石油钻井设备与工具--钻具系统.ppt

第四章 钻具系统 前言 钻具系统是钻头以上、水龙头以下部分一系列钻井工具组合的总称。包括：钻柱、井下动力钻具以及其它一些辅助钻井工具。 典型的钻具组合如下: (Φ215.9mmPDC钻头)＋（0.75o）172 mm螺杆＋Φ158.8mm(无磁钻铤)NDC×1根＋Φ215mm稳定器＋Φ158.8mm(钻铤)DC×11根＋Φ127mm(加重钻杆)HWDP×20根＋Φ127mm(钻杆)DP+方钻杆 钻柱是钻井的重要工具，它是连通地下与地面的枢纽。在转盘钻井时，靠它来传递破碎岩石所需要的能量，给井底施加钻压，以及循环钻井液等。在井下动力钻井时，井下动力钻具是用钻柱送到井底并靠它来承受反扭矩，同时钻头和动力钻具所需的液体能量也是通过钻柱输送到井底的。 井下动力钻具为井底发动机，可在井底驱动钻头旋转,是井身轨迹的定向控制的必备工具，同时可与转盘复合，实现复合钻井，不仅可以实现旋转或滑动钻井，还可提高钻头转速，提高钻井速度。 随着钻井深度的增加，几千米甚至上万米的钻柱，在井下的工作条件十分恶劣，它往往是钻井设备与工具中的薄弱环节。时常导致井下复杂情况甚至导致井下事故。为避免或便于处理井下复杂情况，在钻具组合中还需要其它一些辅助钻井工具，以实现快速优质钻井及顺利完成各种井下作业。 第一节 钻柱 钻柱是钻头以上，水龙头以下部分的钢管柱的总称。它包括方钻杆、钻杆、钻铤、各种接头及稳定器等井下工具 一、钻柱的作用 1、钻柱在钻井过程中的主要作用 (1)为钻井液由井口流向钻头提供通道； (2)给钻头施加适当的压力(钻压)； (3)把地面动力(扭矩等)传递给钻头； (4)起下钻头； (5)根据钻柱的长度计算井深。 2、钻柱的特殊作用 (1)通过钻柱可以观察和了解钻头的工作情况、井眼状况及地层情况等; (2)进行取心、挤水泥、打捞井下落物、处理井下事故等特殊作业; (3)对地层流体及压力状况进行测试与评价。 二、钻柱的组成 钻柱由方钻杆、钻杆段和下部钻具组合三大部分组成。 钻杆段包括钻杆和接头，下部钻具组合主要是钻铤，也可能安装稳定器、减震器、震击器、扩眼器及其他特殊工具。钻柱的具体组成随不同的目的、要求而不同。 1、钻杆 钻杆是钻柱的基本组成部分。它是用无逢钢管制成，壁厚一般为9~11mm。其主要作用是传递扭矩和输送钻井液，并靠钻杆的逐渐加长使井眼不断加深。因此，钻杆在石油钻井中占有十分重要的地位。 (1)钻杆结构与规范 钻杆由钻杆管体与钻杆接头两部分组成。钻杆管体与接头的连接有两种方式：一种是用细丝扣连接，即管体两端都车有细公扣，与接头一端的母细扣相连接，称这种钻杆为有细扣钻杆；另一种是管体与接头用摩擦焊对焊在一起，称这种钻杆为对焊钻杆。 有细扣钻杆目前已基本淘汰，我国现在生产或进口的钻杆全部为对焊钻杆(无细扣钻杆)。 为了增强管体与接头的连接强度，管体两端加厚。常用的加厚形式有内加厚、外加厚、内外加厚三种。 根据美国石油学会（American Petroleum Institute）（简称API）的规定，钻杆按长度分为三类： 第一类:5.486一6.706m(18一22ft); 第二类:8.230-9.144m(27-30ft); 第三类:11.582一13.716m(38一45ft)。 常用钻杆的尺寸：88.9，114.3，127mm（3 1/2″4 ?″ 5″）三种。 (2)钻杆的钢级与强度 钻杆的钢级是指钻杆钢材的等级，它由钻杆钢材的屈服强度决定。 API将钻杆钢材等级分为五级： D、E、95(X)、105(G)、135(S)。 钻杆钢级越高，管材的屈服强度越大，钻杆的各种强度也就越大。 在钻柱的强度设计中，推荐采用提高钢级的方法来提高钻柱的强度，而不采用增加璧厚的方法。 （3）钻杆接头及丝扣 钻杆接头是钻杆的组成邪分，分公接头和母接头，连接在钻杆管体的两瑞。 接头上车有丝扣（粗扣），用以连接各单根钻杆。在钻井过程中，接头处要经常拆卸，按头表面受到相当大的大钳咬合力的作用，所以钻杆接头壁后较大，接头外径大于管体外径，并采用强度更高的合金钢。 丝扣的连接必须满足的三个条件： ①尺寸相等； ②丝扣类型相同； ③公母扣相匹配。 为便于接头选用，API制订了接头类型的标准（石油工业普遍采用）： APl钻杆接头有新、旧两种标准，旧标准是针对早期的有细扣钻杆接头，分为三种形式：