鉆井工程理論與技術第二章

1、第二章第二章 鉆進工具鉆進工具 本章介紹鉆進工具主要的包括：本章介紹鉆進工具主要的包括： 鉆頭：鉆頭：破碎巖石的直接工具，正確的選型與合理使破碎巖石的直接工具，正確的選型與合理使 用對安全快速鉆進具有直接影響；用對安全快速鉆進具有直接影響； 鉆柱：鉆柱：鉆桿鉆桿 + + 鉆鋌鉆鋌 + + 扶正器等。扶正器等。 鉆頭的類型及工作原理鉆頭的類型及工作原理 鉆頭的分類方法鉆頭的分類方法 鉆頭的選型與合理使用鉆頭的選型與合理使用 第一節(jié)第一節(jié) 鉆頭鉆頭 鉆柱的組成及功用鉆柱的組成及功用 鉆柱的工作狀態(tài)及受力分析鉆柱的工作狀態(tài)及受力分析 鉆柱設計鉆柱設計 鉆柱的損壞與預防鉆柱的損壞與預防第二節(jié)第二節(jié) 鉆

2、柱鉆柱主要內容主要內容1 1、本章重點：、本章重點： （1 1）各類型鉆頭的結構特點；）各類型鉆頭的結構特點； （2 2）各類型鉆頭在井底底運動形式及破巖原理；）各類型鉆頭在井底底運動形式及破巖原理； （3 3）各類型鉆頭的使用特點；）各類型鉆頭的使用特點； （4 4）鉆柱的組成；）鉆柱的組成； （5 5）鉆柱在井下底受力情況；）鉆柱在井下底受力情況； （6 6）鉆柱設計。）鉆柱設計。 2 2、難點：、難點： （1 1）各類型鉆頭在井底底運動形式及破巖原理；）各類型鉆頭在井底底運動形式及破巖原理； （2 2）鉆柱在井下底受力情況。）鉆柱在井下底受力情況。 一、概述一、概述 1. 1. 鉆頭類型

3、鉆頭類型 按結構及工作原理分類按結構及工作原理分類: : 刮刀鉆頭、牙輪鉆頭、刮刀鉆頭、牙輪鉆頭、PDCPDC鉆頭、金剛石鉆頭鉆頭、金剛石鉆頭 按功用分類按功用分類 全面鉆進鉆頭、取心鉆頭、全面鉆進鉆頭、取心鉆頭、擴眼鉆頭擴眼鉆頭 2. 2. 鉆頭尺寸系列鉆頭尺寸系列 3-3/4 36 第一節(jié)第一節(jié) 鉆頭（鉆頭（Drill Bit)Drill Bit)常用尺寸：常用尺寸：26 、171/2 、121/4 、 81/2 括眼鉆頭括眼鉆頭 3. 3. 工作指標工作指標 鉆頭進尺（米）鉆頭進尺（米） 鉆頭工作壽命（小時）鉆頭工作壽命（小時） 機械鉆速（米機械鉆速（米/ /小時）小時） 單位進尺成本（

4、元單位進尺成本（元/ /米）米）：HttCCCtrbpm)( 二、牙輪鉆頭（二、牙輪鉆頭（Roller BitRoller Bit） 單牙輪鉆頭單牙輪鉆頭雙牙輪鉆頭雙牙輪鉆頭三牙輪鉆頭三牙輪鉆頭（一）牙輪鉆頭結構（一）牙輪鉆頭結構 牙輪鉆頭由鉆頭體、牙抓（巴掌）牙輪鉆頭由鉆頭體、牙抓（巴掌） 及牙輪軸、牙輪及牙齒、軸承、儲油潤及牙輪軸、牙輪及牙齒、軸承、儲油潤 滑密封系統(tǒng)、噴嘴等部分組成。滑密封系統(tǒng)、噴嘴等部分組成。鉆頭體鉆頭體噴嘴噴嘴巴掌巴掌牙齒牙齒牙輪牙輪1 1牙輪及牙齒牙輪及牙齒 （1 1）牙輪）牙輪 20CrMo合金鋼錐體，錐面銑齒或鑲裝合金鋼錐體，錐面銑齒或鑲裝 硬質合金齒，內腔有軸

5、承跑道。硬質合金齒，內腔有軸承跑道。 單錐牙輪：主錐單錐牙輪：主錐+ +背錐，硬地層背錐，硬地層 復錐牙輪：主錐復錐牙輪：主錐+ +副錐副錐+ +背錐，軟到中硬背錐，軟到中硬 a單錐；單錐； b、c復錐；復錐； 1主錐；主錐； 2副錐；副錐； 3背錐背錐abc（2 2）牙齒）牙齒 銑齒銑齒在牙輪錐面上直接銑出，楔形。在牙輪錐面上直接銑出，楔形。 硬質合金鑲齒硬質合金鑲齒鑲裝在牙輪錐面上，有多種齒形適應不同地層鑲裝在牙輪錐面上，有多種齒形適應不同地層。銑齒牙輪鉆頭銑齒牙輪鉆頭鑲齒牙輪鉆頭鑲齒牙輪鉆頭2 2軸承軸承 牙輪鉆頭軸承有大、中、小和止推四副。根據(jù)軸承的密封牙輪鉆頭軸承有大、中、小和止推四

6、副。根據(jù)軸承的密封與否，可分為密封和非密封兩類。根據(jù)軸承副的結構，可分為滾與否，可分為密封和非密封兩類。根據(jù)軸承副的結構，可分為滾動軸承和滑動軸承兩大類。動軸承和滑動軸承兩大類。 滾動軸承結構：滾動軸承結構：滾柱滾柱滾珠滾珠滾柱滾柱止推止推 滑動軸承結構：滑動軸承結構： 滑動滑動滑動（卡簧）滑動（卡簧）滑動滑動止推止推 密封圈滾柱止推臺階密封圈滑動摩擦襯套滑動摩擦副 為什么滑動軸承為什么滑動軸承比滾動軸承壽命長？比滾動軸承壽命長？3 3儲油潤滑密封系統(tǒng)儲油潤滑密封系統(tǒng) v儲油潤滑補償系統(tǒng)儲油潤滑補償系統(tǒng) v密封系統(tǒng)密封系統(tǒng)： v橡膠密封圈、金屬密封圈橡膠密封圈、金屬密封圈 v工作原理：工作原理

7、： 儲油壓力補償系統(tǒng)（傳壓孔、儲油壓力補償系統(tǒng)（傳壓孔、壓力補償膜、油杯等）保持軸壓力補償膜、油杯等）保持軸承腔內的油壓與井內鉆井液柱承腔內的油壓與井內鉆井液柱壓力相平衡。當軸承腔內油壓壓力相平衡。當軸承腔內油壓降低，儲油杯中的潤滑油在鉆降低，儲油杯中的潤滑油在鉆井液柱壓力作用下補充到軸承井液柱壓力作用下補充到軸承腔內；當軸承腔內的油壓升高，腔內；當軸承腔內的油壓升高，則流入儲油杯。其中，則流入儲油杯。其中，有效密有效密封是關鍵封是關鍵。 4 4噴嘴噴嘴 鉆井液流出鉆頭射向井底的流道。鉆井液流出鉆頭射向井底的流道。高壓鉆井液流經(jīng)噴嘴后產(chǎn)生高速流動高壓鉆井液流經(jīng)噴嘴后產(chǎn)生高速流動的水射流，清除井

8、底巖屑，輔助破碎的水射流，清除井底巖屑，輔助破碎巖石。巖石。 三牙輪鉆頭一般安裝三牙輪鉆頭一般安裝 3 3 個噴嘴，個噴嘴，直徑直徑7-13mm7-13mm。用卡簧固定在水眼內，。用卡簧固定在水眼內，并用并用o o形圈密封。形圈密封。 5 5牙輪及牙齒的布置方式牙輪及牙齒的布置方式 布齒原則：布齒原則： （1 1）轉一周牙齒全部破碎井底，不留下未被破碎的凸起；）轉一周牙齒全部破碎井底，不留下未被破碎的凸起； （2 2）牙輪在重復滾動時應使牙齒不落入別的牙齒的破碎坑內）牙輪在重復滾動時應使牙齒不落入別的牙齒的破碎坑內; ;（3 3）牙齒磨損均勻。）牙齒磨損均勻。牙輪布置方案：牙輪布置方案： （1

9、 1）非自洗無滑動布置：）非自洗無滑動布置： 各牙輪牙齒齒圈不嵌合，單錐、不超頂，不移軸，用于硬地層各牙輪牙齒齒圈不嵌合，單錐、不超頂，不移軸，用于硬地層（2 2）自洗不移軸布置：）自洗不移軸布置： 各牙輪牙齒齒圈相互嵌合，副錐、超頂，不移軸，用于中硬地層各牙輪牙齒齒圈相互嵌合，副錐、超頂，不移軸，用于中硬地層 （3 3）自洗移軸布置：）自洗移軸布置： 各牙輪牙齒齒圈相互嵌合，副錐、超頂，移軸，用于軟地層各牙輪牙齒齒圈相互嵌合，副錐、超頂，移軸，用于軟地層 非自洗非自洗自洗無移軸自洗無移軸自洗移軸自洗移軸牙輪及牙齒的布置牙輪及牙齒的布置齒間相互齒合產(chǎn)生自洗作用齒間相互齒合產(chǎn)生自洗作用非自洗非自

10、洗自洗無移軸自洗無移軸自洗移軸自洗移軸（二）牙輪鉆頭工作原理（二）牙輪鉆頭工作原理 1 1牙輪鉆頭在井底的運動牙輪鉆頭在井底的運動 公轉：公轉：牙輪隨鉆頭一起旋轉。牙輪隨鉆頭一起旋轉。 自轉自轉：牙齒繞牙輪軸線作逆時針方向旋轉稱自轉。牙齒繞牙輪軸線作逆時針方向旋轉稱自轉。 縱向振動：縱向振動：牙輪在滾動過程，其中心上下波動，使鉆頭做上下往復運動。牙輪在滾動過程，其中心上下波動，使鉆頭做上下往復運動。 引起縱向振動的原因：引起縱向振動的原因： 單、雙齒交替接觸井底，使牙輪中心上下波動；單、雙齒交替接觸井底，使牙輪中心上下波動； 井底凹凸不平井底凹凸不平 滑動：滑動：牙輪齒相對于井底的滑移，包括徑

11、向（軸向）和切向牙輪齒相對于井底的滑移，包括徑向（軸向）和切向( (周向周向) )滑動。滑動。 引起滑動的原因：引起滑動的原因： 超頂和復錐引起切向（周向）滑動超頂和復錐引起切向（周向）滑動 移軸引起徑向（軸向）滑動移軸引起徑向（軸向）滑動 單、雙齒交替接觸井底單、雙齒交替接觸井底 引起縱向振動引起縱向振動n 縱向振動縱向振動（二）牙輪鉆頭工作原理（二）牙輪鉆頭工作原理 1 1牙輪鉆頭在井底的運動牙輪鉆頭在井底的運動 公轉：公轉：牙輪隨鉆頭一起旋轉。牙輪隨鉆頭一起旋轉。 自轉自轉：牙齒繞牙輪軸線作逆時針方向旋轉稱自轉。牙齒繞牙輪軸線作逆時針方向旋轉稱自轉。 縱向振動：縱向振動：牙輪在滾動過程，

12、其中心上下波動，使鉆頭做上下往復運動。牙輪在滾動過程，其中心上下波動，使鉆頭做上下往復運動。 引起縱向振動的原因：引起縱向振動的原因： 單、雙齒交替接觸井底，使牙輪中心上下波動；單、雙齒交替接觸井底，使牙輪中心上下波動； 井底凹凸不平井底凹凸不平 滑動：滑動：牙輪齒相對于井底的滑移，包括徑向（軸向）和切向牙輪齒相對于井底的滑移，包括徑向（軸向）和切向( (周向周向) )滑動?；瑒印?引起滑動的原因：引起滑動的原因： 超頂和復錐引起切向（周向）滑動超頂和復錐引起切向（周向）滑動 移軸引起徑向（軸向）滑動移軸引起徑向（軸向）滑動 超頂引起切向滑動超頂引起切向滑動單、雙齒交替接觸井單、雙齒交替接觸井

13、底引起縱向振動底引起縱向振動副錐產(chǎn)生超頂效果副錐產(chǎn)生超頂效果超頂距超頂距公轉時公轉時自轉時自轉時平衡時平衡時 合速度合速度n 縱向振動縱向振動移軸引起徑向滑動移軸引起徑向滑動O O 牙輪滑動對破巖的作用牙輪滑動對破巖的作用: : 牙輪的超頂和復錐引起的切向滑動剪切掉牙牙輪的超頂和復錐引起的切向滑動剪切掉牙齒之間的巖石。超頂引起的軸向滑動剪切掉齒圈之齒之間的巖石。超頂引起的軸向滑動剪切掉齒圈之間的巖石。間的巖石。2 2牙輪鉆頭的破巖作用牙輪鉆頭的破巖作用 （1 1）沖擊、壓碎作用）沖擊、壓碎作用 縱向振動產(chǎn)生的沖擊力和靜壓力（鉆壓）一起使牙齒對地縱向振動產(chǎn)生的沖擊力和靜壓力（鉆壓）一起使牙齒對地

14、層產(chǎn)生沖擊、壓碎作用，形成體積破碎坑。層產(chǎn)生沖擊、壓碎作用，形成體積破碎坑。 （2 2）滑動剪切作用）滑動剪切作用 牙輪牙齒的徑向滑動和切向滑動對井底地層產(chǎn)生剪切作用，牙輪牙齒的徑向滑動和切向滑動對井底地層產(chǎn)生剪切作用， 破碎齒間巖石。破碎齒間巖石。 （3 3）射流的沖蝕作用）射流的沖蝕作用 由噴嘴噴出的高速射流對井底巖石產(chǎn)生沖蝕作用，輔助破碎由噴嘴噴出的高速射流對井底巖石產(chǎn)生沖蝕作用，輔助破碎巖石。巖石。 （三）牙輪鉆頭類型（三）牙輪鉆頭類型 1. 1. 國產(chǎn)牙輪鉆頭分類方法國產(chǎn)牙輪鉆頭分類方法 （1 1）按結構分類：）按結構分類：Y，P，MP，MPB，HP，HPB，XMP，XH共共8個系列

15、個系列 系 列 名 稱類 別全 稱簡 稱代 號普通三牙輪鉆頭普通鉆頭Y噴射式三牙輪鉆頭噴射式鉆頭P滾動密封軸承噴射式三牙輪鉆頭密封鉆頭MP滾動密封軸承保徑噴射式三牙輪鉆頭密封保徑鉆頭MPB滑動密封軸承噴射式三牙輪鉆頭滑動軸承鉆頭HP銑齒鉆頭滑動密封軸承保徑噴射式三牙輪鉆頭滑動保徑鉆頭HPB鑲硬質合金齒滾動密封軸承噴射式三牙輪鉆頭鑲齒密封鉆頭XMP鑲齒鉆頭鑲硬質合金齒滑動密封軸承噴射式三牙輪鉆頭鑲齒滑動軸承鉆頭XH（2 2）按地層分類）按地層分類：JR，R，ZR，Z，ZY，Y，JY 1 ，2 ， 3 ， 4， 5 ， 6， 7 國產(chǎn)三牙輪鉆頭類型及適應地層國產(chǎn)三牙輪鉆頭類型及適應地層 類型代號：

16、類型代號：數(shù)字數(shù)字1 17 7，表明所適應的地層，表明所適應的地層 系列代號：系列代號：字母字母Y,P,MP,MPB,HP,HPB,XMP,XH，表明結構特征，表明結構特征 鉆頭直徑：鉆頭直徑：用英寸或毫米表示直徑大小用英寸或毫米表示直徑大小 v例：例：用于中硬地層、直徑為用于中硬地層、直徑為8-1/28-1/2(215.9mm)(215.9mm)的鑲齒滑動的鑲齒滑動密封軸承噴射式三牙輪鉆頭的型號為：密封軸承噴射式三牙輪鉆頭的型號為：8-1/2( XH5或或215.9XH5。 （3 3）型號表示方法）型號表示方法2. IADC2. IADC分類法分類法 系列代號系列代號用數(shù)字用數(shù)字1 18 8

17、表示鉆頭牙齒特征及適鉆地層；表示鉆頭牙齒特征及適鉆地層； 1-31-3為銑齒，為銑齒，5-85-8為鑲齒。為鑲齒。地層等級代號地層等級代號用數(shù)字用數(shù)字1 14 4表示所鉆地層再分為表示所鉆地層再分為4 4個等級個等級；鉆頭結構特征代號鉆頭結構特征代號用數(shù)字用數(shù)字1 19 9表示鉆頭結構特征，其表示鉆頭結構特征，其中中1 17 7表示鉆頭軸承及保徑特征；表示鉆頭軸承及保徑特征；附加結構特征代號附加結構特征代號用英文字母表示鉆頭附加特征。用英文字母表示鉆頭附加特征。祥見書祥見書P66-67.P66-67. 例如：例如：341S341S表示適用于中等研磨性或研磨性表示適用于中等研磨性或研磨性4 4級

18、硬地層非密封級硬地層非密封 滾動軸承的標準銑齒鉆頭。滾動軸承的標準銑齒鉆頭。 537C537C表示適用于底抗壓強度的軟到中硬的表示適用于底抗壓強度的軟到中硬的3 3級地層滑動級地層滑動 密封軸承保徑帶中心噴嘴鉆頭。密封軸承保徑帶中心噴嘴鉆頭。國產(chǎn)三牙輪鉆頭分類、型號表示法國產(chǎn)三牙輪鉆頭分類、型號表示法 鉆頭直徑鉆頭直徑類型代號類型代號系列代號系列代號 例：例：用于中硬地層、直徑為用于中硬地層、直徑為81/2”(215.9mm)”(215.9mm)的鑲齒滑動密封的鑲齒滑動密封軸承軸承噴射式三牙輪鉆頭的型號為：噴射式三牙輪鉆頭的型號為： 81/2” XHP5” XHP5或或215.9XHP5215

19、.9XHP5。 目前常用的牙輪鉆頭型號目前常用的牙輪鉆頭型號 P2, P3, HP2, HP3 P2, P3, HP2, HP3 銑齒銑齒 XH2, XH3 ,XH4XH2, XH3 ,XH4鑲齒鑲齒 J1, J2, J3 J1, J2, J3 銑齒銑齒 J11, J22, J33,J44J11, J22, J33,J44，J55J55 鑲齒鑲齒 （四）牙輪鉆頭的正確使用（四）牙輪鉆頭的正確使用 1. 1. 根據(jù)地層性質合理選擇鉆頭類型，標準是每米鉆進成根據(jù)地層性質合理選擇鉆頭類型，標準是每米鉆進成本最低。本最低。 地層較軟：選用牙齒高度大并帶有超頂或移軸的鉆頭；地層較軟：選用牙齒高度大并帶有

20、超頂或移軸的鉆頭； 地層較硬：選用牙齒高度小，無超頂或移軸的鉆頭；地層較硬：選用牙齒高度小，無超頂或移軸的鉆頭； 易斜地層：選用不移軸或移軸量較小的鉆頭；易斜地層：選用不移軸或移軸量較小的鉆頭； 軟硬交錯地層：按照較硬地層選擇鉆頭類型；軟硬交錯地層：按照較硬地層選擇鉆頭類型；2. 2. 優(yōu)選鉆進參數(shù)：鉆壓、轉速、水力參數(shù)等。優(yōu)選鉆進參數(shù)：鉆壓、轉速、水力參數(shù)等。 3. 3. 根據(jù)統(tǒng)計資料選擇鉆頭。根據(jù)統(tǒng)計資料選擇鉆頭。 軟地層用鉆頭軟地層用鉆頭 硬地層用鉆頭硬地層用鉆頭（五）牙輪鉆頭磨損與分級（五）牙輪鉆頭磨損與分級1. 1. 牙齒磨損牙齒磨損 銑齒：根據(jù)齒的磨損高度與原齒高之比劃分磨損等級。

21、銑齒：根據(jù)齒的磨損高度與原齒高之比劃分磨損等級。 鑲齒：根據(jù)甭碎和掉落的齒數(shù)與原有齒數(shù)之比劃分磨損等級。鑲齒：根據(jù)甭碎和掉落的齒數(shù)與原有齒數(shù)之比劃分磨損等級。牙齒磨損代號牙齒磨損代號銑銑 齒齒鑲鑲 齒齒T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 齒高磨掉齒高磨掉1/8 齒高磨掉齒高磨掉2/8 齒高磨掉齒高磨掉3/8 齒高磨掉齒高磨掉4/8 齒高磨掉齒高磨掉5/8 齒高磨掉齒高磨掉6/8 齒高磨掉齒高磨掉7/8 齒高全磨光齒高全磨光1/8的齒甭碎或掉落的齒甭碎或掉落 2/8的齒甭碎或掉落的齒甭碎或掉落 3/8的齒甭碎或掉落的齒甭碎或掉落 4/8的齒甭碎或掉落的齒甭碎或掉落 5/8的齒甭碎或掉

22、落的齒甭碎或掉落 6/8的齒甭碎或掉落的齒甭碎或掉落 7/8的齒甭碎或掉落的齒甭碎或掉落 所有齒全甭碎或掉落所有齒全甭碎或掉落2. 2. 軸承磨損軸承磨損 軸承磨損以鉆頭使用時間與軸承壽命（小時）之比分級。軸承磨損以鉆頭使用時間與軸承壽命（小時）之比分級。 軸承壽命用使用過的同類鉆頭的資料統(tǒng)計得到。軸承壽命用使用過的同類鉆頭的資料統(tǒng)計得到。軸承磨損代號軸承磨損代號磨損情況磨損情況B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 軸承壽命已用掉軸承壽命已用掉1/8 軸承壽命已用掉軸承壽命已用掉2/8（輕度磨損）（輕度磨損） 軸承壽命已用掉軸承壽命已用掉3/8 軸承壽命已用掉軸承壽命已用掉4/8（中

23、等磨損）（中等磨損） 軸承壽命已用掉軸承壽命已用掉5/8 軸承壽命已用掉軸承壽命已用掉6/8（軸承晃動）（軸承晃動） 軸承壽命已用掉軸承壽命已用掉7/8 軸承壽命已用完（軸承卡死或擔子掉落）軸承壽命已用完（軸承卡死或擔子掉落）3. 3. 直徑磨損直徑磨損 原直徑：原直徑：I I 直徑磨?。褐睆侥バ。篛 + O + 直徑磨小值（直徑磨小值（inin）例如：例如：T T2 2B B4 4I I T T6 6B B6 6O 1/2O 1/24. 4. 我國石油行業(yè)鉆頭磨損分級標準我國石油行業(yè)鉆頭磨損分級標準 （1 1）牙齒磨損）牙齒磨損 四級：四級：Y1Y1、Y2Y2、Y3Y3、Y4 Y4 銑齒：磨

24、掉高度與新齒高度之比銑齒：磨掉高度與新齒高度之比 鑲齒：斷、掉齒數(shù)與總齒數(shù)之比鑲齒：斷、掉齒數(shù)與總齒數(shù)之比（2 2）軸承磨損）軸承磨損 級別級別 密封軸承密封軸承 普通軸承普通軸承 Z1 Z1 密封完好，用手不易轉動密封完好，用手不易轉動 轉動靈活，軸承不曠轉動靈活，軸承不曠 Z2 Z2 密封尚好，用手容易轉動密封尚好，用手容易轉動 轉動靈活但曠動轉動靈活但曠動 Z3 Z3 密封失效，徑密封失效，徑23mm，軸，軸23mm 明顯曠動，徑明顯曠動，徑3mm3mm，軸，軸2mm 2mm Z4 Z4 牙輪掉或快要掉落牙輪掉或快要掉落 牙輪卡死，軸承完全不能用牙輪卡死，軸承完全不能用 （3 3）直徑磨

25、損）直徑磨損 代號代號“J J”，在右下角用數(shù)，在右下角用數(shù) 字表示直徑磨損的毫米數(shù)。字表示直徑磨損的毫米數(shù)。（六）鉆頭常見故障及其識別六）鉆頭常見故障及其識別 鉆頭故障是鉆進過程中常見故障之一，其故障鉆頭故障是鉆進過程中常見故障之一，其故障形式主要有：因鉆頭軸承嚴重磨損產(chǎn)生劇烈曠動、形式主要有：因鉆頭軸承嚴重磨損產(chǎn)生劇烈曠動、牙輪卡死、掉牙輪、鉆頭泥包、噴嘴堵、掉噴嘴和牙輪卡死、掉牙輪、鉆頭泥包、噴嘴堵、掉噴嘴和牙齒脫落等。牙齒脫落等。 1、 鉆頭軸承磨損的識別鉆頭軸承磨損的識別 反映鉆頭軸承工作狀態(tài)最敏感的信號反映鉆頭軸承工作狀態(tài)最敏感的信號是扭矩信號。為了消除因鉆壓變化對扭是扭矩信號。為

26、了消除因鉆壓變化對扭矩產(chǎn)生的影響，采用比扭矩，比扭矩表矩產(chǎn)生的影響，采用比扭矩，比扭矩表示為：示為： /WMMt Mt 鉆頭發(fā)生磨損后的扭矩信號特征鉆頭發(fā)生磨損后的扭矩信號特征輕度磨損輕度磨損中度磨損中度磨損嚴重磨損嚴重磨損2 2、牙輪鉆頭泥包的識別、牙輪鉆頭泥包的識別 鉆頭發(fā)生泥包后的特征：鉆頭發(fā)生泥包后的特征： 鉆時鉆時 ZtZt 迅速增大，迅速增大， v 立壓立壓 StPStP 有所上升有所上升 v 扭矩扭矩 M M 逐漸增大，逐漸增大， v 波幅波幅V Vr r( (M M) )減小減小 v 轉速轉速 Rpm Rpm 有所下降。有所下降。 tM牙輪鉆頭泥包時扭矩變化特征牙輪鉆頭泥包時扭

27、矩變化特征坨坨762762井，井深至井，井深至22392239米時，立管壓力由米時，立管壓力由1515 15.15.6MPa6MPa，其它參數(shù)，其它參數(shù)無變化，立管壓力增至無變化，立管壓力增至18.1MPa18.1MPa最高峰，此時泵負載很大，泵轉速最高峰，此時泵負載很大，泵轉速明顯的下降，最高峰后立即緩慢下降至明顯的下降，最高峰后立即緩慢下降至175bar175bar后，后，2323時時4040分突然分突然下降到下降到14.14.2MPa2MPa，水眼沖開，后恢復鉆進。，水眼沖開，后恢復鉆進。 3 3、鉆頭水眼堵、掉的識別、鉆頭水眼堵、掉的識別三、金剛石鉆頭（三、金剛石鉆頭（Diamond

28、Bit)Diamond Bit) ( (一一) )金剛石材料鉆頭的分類金剛石材料鉆頭的分類u 按金剛石來源可分為：按金剛石來源可分為： 天然金剛石鉆頭和人造金剛石鉆頭天然金剛石鉆頭和人造金剛石鉆頭u 按功用可分為：按功用可分為：取心鉆頭和全面鉆進鉆頭取心鉆頭和全面鉆進鉆頭u 按鑲嵌方式可分為：按鑲嵌方式可分為：表鑲式鉆頭和孕鑲式鉆頭表鑲式鉆頭和孕鑲式鉆頭u 按鉆井方式則可分為：按鉆井方式則可分為：轉盤鉆井鉆頭和渦輪鉆井鉆頭轉盤鉆井鉆頭和渦輪鉆井鉆頭( (二二) )金剛石材料鉆頭的結構金剛石材料鉆頭的結構 1. 1. 總體結構總體結構 金剛石鉆頭為無活動部件的整體式鉆頭。由金剛石鉆頭為無活動部件

29、的整體式鉆頭。由鋼體鋼體、胎體（冠部和保徑部分）胎體（冠部和保徑部分）、 水力結構（水眼、水槽及水力結構（水眼、水槽及排屑槽）排屑槽）、金剛石切削刃金剛石切削刃等部分組成。等部分組成。金剛石鉆頭金剛石鉆頭PDCPDC鉆頭鉆頭TSPTSP金剛石鉆頭金剛石鉆頭鋼體鋼體保徑保徑排屑槽排屑槽冠部冠部胎體胎體 胎體是鑲嵌金剛石的基體，為硬質合金材料，用粉末冶金技胎體是鑲嵌金剛石的基體，為硬質合金材料，用粉末冶金技術燒結在鉆頭鋼體上。術燒結在鉆頭鋼體上。水力結構（水眼和水槽）水力結構（水眼和水槽） 鉆井液由水眼流出，經(jīng)過水槽流過鉆頭表面，清洗井底，冷鉆井液由水眼流出，經(jīng)過水槽流過鉆頭表面，清洗井底，冷卻和

30、潤滑金剛石。卻和潤滑金剛石。 金剛石鉆頭金剛石鉆頭PDCPDC鉆頭鉆頭TSPTSP金剛石鉆頭金剛石鉆頭2. 2. 切削齒材料切削齒材料 （1 1）金剛石特性）金剛石特性 金剛石為碳在高溫高壓下形成的結晶金剛石為碳在高溫高壓下形成的結晶體，正四面體晶體結構。在單位晶胞體，正四面體晶體結構。在單位晶胞中，碳原子位于四面體的頂角及中心。中，碳原子位于四面體的頂角及中心。每個碳原子與鄰近的四個碳原子形成每個碳原子與鄰近的四個碳原子形成四個共價鍵四個共價鍵 因共價鍵結合力強，故金剛石具有因共價鍵結合力強，故金剛石具有極高的硬度（莫氏硬度極高的硬度（莫氏硬度1010）、抗壓強）、抗壓強度（度（8800MP

31、a8800MPa）和耐磨性鋼的）和耐磨性鋼的90009000倍）。倍）。 其缺點是：其缺點是： 脆性大，受沖擊載荷易碎裂；脆性大，受沖擊載荷易碎裂； 具有熱敏性，高溫下（具有熱敏性，高溫下（450450以以上）石墨化。上）石墨化。 （2 2）兩類金剛石材料）兩類金剛石材料 天然金剛石：天然金剛石：非洲產(chǎn)，品種有：卡邦非洲產(chǎn)，品種有：卡邦(Carnon(Carnon) )、 包爾茲包爾茲 (Boarz(Boarz) )、 巴拉斯巴拉斯(Ballas(Ballas) )。 人造金剛石單晶和聚晶：人造金剛石單晶和聚晶： 石墨石墨510MPa10002000金剛石單晶金剛石單晶金剛石單晶金剛石單晶金剛

32、石聚晶金剛石聚晶高溫高壓下高溫高壓下聚晶金剛石復合片聚晶金剛石復合片-PDC -PDC （Polycrystalline Diamond Compact BitPolycrystalline Diamond Compact Bit）特特 性性 PDCPDC既具有金剛石的硬度和耐既具有金剛石的硬度和耐磨性，又具有碳化鎢的結構強度。磨性，又具有碳化鎢的結構強度。 弱點是熱穩(wěn)定性差，弱點是熱穩(wěn)定性差，350350以上以上加速磨損。脆性較強，抗沖擊能力加速磨損。脆性較強，抗沖擊能力較差。較差。13.4， 19金剛石復合片層厚度：一般金剛石復合片層厚度：一般2-3mm2-3mm 熱穩(wěn)定性聚晶金剛石熱穩(wěn)定

33、性聚晶金剛石-TSP-TSP（Thermally Stable Polycrystalline Diamond BitThermally Stable Polycrystalline Diamond Bit）特特 性性 良好的熱穩(wěn)定性，耐熱溫度達良好的熱穩(wěn)定性，耐熱溫度達12001200； 切削齒形狀可根據(jù)需要而定；切削齒形狀可根據(jù)需要而定； 耐磨性高、抗沖擊能力強；耐磨性高、抗沖擊能力強； 具有天然金剛石的特點但是尺寸大于天然金剛石。具有天然金剛石的特點但是尺寸大于天然金剛石。( (三三) )天然金剛石鉆頭和天然金剛石鉆頭和TSPTSP鉆頭的結構鉆頭的結構 1.1.冠部幾何形狀冠部幾何形狀

34、a a雙錐階梯形；雙錐階梯形； b b雙錐形；雙錐形； c c“B”B”形；形； d d脊圈脊圈“B”B”形形 適用于鉆軟適用于鉆軟到中硬地層，到中硬地層，如硬石膏、如硬石膏、泥巖、砂巖、泥巖、砂巖、灰?guī)r灰?guī)r 適用于鉆較適用于鉆較硬和致密的硬和致密的巖石，如砂巖石，如砂巖、石灰?guī)r、巖、石灰?guī)r、白云巖白云巖 適用于硬地適用于硬地層如硬砂巖層如硬砂巖和致密的白和致密的白云巖云巖 適用于鉆堅適用于鉆堅硬地層如石硬地層如石英巖、燧石、英巖、燧石、火山巖和硬火山巖和硬砂巖砂巖( (三三) )天然金剛石鉆頭和天然金剛石鉆頭和TSPTSP鉆頭的結構鉆頭的結構 2.2.水力結構水力結構( (三三) )天然金剛

35、石鉆頭和天然金剛石鉆頭和TSPTSP鉆頭的結構鉆頭的結構 3.3.金剛石顆粒在胎體上的鑲裝方式金剛石顆粒在胎體上的鑲裝方式 u表鑲式：表鑲式：把金剛石顆粒只鑲在胎體表面上層。顆粒大把金剛石顆粒只鑲在胎體表面上層。顆粒大0.5-1.50.5-1.5 粒粒/ /克拉，出刃高度：克拉，出刃高度：1/3-1/41/3-1/4，棱角不宜尖銳，以，棱角不宜尖銳，以 免鉆進中崩裂。免鉆進中崩裂。u孕鑲式：孕鑲式：把金剛石顆粒均勻分布在鉆頭工作面胎體金屬層的一把金剛石顆粒均勻分布在鉆頭工作面胎體金屬層的一 定厚度層內，隨胎體磨損，金剛石顆粒不斷露出而不定厚度層內，隨胎體磨損，金剛石顆粒不斷露出而不 斷磨削巖石

36、，并不斷自銳，不斷磨損，直到金剛石磨斷磨削巖石，并不斷自銳，不斷磨損，直到金剛石磨 完為止。顆粒粒度：完為止。顆粒粒度：20-20020-200粒粒/ /克拉，棱角越大越克拉，棱角越大越 好，孕鑲層厚度：好，孕鑲層厚度：2-12mm2-12mm 孕鑲式孕鑲式表鑲式表鑲式4.4.金剛石粒度、出刃和排列方式金剛石粒度、出刃和排列方式 粒度粒度： 0.5 0.5 15 15粒粒/ /克拉（克拉（0.2g)0.2g) 出刃出刃： 最大出刃量為直徑的最大出刃量為直徑的1/3 1/3 排列方式排列方式： a a 鉆頭外形；鉆頭外形；b b交錯排列；交錯排列；c c圓周排列；圓周排列；d d脊圈排列脊圈排列

37、( (三三) )天然金剛石鉆頭和天然金剛石鉆頭和TSPTSP鉆頭的結構鉆頭的結構軟地層軟地層 硬地層硬地層堅硬地層堅硬地層( (三三) )天然金剛石鉆頭和天然金剛石鉆頭和TSPTSP鉆頭的結構鉆頭的結構 5.5.破巖機理破巖機理 在塑性地層中：在塑性地層中：如泥巖、泥質砂巖、石膏等，以切削作用如泥巖、泥質砂巖、石膏等，以切削作用 破碎巖石，類似于金屬的切削過程。破碎巖石，類似于金屬的切削過程。 在脆性地層中：在脆性地層中：如石英砂巖等，金剛石破碎巖石的特點主如石英砂巖等，金剛石破碎巖石的特點主 要表現(xiàn)為脆性體積破碎，破巖效率高。要表現(xiàn)為脆性體積破碎，破巖效率高。 在堅硬巖石中：在堅硬巖石中：如

38、燧石、硅質白云巖、硅質石灰?guī)r等，一如燧石、硅質白云巖、硅質石灰?guī)r等，一 般用孕鑲鉆頭鉆進，金剛石以微切削、刻般用孕鑲鉆頭鉆進，金剛石以微切削、刻 劃方式破碎巖石。劃方式破碎巖石。 概括地講，金剛石鉆頭以概括地講，金剛石鉆頭以磨削（研磨）方式破碎巖石，磨削（研磨）方式破碎巖石，類似于砂輪磨削金屬的過程。類似于砂輪磨削金屬的過程。 ( (三三) )天然金剛石鉆頭和天然金剛石鉆頭和TSPTSP鉆頭的結構鉆頭的結構 6.6.金剛石鉆頭的正確使用金剛石鉆頭的正確使用 （1 1）適用于硬、研磨性地層，渦輪鉆井，深井鉆井，）適用于硬、研磨性地層，渦輪鉆井，深井鉆井，取心取心 作業(yè)。壽命長，進尺高。作業(yè)。壽命

39、長，進尺高。 （2 2）鉆頭下井前，井底打撈干凈，確保沒有金屬落物。）鉆頭下井前，井底打撈干凈，確保沒有金屬落物。 （3 3）先用小鉆壓、低轉速跑合，然后用合適鉆壓和高）先用小鉆壓、低轉速跑合，然后用合適鉆壓和高 轉速鉆進。轉速鉆進。 （4 4）采用低鉆壓（）采用低鉆壓（3 30-50kN0-50kN）、高轉速、大排量鉆進。）、高轉速、大排量鉆進。( (四四) ) PDCPDC鉆頭鉆頭(Polycrystalline(Polycrystalline Diamond Compact Bit) Diamond Compact Bit)胎體胎體PDCPDC鉆頭鉆頭鋼體鋼體PDCPDC鉆頭鉆頭兩類兩類

40、PDCPDC切削元件切削元件 1.1.PDCPDC鉆頭的結構特點鉆頭的結構特點 (1) (1) 鉆頭體鉆頭體（2 2）復合片物理機械性質）復合片物理機械性質極高的硬度（鋼的極高的硬度（鋼的9-149-14倍，硬質合金倍，硬質合金的的3-53-5倍）；倍）； 較高的抗壓強度（鋼的較高的抗壓強度（鋼的3-43-4倍）；倍）； 良好的自銳性（碳化鎢基體比聚晶層良好的自銳性（碳化鎢基體比聚晶層磨損速度快）；磨損速度快）； 抗沖擊韌性比天然金剛石好，比硬質合金差。聚晶層經(jīng)受抗沖擊韌性比天然金剛石好，比硬質合金差。聚晶層經(jīng)受 沖擊載荷作用易碎裂。尤其是新復合片剛開始接觸巖石，鋒銳沖擊載荷作用易碎裂。尤其是

41、新復合片剛開始接觸巖石，鋒銳邊刃很容易碎裂。邊刃很容易碎裂。 對溫度較敏感。對溫度較敏感。350350左右，磨損速度顯著加快；左右，磨損速度顯著加快；700700左右，左右，強度失效。強度失效。13.4， 19直徑（直徑（mm)適用地層適用地層24極軟極軟19軟軟16中中13中硬中硬8硬硬復合片尺寸及適用地層復合片尺寸及適用地層: :（3 3）工作剖面形狀）工作剖面形狀 特點特點 內外錐有利于鉆頭穩(wěn)定；內外錐有利于鉆頭穩(wěn)定； 外錐較長，可多布齒，使外錐較長，可多布齒，使磨損均勻；磨損均勻； 鉆硬夾層，冠部齒易早期鉆硬夾層，冠部齒易早期損壞。損壞。 適合中等均質地層。適合中等均質地層。 雙錐形雙

42、錐形內錐：導向和穩(wěn)定作用內錐：導向和穩(wěn)定作用淺內錐淺內錐高鉆速、液流控制能力好高鉆速、液流控制能力好深內錐深內錐穩(wěn)定性好，防井斜穩(wěn)定性好，防井斜頂部：吃入地層頂部：吃入地層硬地層硬地層大半徑、寬頂部大半徑、寬頂部軟地層軟地層小半徑小半徑側面：弧線側面：弧線oror直線直線直線直線吃入性好，切削效率高吃入性好，切削效率高弧線弧線高轉速、高抗研磨高轉速、高抗研磨保徑：穩(wěn)定鉆頭，防止縮徑保徑：穩(wěn)定鉆頭，防止縮徑直井直井增長保徑，控制井斜增長保徑，控制井斜造斜造斜縮短保徑縮短保徑特點特點 側向推力指向鉆側向推力指向鉆頭中心，有利于頭中心，有利于防斜；防斜； 鉆頭外部表面積鉆頭外部表面積大，可布置較多大

43、，可布置較多切削齒，利于提切削齒，利于提高壽命。高壽命。 用于軟地層用于軟地層。 特點特點 冠頂較寬且較冠頂較寬且較平緩，載荷分平緩，載荷分布較均勻。布較均勻。 外側采用圓外側采用圓弧，布齒面積弧，布齒面積較大。較大。 用于硬地層。用于硬地層。 拋物線形拋物線形B B形形淺錐形淺錐形特點特點 鉆頭表面積較小，鉆頭表面積較小，水力集中，清洗效水力集中，清洗效果好；果好； 載荷分布較均勻；載荷分布較均勻； 用于鉆石灰?guī)r、用于鉆石灰?guī)r、白云巖等較硬地層。白云巖等較硬地層。 （4 4）切削齒布置）切削齒布置 刮刀式布齒方式：刮刀式布齒方式：特點是整特點是整體強度高、抗沖擊能力強、體強度高、抗沖擊能力強

44、、易于清洗和冷卻、排屑好、易于清洗和冷卻、排屑好、抗泥包能力強。適用于粘性抗泥包能力強。適用于粘性或軟地層。或軟地層。 單齒式布齒方式：單齒式布齒方式：布齒區(qū)域布齒區(qū)域大、布齒密度高，可以提高大、布齒密度高，可以提高鉆頭的使用壽命，但水力清鉆頭的使用壽命，但水力清洗能力低，容易在粘性地層洗能力低，容易在粘性地層泥包。適用于硬地層。泥包。適用于硬地層。 組合式切削齒的布置：組合式切削齒的布置：具有具有較好的清洗、冷卻和排屑能較好的清洗、冷卻和排屑能力，布齒密度較高。這種布力，布齒密度較高。這種布齒方式的鉆頭多用于中等硬齒方式的鉆頭多用于中等硬度地層。度地層。 布齒設計原則布齒設計原則 井底覆蓋良

45、好；井底覆蓋良好； 內疏外密，各切削齒磨損均勻；內疏外密，各切削齒磨損均勻； 布齒密度隨地層硬度增大而增大；布齒密度隨地層硬度增大而增大； 同一刀翼上各切削齒的安裝互不干涉；同一刀翼上各切削齒的安裝互不干涉； 切削齒的布置和刀翼分布和有利于提高鉆頭的穩(wěn)定性；切削齒的布置和刀翼分布和有利于提高鉆頭的穩(wěn)定性； 切削齒和刀翼的布置有利于提高水力清洗和冷卻效果。切削齒和刀翼的布置有利于提高水力清洗和冷卻效果。 布齒設計方法布齒設計方法 等磨損布齒等磨損布齒同軌布齒同軌布齒變密度布齒變密度布齒（5 5）切削齒工作角）切削齒工作角 后傾角（負前角）后傾角（負前角）：起到保護切削齒，延長壽命的作用。取起到保

46、護切削齒，延長壽命的作用。取值值0 0- 20- 20，軟地層小一些，硬地層大一些。軟地層小一些，硬地層大一些。 側傾角（旁鋒刀面角）側傾角（旁鋒刀面角）：鉆頭旋轉時，切削刃面對切屑產(chǎn)生向鉆頭旋轉時，切削刃面對切屑產(chǎn)生向外側的推力，有利于向外排除巖屑。外側的推力，有利于向外排除巖屑。=15=15左右。左右。（6 6）噴嘴）噴嘴流道系統(tǒng)流道系統(tǒng) 冷卻和清洗效果嚴重影響冷卻和清洗效果嚴重影響PDCPDC鉆頭的鉆速和壽命。鉆頭的鉆速和壽命。 噴嘴數(shù)量一般比三牙輪鉆頭多。噴嘴位置和流道結構根據(jù)噴嘴數(shù)量一般比三牙輪鉆頭多。噴嘴位置和流道結構根據(jù)切削齒位置確定。切削齒位置確定。2.PDC2.PDC鉆頭破巖

47、機理鉆頭破巖機理 PDCPDC鉆頭主要以切削方式破碎巖鉆頭主要以切削方式破碎巖石。石。 切削刃在鉆壓作用下吃入地層，切削刃在鉆壓作用下吃入地層，刃前巖石在旋轉力作用下發(fā)生剪切刃前巖石在旋轉力作用下發(fā)生剪切破壞。破壞。 切削塑性巖石和脆性巖石的過程切削塑性巖石和脆性巖石的過程類似于刮刀鉆頭。由于多個切削齒類似于刮刀鉆頭。由于多個切削齒同時工作，井底巖石自由面多，因同時工作，井底巖石自由面多，因此破巖效率高。此破巖效率高。 金剛石切削刃耐磨性高，鉆頭壽金剛石切削刃耐磨性高，鉆頭壽命長，單只鉆頭進尺高。命長，單只鉆頭進尺高。3.PDC3.PDC鉆頭的正確使用鉆頭的正確使用 1.1. PDCPDC鉆頭

48、適用于軟到中硬的大段鉆頭適用于軟到中硬的大段均質地層，不適合鉆軟硬交均質地層，不適合鉆軟硬交錯地層和礫石層。錯地層和礫石層。 2. 2. 與牙輪鉆頭相比，與牙輪鉆頭相比，PDCPDC鉆頭宜采用低鉆壓、高轉速鉆進。鉆頭宜采用低鉆壓、高轉速鉆進。 3. 3. 鉆頭下井前，井底要清潔，無金屬落物。新鉆頭鉆進時，鉆頭下井前，井底要清潔，無金屬落物。新鉆頭鉆進時， 先先用小鉆壓和低轉速磨合井底。用小鉆壓和低轉速磨合井底。 4. PDC4. PDC鉆頭屬于整體式鉆頭，無任何活動部件，適合鉆頭屬于整體式鉆頭，無任何活動部件，適合高轉速的高轉速的井下動力鉆井或復合鉆進方式。井下動力鉆井或復合鉆進方式。 ( (

49、五五) )金剛石材料鉆頭的金剛石材料鉆頭的IADCIADC分類法分類法切削齒種類切削齒種類 和和 鉆頭體材料鉆頭體材料 鉆頭冠部形狀鉆頭冠部形狀 水力結構特點水力結構特點 切削齒大小切削齒大小 和和 切削齒密度切削齒密度D，M，S， T，O1919 R，X，O19 第一位字碼第一位字碼第二位字碼第二位字碼第三位字碼第三位字碼第四位字碼第四位字碼 一、鉆柱的作用與組成一、鉆柱的作用與組成 二、鉆柱的工作狀態(tài)與受力分析二、鉆柱的工作狀態(tài)與受力分析 三、鉆柱設計三、鉆柱設計第二節(jié)第二節(jié) 鉆柱鉆柱一、鉆柱的組成與作用一、鉆柱的組成與作用 （一）鉆柱的組成（一）鉆柱的組成 鉆柱鉆柱(Drilling S

50、tring)(Drilling String)是是鉆頭以上，水龍頭以下部分的鉆頭以上，水龍頭以下部分的鋼管柱的總稱鋼管柱的總稱. . 它包括它包括方鉆桿方鉆桿(Square (Square Kelly)Kelly)、鉆桿鉆桿(Drill Pipe)(Drill Pipe)、鉆挺鉆挺(Drill Collar)(Drill Collar)、 各種各種接頭接頭(Joint)(Joint)及穩(wěn)定器及穩(wěn)定器(Stabilizer)(Stabilizer)等井下工具。等井下工具。 （二）鉆柱的作用（二）鉆柱的作用 (1)(1)提供鉆井液流動通道；提供鉆井液流動通道； (2)(2)給鉆頭提供鉆壓；給鉆頭提

51、供鉆壓； (3)(3)傳遞扭距；傳遞扭距； (4)(4)起下鉆頭；起下鉆頭； (5)(5)計量井深。計量井深。 (6)(6)觀察和了解井下情況觀察和了解井下情況 （鉆頭工作情況、井眼狀況、地層情況）；（鉆頭工作情況、井眼狀況、地層情況）； (7)(7)進行其它特殊作業(yè)進行其它特殊作業(yè) （取芯、擠水泥、打撈等）；（取芯、擠水泥、打撈等）； (8)(8)鉆桿測試鉆桿測試 ，又稱中途測試。，又稱中途測試。 1. 1. 鉆桿鉆桿 （1 1）作用：）作用：傳遞扭矩和輸送鉆井液，延長鉆柱。傳遞扭矩和輸送鉆井液，延長鉆柱。 （2 2）結構：）結構：管體管體+ +接頭接頭 常用的加厚形式有內加厚常用的加厚形式

52、有內加厚(a)(a)、外加厚、外加厚(b)(b)、 內外加厚內外加厚(c)(c)三種三種. . (a) (b) (c) （3 3）規(guī)范：）規(guī)范： 壁厚：壁厚：9 9 11mm 11mm 外徑：外徑： 長度：長度：根據(jù)美國石油學會根據(jù)美國石油學會(American Petroleum (American Petroleum Institute,Institute,簡稱簡稱API)API)的規(guī)定，鉆桿按長度分為三類：的規(guī)定，鉆桿按長度分為三類： 第一類第一類 5.4865.486 6.7066.706米米(18(182222英尺英尺) )； 第二類第二類 8.2308.230 9.1449.144

53、米米(27(273030英尺英尺); ); 第三類第三類 11.58211.58213.71613.716米米(38(384545英尺英尺) )。 常用鉆桿規(guī)范（內徑、外徑、壁厚、線密度等）見表常用鉆桿規(guī)范（內徑、外徑、壁厚、線密度等）見表2-12 2-12 21,21 ,21,87 ,835139.70 ,500.127 430.1144101.60390.88 273.00 230.60 （4 4）鋼級與強度）鋼級與強度 鉆 桿 鋼 級物 理 性 能DE95（X）105（G）135（S）MPa379.21517.11655.00723.95930.70最小屈服強度lb/in25500075

54、00095000105000135000MPa586.05723.95861.85930.791137.64最大屈服強度lb/in285000105000125000135000165000MPa655.00689.48723.95792.90999.74最小抗拉強度lb/in295000100000105000115000145000（5 5）接頭及絲扣）接頭及絲扣 絲扣連接條件：絲扣連接條件：尺寸相等，絲扣類型相同，公母扣相匹配。尺寸相等，絲扣類型相同，公母扣相匹配。 鉆桿接頭特點：鉆桿接頭特點：壁厚較大，外徑較大，強度較高。壁厚較大，外徑較大，強度較高。 鉆桿接頭類型：鉆桿接頭類型：內平

55、內平(IF)(IF)、貫眼、貫眼(FH)(FH)、正規(guī)、正規(guī)(REG)(REG)；NCNC系列系列 內平式：內平式：主要用于外加厚鉆主要用于外加厚鉆 桿。其特點是鉆桿通體內徑相同，桿。其特點是鉆桿通體內徑相同， 鉆井液流動阻力??；但外徑較大，鉆井液流動阻力??；但外徑較大， 容易磨損。容易磨損。 貫眼式：貫眼式：主要用于內加厚鉆主要用于內加厚鉆 桿。其特點是鉆桿有兩個內徑，桿。其特點是鉆桿有兩個內徑， 鉆井液流動阻力大于內平式，但鉆井液流動阻力大于內平式，但 其外徑小于內平式。其外徑小于內平式。 正規(guī)式：正規(guī)式：主要用于內加厚鉆主要用于內加厚鉆 桿及鉆頭、打撈工具。其特點是桿及鉆頭、打撈工具。其

56、特點是 接頭內徑接頭內徑 加厚處內徑加厚處內徑 管體內徑，管體內徑， 鉆井液流動阻力大，但外徑最小，鉆井液流動阻力大，但外徑最小， 強度較大。強度較大。 三種類型接頭均采用三種類型接頭均采用V型螺紋，型螺紋， 但扣型、扣距、錐度及尺寸等都但扣型、扣距、錐度及尺寸等都 有很大的差別。有很大的差別。NCNC型系列接頭型系列接頭 NC23，NC26，NC31，NC35，NC38，NC40，NC44，NC46，NC50，NC56，NC61，NC70，NC77 NCNCNational Coarse ThreadNational Coarse Thread，（美國）國家標準粗牙螺紋。，（美國）國家標準粗

57、牙螺紋。 xxxx表示基面絲扣節(jié)圓直徑，用英寸表示的前兩位數(shù)字乘以表示基面絲扣節(jié)圓直徑，用英寸表示的前兩位數(shù)字乘以1010。 如：如：NC26NC26表示的節(jié)圓直徑為表示的節(jié)圓直徑為2.6682.668英寸。英寸。 NCNC螺紋也為螺紋也為V V型螺紋型螺紋, , 表表2-172-17所列的幾種所列的幾種NCNC型接頭與舊型接頭與舊APIAPI標準接頭有相標準接頭有相同的節(jié)圓直徑、錐度、螺距和螺紋長度，可以互換使用同的節(jié)圓直徑、錐度、螺距和螺紋長度，可以互換使用。 表表2-17 可以互換使用的接頭可以互換使用的接頭 數(shù)字型接頭NC26NC31NC38NC40NC46NC50舊API接頭283I

58、F287IF321IF4IF4FH421IF2. 2. 鉆鋌鉆鋌 結構特點：結構特點：管體兩端直接車制絲扣，無專門接頭；壁厚大管體兩端直接車制絲扣，無專門接頭；壁厚大(38-(38- 53 53毫米），毫米），重量大，剛度大。重量大，剛度大。 主要作用：主要作用： (1)(1)給鉆頭施加鉆壓給鉆頭施加鉆壓; ; (2) (2)保證壓縮應力條件下的必要強度保證壓縮應力條件下的必要強度; ; (3) (3)減輕鉆頭的振動、擺動和跳動等，使鉆頭工作平穩(wěn)；減輕鉆頭的振動、擺動和跳動等，使鉆頭工作平穩(wěn)； (4)(4)控制井斜?？刂凭?。 類型：類型：光鉆鋌、螺旋鉆鋌、扁鉆鋌。光鉆鋌、螺旋鉆鋌、扁鉆鋌。

59、常用尺寸：常用尺寸：6-1/46-1/4，7 7 ，8 8 ，9 9 3.3.方鉆桿方鉆桿 類型：類型：四方形、六方形四方形、六方形 特點：特點：壁厚較大，強度較高壁厚較大，強度較高 主要作用：主要作用：傳遞扭矩和承受鉆柱的全部重量。傳遞扭矩和承受鉆柱的全部重量。 常用尺寸：常用尺寸：89mm(3.589mm(3.5英寸英寸) )，108mm (4.5108mm (4.5英寸英寸) )，133.4mm 133.4mm (5.5(5.5英寸英寸) )。4.4.穩(wěn)定器穩(wěn)定器 類型：類型：剛性穩(wěn)定器、不轉動橡膠套穩(wěn)定器、滾輪穩(wěn)定器剛性穩(wěn)定器、不轉動橡膠套穩(wěn)定器、滾輪穩(wěn)定器 作用：作用：1 1）防斜；

60、）防斜； 2 2）控制井眼軌跡）控制井眼軌跡。 二、鉆柱的工作狀態(tài)及受力分析二、鉆柱的工作狀態(tài)及受力分析 ( (一一) )鉆柱的工作狀態(tài)鉆柱的工作狀態(tài)1. 1. 起下鉆工況下：起下鉆工況下： 直井：直井：直的拉伸、滑動直的拉伸、滑動 斜井：斜井：隨井眼傾斜和彎曲，滑動。隨井眼傾斜和彎曲，滑動。 2. 2. 正常鉆進工況下正常鉆進工況下 上部受拉伸，下部受壓彎曲；在扭矩作用上部受拉伸，下部受壓彎曲；在扭矩作用 下旋轉運動。下旋轉運動。 下部鉆柱彎曲的原因：下部鉆柱彎曲的原因： 鉆壓的作用使下部鉆柱受壓縮，當壓力達鉆壓的作用使下部鉆柱受壓縮，當壓力達到鉆柱的臨界到鉆柱的臨界 壓力，鉆柱將失去直線穩(wěn)