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第第3 3章章 钻井设备和工具钻井设备和工具主要内容主要内容 第一节第一节 钻机钻机( (钻机分类、组成及功能钻机分类、组成及功能) ) 第二节第二节 钻井工具钻井工具（钻头、钻柱、井口工具）（钻头、钻柱、井口工具）钻井设备和工具课件第一节第一节 钻机钻机钻机定义：钻机定义： 石油钻井的地面配套设备称为钻机，石油钻机是石油钻井的地面配套设备称为钻机，石油钻机是由由多种机器设备多种机器设备组成的一套大功率重型组成的一套大功率重型联合工作机组联合工作机组钻机的综合功能：钻机的综合功能： 完成钻进、接单根、起下钻、循环洗井、下套管、完成钻进、接单根、起下钻、循环洗井、下套管、固井、完井和处理井下事故等作业固井、完井和处理井下事故等作业钻井设备和工具课件陆上钻机陆上钻机海洋钻井平台海洋钻井平台第一节第一节 钻机钻机钻井设备和工具课件钻井设备和工具课件一、钻机的分类一、钻机的分类1.1.钻井深度钻井深度 ( (钻机的钻机的起重能力起重能力) )大型钻机大型钻机超重型钻机超重型钻机重型钻机重型钻机中型钻机中型钻机H>5000mH>5000m，，W>2500kNW>2500kNH H＝＝10001000～～2500m2500mW W＝＝800800～～1600kN1600kNH H＝＝30003000～～5000m5000mW W＝＝20002000～～2500kN2500kN轻便钻机轻便钻机W W> >800kN800kN，， 89 89 ～～ 140mm 140mm钻杆，井径钻杆，井径> > 160mm160mmW W< <300kN300kN，， 42 42 ～～ 89mm 89mm钻杆，井径钻杆，井径< < 150mm150mm，， 钻井深度从几十米到钻井深度从几十米到1000m1000m，常，常用于钻地质勘探井和水井等。

用于钻地质勘探井和水井等钻井设备和工具课件2.2.动力设备动力设备柴油机驱动钻机柴油机驱动钻机直流电直流电驱动钻机驱动钻机交流电交流电驱动钻机驱动钻机以柴油机为动力，通过机械以柴油机为动力，通过机械传动或液力传动的钻机传动或液力传动的钻机工作机用直流工作机用直流电动机电动机驱动通常用于海上钻井通常用于海上钻井工作机用交流工作机用交流电动机电动机驱动3.3.使用地区使用地区陆地钻机陆地钻机海洋钻机海洋钻机陆地（包括沙漠、沼泽等）使用的陆地（包括沙漠、沼泽等）使用的钻机自升式钻井平台、半潜式钻井平台、自升式钻井平台、半潜式钻井平台、钻井船和钻井固定平台上的各种类钻井船和钻井固定平台上的各种类型的钻机型的钻机钻井设备和工具课件国内外钻机现状国内外钻机现状•ZJ32ZJ32钻机、钻机、ZJ45ZJ45钻机、钻机、ZJ50ZJ50钻机、钻机、ZJ70 ZJ70 钻机钻机 •美国和德国美国和德国等已形成等已形成9000m9000m以上成套钻机的生产能力，以上成套钻机的生产能力，几乎垄断了世界超深井钻机市场我国已完成了几乎垄断了世界超深井钻机市场我国已完成了90009000米交流变频电驱动钻机的样机试制。

米交流变频电驱动钻机的样机试制•我国目前已研制成功我国目前已研制成功1200012000米钻机•生产厂家生产厂家　　国企四家：国企四家： 　　宝鸡石油机械厂、南阳石油机械厂、江汉第四石油机械厂、宝鸡石油机械厂、南阳石油机械厂、江汉第四石油机械厂、胜利油田动力机厂；胜利油田动力机厂；钻井设备和工具课件 起升系统起升系统起升系统起升系统 循环系统循环系统循环系统循环系统 旋转系统旋转系统旋转系统旋转系统 驱动与传动系统驱动与传动系统驱动与传动系统驱动与传动系统 气控系统气控系统气控系统气控系统 井控系统井控系统井控系统井控系统二、二、钻机的组成及功能钻机的组成及功能动动动动力力力力系系系系统统统统钻井设备和工具课件1 1、起升系统、起升系统旋旋旋旋转转转转钻钻钻钻井井井井平平平平台台台台提提提提升升升升系系系系统统统统起升系统是必不起升系统是必不起升系统是必不起升系统是必不可少的，一般由可少的，一般由可少的，一般由可少的，一般由井架、绞车、天井架、绞车、天井架、绞车、天井架、绞车、天车、游车、大钩、车、游车、大钩、车、游车、大钩、车、游车、大钩、滚筒和钢丝绳滚筒和钢丝绳滚筒和钢丝绳滚筒和钢丝绳组组组组成。

成功能：功能：②②起下钻、接单根和钻进时的钻压控制起下钻、接单根和钻进时的钻压控制①①下放、悬吊或起升钻柱、套管柱和其它井下设备进、出井眼；下放、悬吊或起升钻柱、套管柱和其它井下设备进、出井眼；绞车绞车绞车绞车滚筒滚筒滚筒滚筒快绳快绳快绳快绳天车天车天车天车死绳死绳死绳死绳钻绳钻绳钻绳钻绳游车游车游车游车大钩大钩大钩大钩死绳锚死绳锚死绳锚死绳锚存储滚筒存储滚筒存储滚筒存储滚筒钻井设备和工具课件起起起起升升升升系系系系统统统统↓↓↓↓天天天天车车车车| | | |游游游游车车车车| | | |钢钢钢钢丝丝丝丝绳绳绳绳钻井设备和工具课件 转盘转盘转盘转盘　水龙头　水龙头　水龙头　水龙头　钻头　钻头　钻头　钻头　钻柱　钻柱　钻柱　钻柱2 2、旋转系统、旋转系统功能：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　　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动力，以满足破岩钻进和井下其它要求钻井设备和工具课件游车下部的大钩正游车下部的大钩正游车下部的大钩正游车下部的大钩正在锁住水龙头提环在锁住水龙头提环在锁住水龙头提环在锁住水龙头提环钻工正安放卡瓦钻工正安放卡瓦钻工正安放卡瓦钻工正安放卡瓦2 2、旋转系统、旋转系统钻井设备和工具课件钻杆与钻铤钻杆与钻铤钻杆与钻铤钻杆与钻铤转动的转盘与方钻杆转动的转盘与方钻杆转动的转盘与方钻杆转动的转盘与方钻杆( ( ( (顺时针转顺时针转顺时针转顺时针转) ) ) )2 2、旋转系统、旋转系统钻井设备和工具课件PDCPDCPDCPDC钻头钻头钻头钻头取取取取芯芯芯芯钻钻钻钻头头头头2 2、旋转系统、旋转系统→→→→钻头钻头钻头钻头钻井设备和工具课件三牙轮钻头三牙轮钻头三牙轮钻头三牙轮钻头新新新新钻钻钻钻头头头头正正正正准准准准备备备备入入入入井井井井钻钻钻钻井井井井液液液液高高高高速速速速流流流流过过过过喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴2 2、旋转系统、旋转系统→→→→钻头钻头钻头钻头钻井设备和工具课件钻钻钻钻柱柱柱柱纵纵纵纵振振振振钻柱扭振钻柱扭振钻柱扭振钻柱扭振钻柱横振钻柱横振钻柱横振钻柱横振2 2 2 2、旋转系统、旋转系统、旋转系统、旋转系统→→→→井下钻具振动方式井下钻具振动方式井下钻具振动方式井下钻具振动方式钻井设备和工具课件废水池废水池废水池废水池泥浆池泥浆池泥浆池泥浆池钻屑下滑钻屑下滑钻屑下滑钻屑下滑泥浆振动筛泥浆振动筛泥浆振动筛泥浆振动筛加重装置加重装置加重装置加重装置泥浆泵泥浆泵泥浆泵泥浆泵地面管汇地面管汇地面管汇地面管汇立管立管立管立管水龙带水龙带水龙带水龙带水龙头水龙头水龙头水龙头方钻杆方钻杆方钻杆方钻杆钻杆钻杆钻杆钻杆环空环空环空环空钻铤钻铤钻铤钻铤井眼井眼井眼井眼钻头钻头钻头钻头　　　　泥浆池泥浆池泥浆池泥浆池 泥浆泵泥浆泵泥浆泵泥浆泵　立管　立管　立管　立管　水龙带　水龙带　水龙带　水龙带　分离装置　分离装置　分离装置　分离装置3 3、循环系统、循环系统功能：功能：①①从井底清除岩屑；从井底清除岩屑；②②冷却钻头和润滑钻具。

冷却钻头和润滑钻具泥浆泵号称钻机的泥浆泵号称钻机的“心脏心脏”钻井设备和工具课件泥浆功能：泥浆功能：1 1 1 1、悬浮和携带钻屑、悬浮和携带钻屑、悬浮和携带钻屑、悬浮和携带钻屑2 2 2 2、润滑和冷却钻具、润滑和冷却钻具、润滑和冷却钻具、润滑和冷却钻具3 3 3 3、稳定井壁、稳定井壁、稳定井壁、稳定井壁4 4 4 4、平衡地层压力、平衡地层压力、平衡地层压力、平衡地层压力5 5 5 5、传递水功率、传递水功率、传递水功率、传递水功率6 6 6 6、泥浆录井、泥浆录井、泥浆录井、泥浆录井3 3 3 3、循环系统、循环系统、循环系统、循环系统→→→→循环介质循环介质循环介质循环介质钻井设备和工具课件泥浆循环流程泥浆循环流程废水池废水池废水池废水池泥浆池泥浆池泥浆池泥浆池岩屑下滑岩屑下滑岩屑下滑岩屑下滑振动筛振动筛振动筛振动筛加重装置加重装置加重装置加重装置泥浆泵泥浆泵泥浆泵泥浆泵地面高压管汇地面高压管汇地面高压管汇地面高压管汇立管立管立管立管水龙带水龙带水龙带水龙带水龙头水龙头水龙头水龙头方钻杆方钻杆方钻杆方钻杆钻杆钻杆钻杆钻杆环空环空环空环空钻铤钻铤钻铤钻铤井眼井眼井眼井眼钻头钻头钻头钻头振动筛、除气器、除砂振动筛、除气器、除砂器、除泥器、离心机器、除泥器、离心机泥浆池泥浆池环形空间环形空间泥浆泵泥浆泵高压管汇高压管汇立管立管水龙带水龙带水龙头水龙头钻柱钻柱钻头钻头地面排出地面排出管线管线固控设备固控设备钻井设备和工具课件环形空间的概念环形空间的概念 1 井眼井眼2 钻铤外壁钻铤外壁3 钻铤内壁钻铤内壁4 钻井液钻井液6 钻头钻头5 环形空间环形空间钻井设备和工具课件泥泥泥泥浆浆浆浆经经经经井井井井眼眼眼眼环环环环空空空空流流流流回回回回泥泥泥泥浆浆浆浆池池池池泥浆回泥浆回流管线流管线泥浆通过立管经水龙带进入钻柱泥浆通过立管经水龙带进入钻柱泥浆通过立管经水龙带进入钻柱泥浆通过立管经水龙带进入钻柱立管水龙带泥浆泵将泥浆打入循环管线泥浆泵将泥浆打入循环管线泥浆泵将泥浆打入循环管线泥浆泵将泥浆打入循环管线地面管汇地面管汇(至立管至立管)泥浆泵泥浆泵3 3 3 3、循环系统、循环系统、循环系统、循环系统→→→→流程流程流程流程钻井设备和工具课件除气器除气器除泥器除泥器除砂器除砂器3 3 3 3、循环系统、循环系统、循环系统、循环系统→→→→分离装置分离装置分离装置分离装置钻井设备和工具课件动力机、传动部分动力机、传动部分4 4、驱动与传动系统、驱动与传动系统(1)(1)组成：组成：(2)(2)功能功能产生动力，并把动力传递给泥浆泵、绞车和转盘。

产生动力，并把动力传递给泥浆泵、绞车和转盘柴油机或柴油机或电动机电动机联轴器、离合器、联轴器、离合器、变速箱、皮带传动变速箱、皮带传动及链条传动等装置及链条传动等装置5 5、气控系统、气控系统控制机构、传输管线和阀门、执行机构（气动控制机构、传输管线和阀门、执行机构（气动离合器等）以及压气机等离合器等）以及压气机等1)(1)组成：组成：(2)(2)功能：功能： 确保对整个钻机各个工作机构及其部件的准确、迅速控制，使确保对整个钻机各个工作机构及其部件的准确、迅速控制，使整机协调一致的工作整机协调一致的工作钻井设备和工具课件钻机平台上的钻机平台上的钻机平台上的钻机平台上的气体发动机气体发动机气体发动机气体发动机远离钻机平台的远离钻机平台的远离钻机平台的远离钻机平台的柴油机柴油机柴油机柴油机动力系统：动力系统：驱动与传动系统、气控系统驱动与传动系统、气控系统驱动与传动系统、气控系统驱动与传动系统、气控系统钻井设备和工具课件6 6、井控系统、井控系统(1)(1)组成：组成：防喷器组、节流管汇、压井管线以及液、气压控制防喷器组、节流管汇、压井管线以及液、气压控制机构组成机构组成。

2)(2)功能：功能：控制井内的压力，防止地层流体无控制地流入井中控制井内的压力，防止地层流体无控制地流入井中钻井设备和工具课件6 6 6 6、井控系统、井控系统、井控系统、井控系统防喷器防喷器防喷器防喷器可实现的功能：可实现的功能：可实现的功能：可实现的功能：1)1)1)1) 密封钻具密封钻具密封钻具密封钻具2)2)2)2) 强行起下钻强行起下钻强行起下钻强行起下钻3)3)3)3) 悬挂钻具悬挂钻具悬挂钻具悬挂钻具4)4)4)4) 手动、液动锁紧闸板手动、液动锁紧闸板手动、液动锁紧闸板手动、液动锁紧闸板5)5)5)5)用作分流系统用作分流系统用作分流系统用作分流系统6)6)6)6)可以剪断钻具可以剪断钻具可以剪断钻具可以剪断钻具国内防喷器产品国内防喷器产品国内防喷器产品国内防喷器产品闸板防喷器闸板防喷器闸板防喷器闸板防喷器环形防喷器环形防喷器环形防喷器环形防喷器分流器分流器分流器分流器旋转防喷器旋转防喷器旋转防喷器旋转防喷器电缆防喷器电缆防喷器电缆防喷器电缆防喷器带压作业装置带压作业装置带压作业装置带压作业装置井井井井口口口口防防防防喷喷喷喷器器器器组组组组钻井设备和工具课件节节流流管管汇汇：：由一系列特殊的、由一系列特殊的、可远程控制的管可远程控制的管线组成，线组成，用井口用井口防喷器组关井后防喷器组关井后，，司钻可以通过它司钻可以通过它释放井底压力，释放井底压力，不至于造成井下不至于造成井下失控。

失控6 6 6 6、井控系统、井控系统、井控系统、井控系统钻井设备和工具课件天车天车天车天车游车游车游车游车大钩大钩大钩大钩水龙头水龙头水龙头水龙头转盘转盘转盘转盘绞车绞车绞车绞车泥浆泵泥浆泵泥浆泵泥浆泵井架井架井架井架 钻井八大件钻井八大件+柴油机、传动装置为十大件柴油机、传动装置为十大件钻井设备和工具课件小结小结起升系统起升系统起升系统起升系统旋转系统旋转系统旋转系统旋转系统循环系统循环系统循环系统循环系统天车天车天车天车游车游车游车游车大钩大钩大钩大钩水龙头水龙头水龙头水龙头转盘转盘转盘转盘绞车绞车绞车绞车泥浆泵泥浆泵泥浆泵泥浆泵井架井架井架井架 五大系统五大系统→→三大系统三大系统→→八大件八大件 起升系统起升系统起升系统起升系统 循环系统循环系统循环系统循环系统 旋转系统旋转系统旋转系统旋转系统 驱动与传动系统驱动与传动系统驱动与传动系统驱动与传动系统 气控系统气控系统气控系统气控系统 井控系统井控系统井控系统井控系统动动动动力力力力系系系系统统统统钻井设备和工具课件转盘不旋转转盘不旋转不需要方钻杆不需要方钻杆钻井设备和工具课件钻井设备和工具课件井下工具井下工具井口工具井口工具一、井下工具一、井下工具水龙头以下至钻头的管柱和工具的总称。

水龙头以下至钻头的管柱和工具的总称主要包括主要包括钻头钻头和和钻柱钻柱1 1、钻头、钻头直接破碎岩石形成井眼的工具直接破碎岩石形成井眼的工具影响钻井速度最直接的因素之一影响钻井速度最直接的因素之一第二节第二节 钻井工具钻井工具钻井设备和工具课件用用钻钻头头的的进进尺尺除除以以纯纯钻钻进进时时间间，，即即单单位位纯纯钻钻时时间间的的钻钻头头进进尺尺，，表表示示钻钻头头破破碎碎岩岩石石的的能能力力和效率，单位为和效率，单位为m m／／h h衡量钻头衡量钻头破岩效率破岩效率高低的主要指标有高低的主要指标有钻头进尺钻头进尺和和机械钻速机械钻速钻头寿命：钻头寿命：在整个使用过程中，钻头在井下的纯钻时间在整个使用过程中，钻头在井下的纯钻时间( (包括包括划眼划眼————在已钻出的井眼内旋转送钻、在已钻出的井眼内旋转送钻、修整井壁的过程修整井壁的过程) )，单位为，单位为h h；；钻头进尺：钻头进尺： 在钻头寿命内，其钻进的井段长度，单位为在钻头寿命内，其钻进的井段长度，单位为m m；；机械钻速：机械钻速：不含起下不含起下钻、接单钻、接单根等辅助根等辅助时间时间钻井设备和工具课件(1) (1) 钻头类型钻头类型 • • 按结构及工作原理分类按结构及工作原理分类 刮刀钻头、牙轮钻头、刮刀钻头、牙轮钻头、 金刚石钻头（天然金刚石钻头、金刚石钻头（天然金刚石钻头、 PDCPDC钻头钻头、、TSPTSP钻头）钻头） ；； • • 按功用分类按功用分类 全面钻进钻头、取芯钻头、全面钻进钻头、取芯钻头、 扩眼钻头扩眼钻头 (2) (2) 钻头尺寸系列钻头尺寸系列 3-3/4”3-3/4”－－36”36” 常用尺寸：常用尺寸：26”26”、、171/2”171/2”、、121/4”121/4”、、81/2”81/2”1 1、钻头、钻头钻井设备和工具课件图图6 6－－6 6 刮刀钻头刮刀钻头切削型钻头切削型钻头适用地层：适用地层：松软－软地层松软－软地层工作原理：工作原理：工作时其刀翼在工作时其刀翼在钻压作用下吃入岩石，并在钻压作用下吃入岩石，并在扭矩作用下剪切破碎岩石。

扭矩作用下剪切破碎岩石破岩方式：破岩方式：以以刮削刮削、、挤压挤压和和剪切剪切为主的方式为主的方式刮刀钻头刮刀钻头钻井设备和工具课件刮刀钻头破碎脆性岩石过程：刮刀钻头破碎脆性岩石过程： 碰撞碰撞 压碎及小剪切压碎及小剪切 大剪切大剪切 （（1 1））碰撞碰撞：：刀刃在旋转扭矩下向前推进，碰刀刃在旋转扭矩下向前推进，碰撞刃前岩石撞刃前岩石 （（2 2））压碎及小剪切压碎及小剪切 ：扭转力增大，压碎刃前：扭转力增大，压碎刃前岩石，产生小剪切破坏岩石，产生小剪切破坏 （（3 3））大剪切大剪切：扭转力继续增大到某一极值，：扭转力继续增大到某一极值，刃前岩石沿剪切面产生大的剪切破碎，完成了刃前岩石沿剪切面产生大的剪切破碎，完成了一个破岩过程一个破岩过程钻井设备和工具课件刀翼数刀翼数刀冀底刃的形状刀冀底刃的形状两翼两翼( (鱼尾式鱼尾式) )刮刀钻头刮刀钻头三翼刮刀钻头三翼刮刀钻头四翼刮刀钻头四翼刮刀钻头阶梯式刮刀钻头阶梯式刮刀钻头平底式刮刀钻头平底式刮刀钻头最常用最常用分类分类优点：优点：缺点：缺点：机械钻速较高机械钻速较高扭矩较大，控制不当易造成井斜扭矩较大，控制不当易造成井斜刮刀钻头的寿命取决于刀翼的寿命刮刀钻头的寿命取决于刀翼的寿命钻井设备和工具课件刮刀钻头的应用刮刀钻头的应用　　• •　刮刀钻头制造工艺简单，成本低；　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　刮刀钻头目前逐渐被PDCPDC钻头取代。

钻头取代钻井设备和工具课件牙轮钻头的结构牙轮钻头的结构 牙轮钻头由钻头体、牙爪（巴掌）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、牙轮及牙齿、轴承、储油润滑密封系统、喷嘴等部分组成喷嘴等部分组成牙轮钻头牙轮钻头水眼巴掌钻头体钻井设备和工具课件铣齿（钢齿）铣齿（钢齿）—在牙轮锥面上直接铣出，楔形在牙轮锥面上直接铣出，楔形镶齿（硬质合金齿）镶齿（硬质合金齿）—镶装在牙轮锥面的孔中，有多种齿形适用不同地层镶装在牙轮锥面的孔中，有多种齿形适用不同地层牙轮钻头牙齿：铣齿、镶齿牙轮钻头牙齿：铣齿、镶齿钻井设备和工具课件钻井设备和工具课件牙轮钻头在井底的运动牙轮钻头在井底的运动• • 公转公转：牙轮随钻头一起旋转牙轮随钻头一起旋转• • 自转自转：牙齿绕牙轮轴线作逆时针方向旋转称为自：牙齿绕牙轮轴线作逆时针方向旋转称为自转转• • 滑动滑动：牙齿相对于井底的滑动，包括：牙齿相对于井底的滑动，包括切向（周向）和径向（轴向）滑动切向（周向）和径向（轴向）滑动　　牙轮滑动对破岩的作用：牙轮滑动对破岩的作用： 切向滑动切向滑动剪切掉剪切掉牙齿之间牙齿之间的岩石。

的岩石 轴向滑动轴向滑动剪切掉剪切掉齿圈之间齿圈之间的岩石• 纵向振动：纵向振动：牙轮在牙轮在滚动滚动过程中，其中心上下波动，使钻头做上下往复运动过程中，其中心上下波动，使钻头做上下往复运动 引起纵向振动的原因：引起纵向振动的原因： 单、双齿交替接触井底，使牙轮中心上下波动；单、双齿交替接触井底，使牙轮中心上下波动； 井底凹凸不平井底凹凸不平牙轮钻头的工作原理牙轮钻头的工作原理钻井设备和工具课件(1) (1) 复锥：复锥：指牙轮由两个或更指牙轮由两个或更多锥面的锥体组成多锥面的锥体组成2) (2) 超顶：超顶：牙轮的锥顶超过钻牙轮的锥顶超过钻头的中心头的中心 (复锥产生超顶效复锥产生超顶效果果) ) l 主锥顶与钻头中心重合；主锥顶与钻头中心重合；l 复锥顶的延伸线是超顶的；复锥顶的延伸线是超顶的；(3) (3) 移轴：移轴：牙轮的中心线与钻牙轮的中心线与钻头的轴线不相交头的轴线不相交牙轮产生滑动原因：牙轮产生滑动原因：1.单锥、不超顶，不移单锥、不超顶，不移轴，用于硬地层轴，用于硬地层2.副锥、超顶，不移轴，副锥、超顶，不移轴，用于中硬地层用于中硬地层3.3.副锥、超顶，移轴，副锥、超顶，移轴，用于软地层用于软地层钻井设备和工具课件钻井设备和工具课件钻井设备和工具课件工作原理：工作原理：　　　　牙轮钻头在钻压和钻柱旋转的作用下，牙齿压碎并吃入牙轮钻头在钻压和钻柱旋转的作用下，牙齿压碎并吃入岩石，同时产生一定的滑动而剪切岩石。

岩石，同时产生一定的滑动而剪切岩石　　当牙轮在井底滚动时，牙轮上的牙齿依次冲击、压入地　　当牙轮在井底滚动时，牙轮上的牙齿依次冲击、压入地层，这个作用可以将井底岩石压碎一部分，同时靠牙轮滑动层，这个作用可以将井底岩石压碎一部分，同时靠牙轮滑动带来的剪切作用削掉牙齿间或齿圈间残留的另一部分岩石，带来的剪切作用削掉牙齿间或齿圈间残留的另一部分岩石，使井底岩石全面破碎，井眼得以延伸使井底岩石全面破碎，井眼得以延伸牙轮钻头的工作原理牙轮钻头的工作原理钻井设备和工具课件（（1 1）冲击、压碎作用）冲击、压碎作用 纵向振动产生的冲击力和静压力（钻压）一起使牙齿对纵向振动产生的冲击力和静压力（钻压）一起使牙齿对地层产生冲击、压碎作用，形成体积破碎坑地层产生冲击、压碎作用，形成体积破碎坑 （（2 2）滑动剪切作用）滑动剪切作用 　牙轮牙齿的径向滑动和切向滑动对井底地层产生剪切作用，　牙轮牙齿的径向滑动和切向滑动对井底地层产生剪切作用，破碎牙齿间或齿圈间岩石破碎牙齿间或齿圈间岩石3 3）射流的冲蚀作用）射流的冲蚀作用 喷嘴喷出的高速射流对井底岩石产生冲蚀作用，辅助破碎喷嘴喷出的高速射流对井底岩石产生冲蚀作用，辅助破碎岩石。

岩石牙轮钻头的破岩作用牙轮钻头的破岩作用70-150m/s70-150m/s钻井设备和工具课件多牙轮钻头多牙轮钻头牙轮数目牙轮数目分类分类单牙轮钻头单牙轮钻头双牙轮钻头双牙轮钻头三牙轮钻头三牙轮钻头最常用最常用适用地层适用地层：软到坚硬的各种地层软到坚硬的各种地层钻井设备和工具课件PDC钻头钻头Ø聚晶金刚石复合片钻头聚晶金刚石复合片钻头( (Polycrystalline Diamond Polycrystalline Diamond Compact BitCompact Bit) )简称简称PDCPDC钻头，钻头，Ø是将是将人造聚晶金刚石复合片人造聚晶金刚石复合片镶焊于钻头体上而成的一种新型镶焊于钻头体上而成的一种新型切削型切削型钻头钻井设备和工具课件Ø PDCPDC主要以切削方式破碎岩石主要以切削方式破碎岩石Ø 切削刃在钻压作用下吃入地层，刃前岩石在切削刃在钻压作用下吃入地层，刃前岩石在旋转力作用下发生剪切破碎旋转力作用下发生剪切破碎Ø 切削塑性岩石和脆性岩石的过程类似于刮刀切削塑性岩石和脆性岩石的过程类似于刮刀钻头，由于多个切削齿同时工作，井底岩石钻头，由于多个切削齿同时工作，井底岩石自由面多，因此破碎效率高。

自由面多，因此破碎效率高Ø 金刚石切削刃耐磨性高，钻头寿命长，单只金刚石切削刃耐磨性高，钻头寿命长，单只钻头进尺高钻头进尺高PDC钻头破岩机理钻头破岩机理钻井设备和工具课件ØPDCPDC钻头适应于钻头适应于软到中硬的大段均质地层软到中硬的大段均质地层，不适合钻软，不适合钻软 硬交错的地层和砾石层硬交错的地层和砾石层Ø与牙轮钻头相比，与牙轮钻头相比，PDCPDC钻头宜采用钻头宜采用低钻压、高转速低钻压、高转速钻进Ø钻头下井前，井底要清洁，无金属落物，新钻头钻进时，钻头下井前，井底要清洁，无金属落物，新钻头钻进时， 先用小钻压和低转速磨合井底先用小钻压和低转速磨合井底ØPDCPDC钻头属于整体式钻头，无任何活动部件，适合高转速钻头属于整体式钻头，无任何活动部件，适合高转速 的涡轮钻井的涡轮钻井PDCPDC钻头的正确使用钻头的正确使用钻井设备和工具课件(1)(1)定义定义　钻柱是用　钻柱是用各种接头各种接头将将方钻杆、钻杆和钻铤方钻杆、钻杆和钻铤等部件等部件连接起来组成的入井管柱，通常指钻头以上的钻具。

连接起来组成的入井管柱，通常指钻头以上的钻具2、钻柱、钻柱钻井设备和工具课件如用钻柱挤注水泥、中途测试、处理事故等如用钻柱挤注水泥、中途测试、处理事故等2)(2)功能功能①①传递扭矩传递扭矩通过钻柱将地面动力机的能量传给钻头，使钻头旋转破通过钻柱将地面动力机的能量传给钻头，使钻头旋转破碎井底岩石，加深井眼碎井底岩石，加深井眼②②施加钻压施加钻压依靠钻柱中钻铤部分在洗井液中的自重对钻头施加钻依靠钻柱中钻铤部分在洗井液中的自重对钻头施加钻压，使钻头工作刃不断吃入地层，破碎岩石压，使钻头工作刃不断吃入地层，破碎岩石③③输送洗井液输送洗井液通过钻柱的中心孔腔将洗井液输送到钻头，由水眼喷射通过钻柱的中心孔腔将洗井液输送到钻头，由水眼喷射出，冲击到井底，携带岩屑后由环空返回地面出，冲击到井底，携带岩屑后由环空返回地面④④延伸井眼延伸井眼在钻进中通过不断地增加钻柱长度在钻进中通过不断地增加钻柱长度( (接单根接单根) )以达到延伸井以达到延伸井眼的目的通常井眼的深度用下入井内的钻柱长度测量眼的目的通常井眼的深度用下入井内的钻柱长度测量⑤⑤起下钻头起下钻头起出已磨损的钻头和下入新钻头都必须由钻柱完成。

另外，起出已磨损的钻头和下入新钻头都必须由钻柱完成另外，针对不同的目的，还可以起下其它井下工具针对不同的目的，还可以起下其它井下工具⑥⑥特殊作业特殊作业2、钻柱、钻柱钻井设备和工具课件(3)(3)组成：组成：　　方钻杆、钻杆、钻铤、各种接头　　方钻杆、钻杆、钻铤、各种接头钻具连接必须满足的三个基钻具连接必须满足的三个基本条件：本条件：l 尺寸相等尺寸相等l 扣型相同扣型相同l 公母相配公母相配钻井设备和工具课件基本钻柱组合基本钻柱组合l钻铤＋配合接头＋钻杆＋配合接头＋方钻杆钻铤＋配合接头＋钻杆＋配合接头＋方钻杆 ­Drill Drill Collar+CrossoverCollar+Crossover Sub+DrillSub+Drill pipe + pipe + Crossover sub +Kelly Crossover sub +Kelly l其它可选组件其它可选组件 ­稳定器（稳定器（Stabilizer) Stabilizer) ：：提高钻头工作的稳定性提高钻头工作的稳定性­振击器振击器(Jar) (Jar) ：：防止钻具被卡防止钻具被卡­减振器减振器(Bumper)(Bumper)：：减少钻具的冲击振动减少钻具的冲击振动 ­螺杆（螺杆（Positive Displacement Positive Displacement Motor,PDMMotor,PDM) ) ­加重钻杆（加重钻杆（HeviHevi-wall Drill -wall Drill Pipe,HWDPPipe,HWDP））钻井设备和工具课件钻钻 铤铤Drill Collar稳定器稳定器Stabilizer接接 头头(Tool joint)钻钻 头头Rock Bit接接 头头sub钻钻 杆杆drill pipe钻钻 杆杆Drill Pipe方钻方钻 杆杆Kelley 钻柱组成钻柱组成 Composition of drill string 钻井设备和工具课件(3)(3)组成：方钻杆、钻杆、钻铤、各种接头组成：方钻杆、钻杆、钻铤、各种接头①①方钻杆方钻杆 位于钻柱的最上端，其上部与水龙头相接，位于钻柱的最上端，其上部与水龙头相接，下部与钻杆连接。

下部与钻杆连接传递扭矩和承受钻柱的全部重量传递扭矩和承受钻柱的全部重量作用：作用：断面为中空的正方形或六边断面为中空的正方形或六边形，壁厚比一般钻杆大三倍形，壁厚比一般钻杆大三倍左右，而且由强度较大的优左右，而且由强度较大的优质合金钢制成一般长度为质合金钢制成一般长度为1313～～1616米，比一般钻杆长米，比一般钻杆长2 2米米以上（以上（避免接单根后方钻杆避免接单根后方钻杆不能进入转盘面以下不能进入转盘面以下）性能：性能： 具有较高的具有较高的抗拉强度和抗扭强度抗拉强度和抗扭强度形状：形状：图图6 6－－11 11 国产方钻杆国产方钻杆目前规范尺寸有：目前规范尺寸有：21/221/2＂，＂，3 3＂，＂，3 1/23 1/2＂，＂，　　　　　　　　　　　　　　　　4 1/24 1/2＂，＂，5 1/25 1/2＂钻井设备和工具课件一一端端车车有有公公扣扣，，另另一一端端是是母母扣扣的的等等径径空空心心圆圆柱柱管管壁壁厚厚而而粗粗大大，，一一般般是是3838～～53mm53mm，，单单位位长长度度重重量量大大，，相相当当于于同同尺尺寸寸钻钻杆杆的的4 4～～6 6倍倍以以满满足足给给钻钻头头施施加加钻钻压压、、增增强强刚刚度度的的要要求求，，在加压时可以减小弯曲，防止井斜和钻具折断。

在加压时可以减小弯曲，防止井斜和钻具折断②②钻杆钻杆与与钻杆接头钻杆接头位于方钻杆与钻铤之间，是组成钻柱的基位于方钻杆与钻铤之间，是组成钻柱的基本部分，无缝圆钢管制成的本部分，无缝圆钢管制成的作用：作用：传递扭矩与输送洗井液传递扭矩与输送洗井液形状：形状：两端带两端带加焊接头加焊接头，并且有公母扣的空心圆管壁厚比方钻杆和，并且有公母扣的空心圆管壁厚比方钻杆和钻铤薄，壁厚一般为钻铤薄，壁厚一般为9 9～～11mm11mm，内径大③③钻铤钻铤作用：作用： 给钻头施加压力并保持自身处于不弯曲状态以防止井给钻头施加压力并保持自身处于不弯曲状态以防止井斜形状：形状：规范尺寸：规范尺寸： 2 7/8”，，3 1/2”，，4 1/2 ” ，，5”，， 5 1/2”，，6 5/8”　　　　　　长度一般　　　　　　长度一般7-1００m目前规范尺寸有目前规范尺寸有 3 1/2 ” 3 1/2 ” ，，4 1/8”4 1/8”，，4 3/8 ” 4 3/8 ” ，，6 1/4”6 1/4”，，7 ” 7 ” ，，8”8”，，9 ” 9 ” ，，10”10”钻井设备和工具课件指在起下钻过程中井口所用的工具。

指在起下钻过程中井口所用的工具主要有主要有吊钳吊钳、、吊卡吊卡、、吊环吊环、、卡瓦卡瓦、、安全卡瓦安全卡瓦、、提升短节提升短节等1)(1)吊钳吊钳上、卸钻杆、钻铤丝扣和套管丝扣的专用工具内钳、上、卸钻杆、钻铤丝扣和套管丝扣的专用工具内钳、外钳）外钳）(2)(2)吊卡吊卡和和吊环吊环吊卡吊卡用来卡住钻杆接头，提升钻柱或悬吊钻柱用来卡住钻杆接头，提升钻柱或悬吊钻柱吊环吊环是悬挂在大钩上，用以悬挂吊卡的专用工具是悬挂在大钩上，用以悬挂吊卡的专用工具（吊卡两侧有耳孔）吊卡两侧有耳孔）3 3、井口工具、井口工具钻井设备和工具课件钻井设备和工具课件游车下部的大钩正游车下部的大钩正游车下部的大钩正游车下部的大钩正在锁住水龙头提环在锁住水龙头提环在锁住水龙头提环在锁住水龙头提环钻工正安放卡瓦钻工正安放卡瓦钻工正安放卡瓦钻工正安放卡瓦钻井设备和工具课件钻杆与钻铤钻杆与钻铤钻杆与钻铤钻杆与钻铤转动的转盘与方钻杆转动的转盘与方钻杆转动的转盘与方钻杆转动的转盘与方钻杆钻井设备和工具课件指在起下钻过程中井口所用的工具指在起下钻过程中井口所用的工具3 3、井口工具、井口工具卡瓦：卡瓦：　　帮助钻柱座放于转盘，防止钻具落入井内。

　　帮助钻柱座放于转盘，防止钻具落入井内安全卡瓦：安全卡瓦：　　起下钻铤时卡紧和防滑的工具一般卡在卡瓦上部的钻铤　　起下钻铤时卡紧和防滑的工具一般卡在卡瓦上部的钻铤上，防止卡瓦失灵情况发生，确保悬持钻铤不会落入井内上，防止卡瓦失灵情况发生，确保悬持钻铤不会落入井内钻铤外壁无台肩）（钻铤外壁无台肩）提升短节：提升短节：　　　　一根很短的钻杆，专门用于提升外壁无台肩的钻铤一根很短的钻杆，专门用于提升外壁无台肩的钻铤钻井设备和工具课件本章要求•掌握钻机组成和各部分的功能；•掌握钻头的分类和牙轮钻头破岩作用；•机械钻速的定义？•掌握钻柱的组成和功能；•了解井口工具钻井设备和工具课件谢谢大家钻井设备和工具课件钻井设备和工具课件。