下地层油气资源是为了探明地质情况，获取地下地层油气资源分布及相应性质等方面资料而钻的井，分布及相应性质等方面资料而钻的井，包括：地质浅井、地包括：地质浅井、地层探井、预探井、详探井、资料井层探井、预探井、详探井、资料井等。等。（1）地质浅井：）地质浅井：为了进行地面地质和地球物理研究，了解为了进行地面地质和地球物理研究，了解区域地质构造、地层虽面和局部构造而钻的钻井。一般使用区域地质构造、地层虽面和局部构造而钻的钻井。一般使用轻便钻机。轻便钻机。（2）地层探井）地层探井：是指在地质情况了解不多的地区，为了了：是指在地质情况了解不多的地区，为了了解地层的时代、岩性、厚

8、度、生储盖层组合，并为地球物理解地层的时代、岩性、厚度、生储盖层组合，并为地球物理解释提供各种参数而钻的井。解释提供各种参数而钻的井。第二节第二节 钻井类型钻井类型 （3）预探井）预探井：是指在地震详查和地质综合研究所确定的：是指在地震详查和地质综合研究所确定的有利构造上，以发现油藏为目的所钻的探井。在未知的油气有利构造上，以发现油藏为目的所钻的探井。在未知的油气田上，以发现未知的新油气藏也属于。田上，以发现未知的新油气藏也属于。（4）详探井）详探井：在已发现油气的构造上，为了探明含油：在已发现油气的构造上，为了探明含油气的面积和储量，了解油气层结构变化和产能，所钻的井。气的面积和储量，了解油

9、气层结构变化和产能，所钻的井。（5）资料井）资料井：为了编制油气田开发方案，或在开发过：为了编制油气田开发方案，或在开发过程中为某些专题研究所取得第一手资料数而钻的井。程中为某些专题研究所取得第一手资料数而钻的井。2、开发井、开发井：以开发为目的，对已探明的油气层打开油：以开发为目的，对已探明的油气层打开油气到地面的通道，或为了采用各种措施，使地下油气被开采气到地面的通道，或为了采用各种措施，使地下油气被开采出来而钻的井。出来而钻的井。（1）浅油气井）浅油气井：为开发浅油气层所钻的井，轻便钻机：为开发浅油气层所钻的井，轻便钻机500m以内。以内。（2）油气井）油气井：也叫生产井，为开发油气田，

10、使用大型：也叫生产井，为开发油气田，使用大型钻机所钻的采油、采气井。钻机所钻的采油、采气井。（3）注入井）注入井：为了合理开发油气田，提高采油速度和：为了合理开发油气田，提高采油速度和采收率，用来对油气层进行注气、注水以补充和合理利用地采收率，用来对油气层进行注气、注水以补充和合理利用地层能量所钻的井。层能量所钻的井。（4）检查井）检查井：（在油气田的开发过程中）为了研究油：（在油气田的开发过程中）为了研究油气田开发过程中，地下情况的变化所钻的井气田开发过程中，地下情况的变化所钻的井。第三节第三节 钻井设备钻井设备 石油钻井设备就是钻井所用的地面配套设备，即石油钻井设备就是钻井所用的地面配套设

11、备，即钻机、钻机、井口装置以及钻柱。井口装置以及钻柱。钻机钻机是主要设备，它由多种机器设备组成是主要设备，它由多种机器设备组成的一套大功率重型联合工作机组，以满足钻井过程中的各种工的一套大功率重型联合工作机组，以满足钻井过程中的各种工艺的需要，完成钻进、接单根、起下钻、循环洗井、下套管、艺的需要，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作业。固井、完井及特殊作业和处理井下事故等作业。一、钻机的分类一、钻机的分类 旋转钻井钻机的分类方法有：旋转钻井钻机的分类方法有：1、按钻井深度的不同分、按钻井深度的不同分 由于所钻井的深浅不一，要求的设备能力不同，这是钻

12、机的起由于所钻井的深浅不一，要求的设备能力不同，这是钻机的起重能力和所用钻杆直径的大小来分的重能力和所用钻杆直径的大小来分的（1）大型钻机）大型钻机 起重量起重量 800KN以上，使用以上，使用89-140mm钻杆，井径在钻杆，井径在160mm以上，用于钻深井。以上，用于钻深井。超重型钻机超重型钻机 钻井深度钻井深度5000m 最大起重量最大起重量2500KN 重型钻机重型钻机 3000-5000m 2000-2500KN 中型钻机中型钻机 1000-2500m 800-1600KN（2）轻便钻机轻便钻机 3000m 300KN 使用使用42-89mm钻杆，井径钻杆，井径150mm（用于地质探

13、井、水井）用于地质探井、水井）2、动力设备的驱动、动力设备的驱动 （1）柴油机驱动钻机，）柴油机驱动钻机，通过机械传动或液压传动。通过机械传动或液压传动。（2）直流电驱动钻机，）直流电驱动钻机，用柴油机或燃气轮机发电或由电用柴油机或燃气轮机发电或由电力网供电。供直流电则为有直力网供电。供直流电则为有直直驱动，供交流则为交直驱动，供交流则为交直驱动，通常用于海上钻井。直驱动，通常用于海上钻井。3、按使用的地区不同、按使用的地区不同 （1）陆地钻机）陆地钻机 包括沙漠、沼泽地钻井包括沙漠、沼泽地钻井 （2）海洋钻机）海洋钻机 包括钻井平台、自升式钻井平台、半潜包括钻井平台、自升式钻井平台、半潜式钻

14、井平台、钻井船和钻井固定平台上的各种类型钻机。式钻井平台、钻井船和钻井固定平台上的各种类型钻机。二、钻机的组成及功能二、钻机的组成及功能 钻机是由多设备组成的，而各部分都又具体的功用，整套钻机是由多设备组成的，而各部分都又具体的功用，整套钻井设备由六大系统组成，见图钻井设备由六大系统组成，见图6-4。（一）起升系统（一）起升系统 功能功能是提供一种下放、悬持或起升钻柱、套管柱其它井下是提供一种下放、悬持或起升钻柱、套管柱其它井下设备进、出井眼的功能。钻井过程中，主要完成起下钻、设备进、出井眼的功能。钻井过程中，主要完成起下钻、接单根和钻井时的钻压控制，接单根和钻井时的钻压控制，其组成主要有：其

15、组成主要有：1、天车、天车 2、游动滑车、游动滑车 3、大钩、大钩 4、水龙头、水龙头 5、水刹车、水刹车 6、快绳、快绳 7、绞车、绞车 8、井架、井架 9、死绳、死绳 1、天车天车：是复滑轮系充中的定滑轮组，固定于井架顶端的天车台上。它：是复滑轮系充中的定滑轮组，固定于井架顶端的天车台上。它的主要规格是轮数和最大载荷。的主要规格是轮数和最大载荷。2、游动滑车游动滑车：是复滑轮系统中的动滑轮组，工作时上下移动。规格同上，：是复滑轮系统中的动滑轮组，工作时上下移动。规格同上，有时为了节省高度，将大钩与游动滑车作成一体。有时为了节省高度，将大钩与游动滑车作成一体。3、大绳大绳：是复滑轮系统中的钢

16、丝绳。钻井中常用：是复滑轮系统中的钢丝绳。钻井中常用619的钢丝绳。的钢丝绳。619表表示有示有6股，每股有股，每股有19根钢丝。中心有一根麻心以贮润滑油。根钢丝。中心有一根麻心以贮润滑油。a.快绳：固定在滚筒上的钢丝绳端，由于缠绕时速度最快，称为快绳。快绳：固定在滚筒上的钢丝绳端，由于缠绕时速度最快，称为快绳。b.死绳：固定不动的一端钢丝绳称为死绳。死绳：固定不动的一端钢丝绳称为死绳。用测量死绳中的拉力来确定大钩负载。用测量死绳中的拉力来确定大钩负载。4、井架及底座井架及底座 井架用于安装天车，提供接卸立根的高度及存放立根。立根长度一般井架用于安装天车，提供接卸立根的高度及存放立根。立根长度

17、一般为为24-27米，井架高度约为米，井架高度约为41m。井架结构有塔式及桅杆式两种，后者井架结构有塔式及桅杆式两种，后者称称A字型井架及绞车、转盘等安装在底座上。井架的主要规格是高度和字型井架及绞车、转盘等安装在底座上。井架的主要规格是高度和最大负荷量。最大负荷量。5、绞车：用于起重及变速、绞车：用于起重及变速 1）为了动力传递及变速，绞车内设有几根轴，分别称为传动轴、猫头轴、滚筒轴等。）为了动力传递及变速，绞车内设有几根轴，分别称为传动轴、猫头轴、滚筒轴等。滚筒装在滚筒轴上，猫头装在猫头轴两端（各一个）。滚筒装在滚筒轴上，猫头装在猫头轴两端（各一个）。2）快绳绕到滚筒上，游动滑车升高，下钩

18、将井内管内柱提起。）快绳绕到滚筒上，游动滑车升高，下钩将井内管内柱提起。由滚筒上放出大绳，管柱即下。滚筒上有数多卷绕速度以适应不同的负荷。负荷由滚筒上放出大绳，管柱即下。滚筒上有数多卷绕速度以适应不同的负荷。负荷，速度速度，变速在绞车内部完成。，变速在绞车内部完成。3）捞砂滚筒是一个小型滚筒，它可用钢丝绳向井内下入及起出下井工具。）捞砂滚筒是一个小型滚筒，它可用钢丝绳向井内下入及起出下井工具。4）猫头是一个很小的滚筒，绞车两端都有，它上边不缠存绳，只提供轻动力以产生）猫头是一个很小的滚筒，绞车两端都有，它上边不缠存绳，只提供轻动力以产生拉力。拉力。使用时，用绳子绕到猫头上，人拉绳子一端在绳子的

19、别一端将产生很大的力量。可用使用时，用绳子绕到猫头上，人拉绳子一端在绳子的别一端将产生很大的力量。可用于另起小物件。最主要是拉动大钳、卸钻柱、管柱丝扣。于另起小物件。最主要是拉动大钳、卸钻柱、管柱丝扣。5）绞车的动力传动：由三台柴油机并车驱动绞车、转盘和泥浆泵。）绞车的动力传动：由三台柴油机并车驱动绞车、转盘和泥浆泵。6）绞车的变速有链轮和离合器（分高速和低速），可以提高速度，通过挂合不同的）绞车的变速有链轮和离合器（分高速和低速），可以提高速度，通过挂合不同的链轮来变速。一般有链轮来变速。一般有4个速度。个速度。7）绞车的滚筒刹车是控制管柱下放高度，下放速度的机构，是用刹来完成的，一般绞车的

20、滚筒刹车是控制管柱下放高度，下放速度的机构，是用刹来完成的，一般由司钻操作由司钻操作。6、水刹车：、水刹车：功用减轻刹带在刹车时的负荷，它装在滚筒轴上。功用减轻刹带在刹车时的负荷，它装在滚筒轴上。它是靠轮子在水中旋转受有阻力而形成制动力矩。它是靠轮子在水中旋转受有阻力而形成制动力矩。用水位的高低调节制动力矩的大小。滚筒轴不转、水刹车不用水位的高低调节制动力矩的大小。滚筒轴不转、水刹车不转、制动力矩消失，用于起下钻时的辅助手段。转、制动力矩消失，用于起下钻时的辅助手段。7、水龙头、水龙头它处于大钩与钻柱之间，应能承担最大管柱重量。它处于大钩与钻柱之间，应能承担最大管柱重量。8、起重力的计算、起重

21、力的计算 整个吊升系统所应具有的起重能力取决于拟钻井深，管柱重整个吊升系统所应具有的起重能力取决于拟钻井深，管柱重量及动力大小，应留量及动力大小，应留20%的重量。的重量。G=nT G大钩起重量，大钩起重量，N；n有效数，等于游动滑车工作轮数的两倍；有效数，等于游动滑车工作轮数的两倍；T绞车快绳拉力，绞车快绳拉力，N。复滑轮系统中，天车轮数比游动滑车轮数多复滑轮系统中，天车轮数比游动滑车轮数多1个。个。56表示游表示游动滑车动滑车5个，天车轮个，天车轮6个。个。滑轮少，速度快，效率高，但消耗的功率大。滑轮少，速度快，效率高，但消耗的功率大。（二）循环系统：（二）循环系统：通过循环洗井液从通过循

22、环洗井液从井底清除岩屑、冷却钻井底清除岩屑、冷却钻头、润滑钻具，或向井头、润滑钻具，或向井下提供水力功率。如图下提供水力功率。如图:钻井液循环过程钻井液循环过程1、泥浆泵：、泥浆泵：提高洗井液（钻井液等）的压力，进行洗井循环，或将水力功提高洗井液（钻井液等）的压力，进行洗井循环，或将水力功率送至井下。一般为两台。率送至井下。一般为两台。传动：三角带传动传动：三角带传动 泵的种类：卧式双缸双作用式泵的种类：卧式双缸双作用式 活塞泵活塞泵 卧式三缸单作用式卧式三缸单作用式 双作用泵：缸的两端有吸入或排出，工作时总是一个吸入另一个排出。双作用泵：缸的两端有吸入或排出，工作时总是一个吸入另一个排出。单

23、作用泵：在缸的一端进行，先吸后排。单作用泵：在缸的一端进行，先吸后排。由于洗井液（钻井液）内含有研磨性颗粒，缸套、活塞泵、凡尔由于洗井液（钻井液）内含有研磨性颗粒，缸套、活塞泵、凡尔（Valve）、）、凡尔等易磨损，是可以更换的。凡尔等易磨损，是可以更换的。排量：泥浆没有变速机构，不能变速度，柴油机转速一定，则冲数一定排量：泥浆没有变速机构，不能变速度，柴油机转速一定，则冲数一定就确定了排量，活塞的冲程（即运行距离、行程）是不变的。就确定了排量，活塞的冲程（即运行距离、行程）是不变的。那么怎样调节排量，主要是更换不同直径的缸套与活塞，所需功率：排那么怎样调节排量，主要是更换不同直径的缸套与活塞

24、，所需功率：排量与出口压的乘积。提高压力时，更换成小直径的缸套减少排量。量与出口压的乘积。提高压力时，更换成小直径的缸套减少排量。2、地面管汇、地面管汇包括从泵出口到水龙头带的高压管心及低管心，低压为配包括从泵出口到水龙头带的高压管心及低管心，低压为配浆等作业用。浆等作业用。3、水龙带、水龙带材料：缠有多层钢丝的橡胶软管，能耐高压。作用：接在立材料：缠有多层钢丝的橡胶软管，能耐高压。作用：接在立管与水龙头之间，使水龙头及其以下钻柱可上下活动。管与水龙头之间，使水龙头及其以下钻柱可上下活动。4、水龙头、水龙头：环境：既能承载最大钻柱重量，又允许与它相连的方钻杆：环境：既能承载最大钻柱重量，又允许

25、与它相连的方钻杆及钻柱旋转，它与大钩及水龙带相连部分则不转动，要求它具有良好及钻柱旋转，它与大钩及水龙带相连部分则不转动，要求它具有良好的密封性能，能承受钻井液的高压力（的密封性能，能承受钻井液的高压力（20-30MPa），），规格最大载重规格最大载重量，最大转速和最高压力。量，最大转速和最高压力。5、泥浆灌、泥浆灌：用于存放在配好的泥浆。：用于存放在配好的泥浆。6、泥浆池、泥浆池：积存泥浆，供泵吸入，在地面池边有，也有用活动池，有：积存泥浆，供泵吸入，在地面池边有，也有用活动池，有利于环保，有利于回收。利于环保，有利于回收。7、泥浆槽、泥浆槽：为井内通出泥浆流回泥浆池的通路。：为井内通出泥浆

26、流回泥浆池的通路。8、振动筛、振动筛：用于除去泥浆中的大颗粒岩屑。：用于除去泥浆中的大颗粒岩屑。9、除砂器、除泥器：、除砂器、除泥器：是用离心的办法去除泥浆中的小颗粒岩屑的设备，是用离心的办法去除泥浆中的小颗粒岩屑的设备，位于振动筛旁。位于振动筛旁。（三）旋转系统（三）旋转系统 1、转盘：、转盘：将经方向轴或链条传来的转动变成水平旋转，其外观如图。将经方向轴或链条传来的转动变成水平旋转，其外观如图。1）转盘的重要传动部件是一对伞齿轮。）转盘的重要传动部件是一对伞齿轮。2）钻头是通过转盘的开口（即大伞齿轮的中间部分）下入井内，开口的）钻头是通过转盘的开口（即大伞齿轮的中间部分）下入井内，开口的大

27、小应能通过最大的钻头。大小应能通过最大的钻头。3）起下管柱时，需经常将管柱从大钩上脱卸下来，以接、卸钻杆或套管，）起下管柱时，需经常将管柱从大钩上脱卸下来，以接、卸钻杆或套管，此时将全部管柱坐于转盘上，让转盘承其重量。此时将全部管柱坐于转盘上，让转盘承其重量。4）转盘的主轴承受向下的载荷。由于钻进时常发生上下跳动，所以转盘）转盘的主轴承受向下的载荷。由于钻进时常发生上下跳动，所以转盘里存有防跳轴承以承受向上的载荷。里存有防跳轴承以承受向上的载荷。5）转盘一般有）转盘一般有4个转速，（常用）个转速，（常用）50-60rpm。6）设有锁紧装置，可按需要将它锁死不让转动。如起下钻时用。设有锁紧装置，

28、可按需要将它锁死不让转动。如起下钻时用。7）转盘的主要规格是：）转盘的主要规格是：最大开口直径，最大载荷和高最转速。最大开口直径，最大载荷和高最转速。2、方钻杆：、方钻杆：转盘的转动，带动方钻杆转动，将动力传到钻头转盘的转动，带动方钻杆转动，将动力传到钻头来来切屑岩石。切屑岩石。钻井时，钻柱在旋转的同时还应该连续下行以跟上逐渐加深。钻井时，钻柱在旋转的同时还应该连续下行以跟上逐渐加深。如使用圆形钻杆来完成，这两种动作，机构上将会很复杂，操作也很麻如使用圆形钻杆来完成，这两种动作，机构上将会很复杂，操作也很麻烦。而当采用四方或六方形载面的钻杆时，这一切就变得简单了，方形烦。而当采用四方或六方形载

29、面的钻杆时，这一切就变得简单了，方形孔允许在转动的同时进行轴向移动，孔允许在转动的同时进行轴向移动，这种钻杆就称为方钻杆。这种钻杆就称为方钻杆。四方形的四方形的方钻杆是用的较多的一种，方钻杆是用的较多的一种，优质合金钢制成优质合金钢制成，由于方钻杆的价格很贵，由于方钻杆的价格很贵，钻井时只用一根。它一直处在钻柱的最上端，在转盘的一方孔中上下活钻井时只用一根。它一直处在钻柱的最上端，在转盘的一方孔中上下活动，由转盘驱动旋转。动，由转盘驱动旋转。动作：动作：当方钻杆移动到当方钻杆移动到最下位置（即其上端与转盘平齐最下位置（即其上端与转盘平齐时）就加一根钻杆，叫接单根。时）就加一根钻杆，叫接单根。长

30、度：方形部分的长度，要大于长度：方形部分的长度，要大于单根钻杆的长度，一单根钻杆的长度，一般为般为13-16m，比，比一般钻杆长一般钻杆长2m以上，如果单根钻杆长以上，如果单根钻杆长于方钻杆，就先接一根短钻杆，完成于方钻杆，就先接一根短钻杆，完成后，再取下短钻杆，接上长钻杆后，再取下短钻杆，接上长钻杆。3、水龙头：、水龙头：钻进时，钻柱的一部分重量吊悬在大钻进时，钻柱的一部分重量吊悬在大钩上。钻柱要转，大钩不能转，这一矛盾是用水钩上。钻柱要转，大钩不能转，这一矛盾是用水龙头来解决的。龙头来解决的。4、钻柱：、钻柱：由钻杆、钻链配合接头，保护接头等由钻杆、钻链配合接头，保护接头等组成，在后面作介

31、绍。组成，在后面作介绍。（四）驱动与转动系统（四）驱动与转动系统 包括包括动力机和传动部分动力机和传动部分。功能：生产动力并把动力传递给泥浆泵、绞车和转盘。功能：生产动力并把动力传递给泥浆泵、绞车和转盘。1、动力机、动力机：一般为柴油机，有时为电动机。：一般为柴油机，有时为电动机。2、传动部、传动部：用于多台动力机的并联及驱动。：用于多台动力机的并联及驱动。深井：柴油机驱动时，多为三台柴油机。深井：柴油机驱动时，多为三台柴油机。包括有：联轴器、离合器、变速箱、皮带传动、链条传动。包括有：联轴器、离合器、变速箱、皮带传动、链条传动。（五）气控系统（五）气控系统 主要包括控制面板（控制机构）、传输

32、管线和阀门执行主要包括控制面板（控制机构）、传输管线和阀门执行机构（气动离合器、气缸和气动马达等）以及压气机等。机构（气动离合器、气缸和气动马达等）以及压气机等。（六）井控系统（六）井控系统 为了钻井安全而设置的设备，主要有为了钻井安全而设置的设备，主要有防喷器防喷器、钻井四通、钻井四通、导流管汇、压井管理及液、气压控制机构导流管汇、压井管理及液、气压控制机构。功能：功能：控制井内的压力，防止地层流体，无控制地流入控制井内的压力，防止地层流体，无控制地流入中。中。动作：动作：发现井涌；发现井涌；在地面关井，防止井喷；在地面关井，防止井喷；循环循环压井；压井；在有压力的条件下活动井下管柱；在有压

33、力的条件下活动井下管柱；导流防喷。主导流防喷。主要部件：防喷器的种类较多。要部件：防喷器的种类较多。第四节第四节 钻井工具钻井工具一、钻头一、钻头 目目前前石石油油钻钻井井常常用用的的钻钻头头，按按其其破破碎碎岩岩石石的的作作用用原原理理分分类类，可可分分为为切切削削型型（刮刮刀刀钻钻头头）、冲冲击击压压碎碎剪剪切切型型（牙牙轮轮钻钻头头）和和研研磨磨型型（金金刚刚石石钻钻头头）三三类。类。（一）刮刀钻头（一）刮刀钻头 1、结结构构：刮刮刀刀钻钻头头结结构构简简单单，成成本本低低。有有两两翼翼、三三翼翼、四四翼翼等等多多种种结结构构形形式式，目目前前用用的的较较多多的的是是三三翼翼刮刮刀刀钻钻

34、头头。有有时时将将刀刀翼翼做做成成阶阶梯梯状状以以提提高高破破碎碎岩岩石石的的效效率率。它它有有许许多多参参数数，这这里里不不作作介介绍绍了了。刀刀翼翼的的结结构构角角如如图图，角角不不同同，适应不同硬度地层，切削角软时小，硬时大。适应不同硬度地层，切削角软时小，硬时大。2、作用过程、作用过程 刮刮刀刀钻钻头头在在钻钻切切岩岩石石时时，其其作作用用过过程程是是刀刀翼翼在在钻钻压压P的的作作用用下下吃吃入入岩岩石石，在在扭扭转转力力T的的作作用用下下将将岩岩石石破破碎碎见见图图。因因为为钻钻压压与与扭扭矩矩是是连连续续加加在在钻钻头头上上的的，所所以以岩岩石石的的破破碎碎过过程程也也是是连连续续

35、的的。那那么么，刀刀翼翼切切削削刃刃的的轨轨迹迹是是一一条条空空间间螺螺旋旋面，即井底不是平的。面，即井底不是平的。1）对塑脆性岩石，其破碎过程大体可分为三个阶段：）对塑脆性岩石，其破碎过程大体可分为三个阶段：刃前岩石沿剪切面破碎后，刀翼向前推进，直到碰到尚未破碎的刃前岩石。刃前岩石沿剪切面破碎后，刀翼向前推进，直到碰到尚未破碎的刃前岩石。碰碰到到岩岩石石后后，刀刀翼翼所所受受到到的的阻阻力力加加大大，在在扭扭力力的的作作用用下下将将刃刃前前岩岩石石破破碎碎，发生小的剪切破碎。发生小的剪切破碎。刀刀翼翼继继续续挤挤压压刃刃前前岩岩石石，使使部部分分岩岩石石被被挤挤压压碎碎成成粉粉状状，当当剪剪

36、切切力力足足够够大大时时，刃前岩石沿剪切面被剪掉（刃前岩石沿剪切面被剪掉（大剪切大剪切），阻力变小。），阻力变小。这几个过程即碰撞、压碎、小剪切、这几个过程即碰撞、压碎、小剪切、大剪切连续循环进行，井即逐渐加深。大剪切连续循环进行，井即逐渐加深。PT 2）对对于于塑塑性性岩岩石石，由由其其硬硬度度小小、塑塑性性大大、刀刀翼翼在在钻钻压压的的作作用用下下易易于于吃吃入入地地层层，刃刃前前岩岩石石在在扭扭力力的的作作用用下下不不断断产产生生塑塑性流动，井即逐渐加深，这和切削金属相似。性流动，井即逐渐加深，这和切削金属相似。3、适应地层：、适应地层：仅适用于软、中软地层。且钻压也不宜过大。仅适用于软

37、、中软地层。且钻压也不宜过大。4、耐磨性：、耐磨性：刀刃在井底上滑动，磨损很大，为了提高其耐刀刃在井底上滑动，磨损很大，为了提高其耐磨性，常在工作面上敷焊一层碳化钨合金粉，或镶嵌块状磨性，常在工作面上敷焊一层碳化钨合金粉，或镶嵌块状硬质合金，人造金刚石等。后者称金刚石刮刀钻头。这样硬质合金，人造金刚石等。后者称金刚石刮刀钻头。这样延长了钻头的寿命，加快钻井速度。延长了钻头的寿命，加快钻井速度。（二）牙轮钻头（二）牙轮钻头1、结结构构：牙牙轮轮钻钻头头有有二二牙牙轮轮钻钻头头、三三牙牙轮轮钻钻头头、四四牙牙轮轮钻钻头头等等多多种种结结构构形形式式。目目前前使使用用最最多多的的是是三三牙牙轮轮钻钻

38、头头。三三牙牙轮轮钻钻头头是是由由钻钻头头体体、巴巴掌掌、牙牙轮轮轴轴、牙轮、轴承、密封件、水眼等部件组成。牙轮、轴承、密封件、水眼等部件组成。1）钻头体：）钻头体：是钻头本体，有丝扣与钻柱相连，与巴掌合在一起（三个）。是钻头本体，有丝扣与钻柱相连，与巴掌合在一起（三个）。2）牙齿：）牙齿：是破碎岩石的切削刃是破碎岩石的切削刃 铣铣齿齿：钢钢齿齿是是在在牙牙轮轮壳壳体体上上铣铣出出的的齿齿，叫叫铣铣齿齿。耐耐磨磨性性差差，可可敷敷焊焊硬硬质合金，提高耐磨性，成本低。质合金，提高耐磨性，成本低。镶镶齿齿：是是将将硬硬质质合合金金制制成成的的牙牙齿齿镶镶嵌嵌在在牙牙轮轮壳壳体体上上。硬硬度度大大，

39、耐耐磨磨好好，成成本本高高。用用于于钻钻切切从从软软到到坚坚硬硬的的各各种种岩岩石石。但但质质脆脆、易易崩崩坏坏及及因因镶镶嵌嵌不不牢牢而掉落。而掉落。牙牙齿齿尖尖时时易易吃吃入入地地层层，牙牙齿齿高高吃吃入入较较深深，有有利利于于提提高高破破岩岩效效率率。但但尖尖、高时强度低，易断。高时强度低，易断。3）牙牙轮轮：由由单单个个或或几几个个圆圆锥锥、截截锥锥体体组组合合而而成成。单单个个圆圆锥锥组组成成的的叫叫单单锥锥，由由两两个及两个以上组成的叫复锥。个及两个以上组成的叫复锥。牙轮的布置有牙轮的布置有：超顶、移轴、复锥超顶、移轴、复锥。牙牙轮轮外外表表面面上上铣铣有有钢钢齿齿或或镶镶嵌嵌硬硬

40、质质合合金金齿齿。内内面面有有轴轴承承跑跑道道以以与与牙牙轮轮轴轴组组成成轴轴承承。牙牙轮轮可可以以转转动动（但但与与钻钻头头体体没没有有传传动动关关系系）以以保保证证每每个个牙牙齿齿能能均均匀切削岩石。匀切削岩石。4）轴承轴承 5）自自洗洗：在在较较软软地地层层中中钻钻进进时时，岩岩屑屑常常积积存存在在牙牙齿齿之之间间，形形成成“泥泥包包”或或称称“糊糊钻钻”，影影响响继继续续吃吃入入地地层层，自自洗洗功功能能是是一一个个轮轮上上的的牙牙齿齿，将将另另一一个个齿齿缝缝中的岩石清除掉，提高效率。中的岩石清除掉，提高效率。6）滑滑动动的的产产生生，为为了了使使牙牙齿齿具具有有切切削削作作用用，应

41、应有有滑滑移移作作用用。有有超超顶顶、移移轴轴、复锥等结构。复锥等结构。7）水眼水眼：让钻井液（洗井液）从钻柱内通过钻头的水眼，以较大的速度喷出，：让钻井液（洗井液）从钻柱内通过钻头的水眼，以较大的速度喷出，清洁井底。常为一个镶嵌在钻头体上的硬质合金嘴子。也叫喷嘴。清洁井底。常为一个镶嵌在钻头体上的硬质合金嘴子。也叫喷嘴。背面锥面 2、钻头的运动形式、钻头的运动形式 1）钻钻头头与与钻钻柱柱相相连连成成一一体体。钻钻井井时时，钻钻柱柱顺顺时时针针旋旋转转，钻头体也顺时针旋转，各牙轮也一同旋转。钻头体也顺时针旋转，各牙轮也一同旋转。2）各各牙牙轮轮在在绕绕钻钻头头轴轴线线放放置置的的同同时时，由

42、由于于受受阻阻力力，它它又又绕各自的轴线（即牙轮轴）转动。绕各自的轴线（即牙轮轴）转动。3）由由于于超超顶顶、移移轴轴、复复锥锥的的存存在在，牙牙轮轮在在转转动动时时常常伴伴随随有滑动，即牙齿有相对于井底的滑移，切削岩石。有滑动，即牙齿有相对于井底的滑移，切削岩石。4）由于牙齿是错位布置，牙轮滚动时，单、双齿交替着）由于牙齿是错位布置，牙轮滚动时，单、双齿交替着地形成振动，也可撞击岩石。地形成振动，也可撞击岩石。3、破岩作用主要有三种、破岩作用主要有三种 1）压压碎碎作作用用：钻钻压压将将钻钻头头压压向向岩岩石石，当当钻钻压压是是足足够够大大时时，即可压碎岩石。因为点接触，压强较大。即可压碎岩

43、石。因为点接触，压强较大。2）冲冲击击作作用用：牙牙轮轮滚滚动动，使使牙牙齿齿与与岩岩石石接接触触时时具具有有速速度度，再再加加上上单单、双双齿齿着着地地引引起起的的上上下下振振动动，就就形形成成了了牙牙齿齿对对岩岩石的冲击。这可将岩石破碎。转速越高，冲击作用越强。石的冲击。这可将岩石破碎。转速越高，冲击作用越强。3）剪剪切切作作用用：由由牙牙齿齿的的滑滑移移而而产产生生对对岩岩石石的的剪剪切切作作用用。滑移越大，剪切作用越大，磨损也越大。滑移越大，剪切作用越大，磨损也越大。对对硬硬地地层层主主要要以以压压碎碎及及冲冲击击工工作作方方式式为为主主，对对磨磨性性大大的岩石，应避免滑移。的岩石，应

44、避免滑移。（三）金刚石钻头（三）金刚石钻头（1）按金刚石的来源分为：天然金刚石钻头、人造金刚石钻头）按金刚石的来源分为：天然金刚石钻头、人造金刚石钻头（2）按按钻钻头头的的结结构构形形状状分分为为：金金刚刚石石钻钻头头、金金刚刚石石刮刮刀刀钻钻头头、聚聚晶晶金金刚刚石石复合片钻头（复合片钻头（PDC钻头）钻头）（3）按金刚石镶装特点分为：）按金刚石镶装特点分为：表镶式刚石钻头、孕镶式刚石钻头表镶式刚石钻头、孕镶式刚石钻头 a.表表镶镶式式钻钻头头:金金刚刚石石颗颗粒粒镶镶嵌嵌在在钻钻头头表表面面上上，称称为为表表镶镶式式，颗颗粒粒外外露露1/3，即即0.6-1.2mm。牢牢固固，防防崩崩（因因

45、为为脆脆），实实际际上上，金金刚刚石石吃吃入入岩岩石石的的地层约出刃的地层约出刃的1/10。b.孕孕镶镶式式钻钻头头：就就是是将将颗颗粒粒很很小小的的金金刚刚石石与与胎胎体体材材料料均均匀匀混混合合压压实实后后烧烧结结在在一一起起以以形形成成切切削削部部分分，当当胎胎体体金金属属被被岩岩石石磨磨去去后后，金金刚刚石石颗颗粒粒即即露露出出以切削岩石。金刚石的颗粒越小，成本越低。以切削岩石。金刚石的颗粒越小，成本越低。因因此此，金金刚刚石石钻钻头头是是一一种种研研磨磨型型钻钻头头。每每次次切切削削的的量量很很小小，为为了了提提高切削效率，配合以较高的转速。高切削效率，配合以较高的转速。目目前前，将

46、将金金刚刚石石钻钻头头与与涡涡轮轮钻钻具具配配合合使使用用。因因为为涡涡转转钻钻具具的的转转速速较较高，可取得较好的效果。高，可取得较好的效果。c.天然金刚石钻头天然金刚石钻头 钻钻井井用用天天然然的的金金刚刚石石颗颗粒粒的的大大小小是是以以每每克克拉拉（等等于于0.2克克）中中的的颗颗粒粒数数表表示示的的，一一般般为为0.5-15粒粒。软软地地层层为为0.5-2粒粒/克克拉拉。中中硬硬地地3-6粒粒/克克拉拉，硬硬地地层层用用8-12粒粒/克拉，坚硬地层则用小于克拉，坚硬地层则用小于12粒粒/克拉。克拉。d.人造金刚石钻头人造金刚石钻头 人人造造金金刚刚石石：由由于于天天然然金金刚刚石石价价

47、格格太太高高，所所以以人人造造金金刚刚石石技技术术发发展展很很快快。即即在在触触媒媒的的作作用用下下，在在高高温温高高压压条条件件下下，将将石石墨墨转转化化为为金金刚刚石石，由由于于工工业业产产品品的的金金刚刚石石颗颗粒粒单单晶晶很很小小，不不便便使使用用，又又将将它它们们在在高高温温高高压压下下粘粘结结聚聚合合为为聚聚晶金刚石晶金刚石，钻头所用的就是这种聚晶金刚石。，钻头所用的就是这种聚晶金刚石。对于软地层，为了提高破岩效率，加大出刃，使破岩方式由研磨改为切削。对于软地层，为了提高破岩效率，加大出刃，使破岩方式由研磨改为切削。聚晶金刚石复合片钻头（聚晶金刚石复合片钻头（PDC钻头）钻头）po

48、lycrystalline diamond compact bit 切削单元是在基体上焊一薄片聚晶金刚石，这种钻头称为切削单元是在基体上焊一薄片聚晶金刚石，这种钻头称为PDC钻头，已钻头，已使用多年，效果很好，江汉产的使用多年，效果很好，江汉产的PDC钻头，价格高达钻头，价格高达100万元万元/只左右，钻头上只左右，钻头上有水眼和水槽，以让洗井液通过，冷却钻头有水眼和水槽，以让洗井液通过，冷却钻头。二、钻柱二、钻柱 我国石油钻井所用钻杆、钻铤、方钻杆等我国石油钻井所用钻杆、钻铤、方钻杆等管材都是按管材都是按API（美国石油学会）标准生产。美国石油学会）标准生产。（一）方钻杆（前面已经讲过了）（

49、一）方钻杆（前面已经讲过了）（二）钻杆（二）钻杆 作用：作用：将破碎岩石的扭矩从地面传递给钻头。将破碎岩石的扭矩从地面传递给钻头。形成洗井液（钻井液）循环的通路。形成洗井液（钻井液）循环的通路。规格：规格：壁无缝纲管制制成，每根长壁无缝纲管制制成，每根长8-12m。采用不同的钢级生产出不同直径、不同壁厚的多规格以供选用。采用不同的钢级生产出不同直径、不同壁厚的多规格以供选用。连连接接：各各钻钻杆杆之之间间丝丝扣扣（螺螺纹纹）连连接接。由由于于使使用用中中接接、卸卸频频繁繁，丝丝扣扣用用每每英寸英寸4扣或扣或5扣的锥形粗扣，以便使用及延长使用寿命。扣的锥形粗扣，以便使用及延长使用寿命。连连接接处

50、处使使用用钻钻杆杆接接头头。由由于于钻钻杆杆体体厚厚度度只只有有8-12mm（节节省省成成本本、重重量量），无无法法在在管管体体上上造造扣扣，因因此此在在管管体体的的两两端端焊焊接接钻钻杆杆接接头头（加加厚厚了了的无缝纲管），则钻杆两端外径大于钻柱体外径。的无缝纲管），则钻杆两端外径大于钻柱体外径。加厚方式：内加厚、外加厚、内外加厚加厚方式：内加厚、外加厚、内外加厚（三）钻铤（三）钻铤 规格：钻铤的壁厚很厚，一般为规格：钻铤的壁厚很厚，一般为38-53mm，无缝钢管。无缝钢管。特点与作用：特点与作用：施施加加钻钻压压：靠靠钻钻铤铤的的重重量量施施加加钻钻压压。钻钻压压靠靠钻钻柱柱重重量量施施加