第1页 钻井工培训 天津石油职业技术学院徐建功2013年7月 石油钻井基本知识 第2页 主要内容 第一节钻具的基本组成第二节钻头第三节钻具的丈量及常用组合形式 钻具的识别 组成及常用组合 第3页 第一节钻具的基本组成 钻具的识别 组成及常用组合 一 钻柱的组成钻柱 DrillingString 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 SquareKelly 钻杆 DrillPipe 钻挺 DrillCollar 各种接头 Joint 及稳定器 Stabilizer 等井下工具 第4页 第一节钻具的基本组成 钻具的识别 组成及常用组合 二 钻柱的作用 1 提供钻井液流动通道 2 给钻头提供钻压 3 传递扭距 4 起下钻头 5 计量井深 6 观察和了解井下情况 钻头工作情况 井眼状况 地层情况 7 进行其它特殊作业 取芯 挤水泥 打捞等 8 钻杆测试 Drill StemTesting 又称中途测试 第5页 第一节钻具的基本组成 钻具的识别 组成及常用组合 1 方钻杆 顶部驱动无方钻杆 1 方钻杆的结构及功用方钻杆位于钻杆最上端 上接水龙头 下接钻杆 方钻杆断面为正方形或六方形 上端为反扣 下端为正扣 长度比钻杆长2 3米 13 14 5 米 类型 四方形 六方形特点 壁厚较大 强度较高主要作用 传递扭矩和承受钻柱的全部重量 第6页 第一节钻具的基本组成 钻具的识别 组成及常用组合 2 技术规范 两端保护接头公称尺寸 方边边宽常用尺寸 89mm 3 5英寸 108mm 4 5英寸 133 4mm 5 5英寸 第7页 钻具的识别 组成及常用组合 2 钻杆钻柱基本组成部分 无缝钢管制成 单根长9米左右 三单根组成一立柱 1 作用 加深井眼 传递扭矩和输送钻井液 延长钻柱 测量井深 2 结构 管体 接头 第8页 钻具的识别 组成及常用组合 2 钻杆 3 公称尺寸 钻杆本体外径 两端锥形扣 右螺纹 常用的加厚形式有内加厚 a 外加厚 b 内外加厚 c 三种 a b c 第9页 第一节钻具的基本组成 钻具的识别 组成及常用组合 4 规范 壁厚 9 11mm外径 长度 根据美国石油学会 AmericanPetroleumInstitute 简称API 的规定 钻杆按长度分为三类 第一类5 486 6 706米 18 22英尺 第二类8 230 9 144米 27 30英尺 第三类11 582 13 716米 38 45英尺 常用钻杆规范 内径 外径 壁厚 线密度等 见表2 12 第10页 第一节钻具的基本组成 钻具的识别 组成及常用组合 目前规范尺寸有27 8 31 2 41 2 5 51 2 65 8 长度一般7 1 m 采用高强度钢 如API钻杆的钢级有 D E 95 X 105 G 135 S 第11页 第一节钻具的基本组成 钻具的识别 组成及常用组合 5 钢级与强度 五种钢级 第12页 第一节钻具的基本组成 钻具的识别 组成及常用组合 3 钻铤结构特点 高级合金钢制成 壁厚大 38 53毫米 单位长度重量大 刚度大 管体两端直接车制丝扣 两端丝扣根部都有应力减轻槽 防疲劳断裂 无专门接头 主要作用 1 给钻头施加钻压 传递扭矩 输送钻井液 2 保证压缩应力条件下的必要强度 3 减轻钻头的振动 摆动和跳动等 使钻头工作平稳 4 控制井斜 类型 光钻铤 螺旋钻铤 扁钻铤 常用尺寸 6 1 4 7 8 9 第13页 第一节钻具的基本组成 钻具的识别 组成及常用组合 4 接头及丝扣 1 作用1 钻杆接头 钻杆的组成部分作用 用于连接钻杆 便于上卸扣 钻杆接头直径大于钻杆本体直径 通常用于悬吊钻柱 2 配合接头作用 连接不同尺寸 不同扣型钻具 3 保护接头作用 对钻具起保护作用 方钻杆两端的接头 4 特殊接头 弯接头 大小接头 作用 定向井造斜用 连接不同尺寸管子 第14页 第一节钻具的基本组成 钻具的识别 组成及常用组合 2 丝扣连接条件 尺寸相等 丝扣类型相同 公母扣相匹配 3 丝扣连接条件 壁厚较大 外径较大 强度较高 4 钻杆接头类型 内平 IF 贯眼 FH 正规 REG NC系列 第15页 第一节钻具的基本组成 钻具的识别 组成及常用组合 内平式 主要用于外加厚钻杆 其特点是钻杆通体 钻杆内径 管体加厚处内径与接头内径 内径相同 钻井液流动阻力小 但外径较大 容易磨损 外螺纹接头 公接头 内螺纹接头 母接头 第16页 第一节钻具的基本组成 钻具的识别 组成及常用组合 贯眼式 主要用于内加厚钻杆 其特点是钻杆有两个内径 钻井液流动阻力大于内平式 但其外径小于内平式 第17页 第一节钻具的基本组成 钻具的识别 组成及常用组合 正规式 主要用于内加厚钻杆及钻头 打捞工具 其特点是接头内径 加厚处内径 管体内径 钻井液流动阻力大 但外径最小 强度较大 三种类型接头均采用V型螺纹 但扣型 扣距 锥度及尺寸等都有很大的差别 外螺纹接头 公接头 内螺纹接头 母接头 第18页 第一节钻具的基本组成 钻具的识别 组成及常用组合 NC型系列接头NC23 NC26 NC31 NC35 NC38 NC40 NC44 NC46 NC50 NC56 NC61 NC70 NC77NC NationalCoarseThread 美国 国家标准粗牙螺纹 xx 表示基面丝扣节圆直径 用英寸表示的前两位数字乘以10 如 NC26表示的节圆直径为2 668英寸 第19页 第一节钻具的基本组成 钻具的识别 组成及常用组合 5 接头类型的识别 标记槽法在接头处车有环形槽 一道槽表示正扣 两道槽表示反扣 在槽内打有三位数字或符号 三位数字的意义如上所述 若为符号 ZG GY NP分别表示国产的正规 贯眼 内平接头 REG FH IF分别表示API产的正规 贯眼 内平接头 第20页 测量法当标记槽 符号及数字因种种原因模糊不清 易出现识别错误时 可根据一定类型尺寸的接头有其一定尺寸的原则 通过测量的方法来鉴别接头 一般用外卡量公接头大端尺寸 也可量小端尺寸 用内卡量母接头断面镗孔直径 将测得的数据查表得出接头丝扣尺寸和类型 用接头尺测量将量好了的接头的大 小 端直径或镗孔直径尺寸 与接头尺上的刻度一对比就可以在接头尺上读出尺寸和类型 第一节钻具的基本组成 钻具的识别 组成及常用组合 第21页 第一节钻具的基本组成 钻具的识别 组成及常用组合 5 稳定器类型 刚性稳定器 不转动橡胶套稳定器 滚轮稳定器 作用 1 防斜 2 控制井眼轨迹 第22页 钻具的识别 组成及常用组合 扶正器 第23页 6 钻具的配合钻具配合就是将不同尺寸和扣型的钻具连接起来 其配合原则是 公母相配 扣型尺寸相同 正扣与正扣 反扣与反扣组合 第一节钻具的基本组成 钻具的识别 组成及常用组合 第24页 二 钻头 一 概述作用 破碎岩石 形成井眼 1 钻头类型按结构及工作原理分类 刮刀钻头 牙轮钻头 PDC钻头 金刚石钻头按功用分类全面钻进钻头 取心钻头 扩眼钻头 钻具的识别 组成及常用组合 第25页 二 钻头 一 概述作用 破碎岩石 形成井眼 1 钻头类型按结构及工作原理分类 刮刀钻头 牙轮钻头 PDC钻头 金刚石钻头按功用分类全面钻进钻头 取心钻头 扩眼钻头2 钻头尺寸系列3 3 4 36 常用尺寸 26 171 2 121 4 81 2 第二节钻头 钻具的识别 组成及常用组合 第26页 第二节钻头 钻具的识别 组成及常用组合 第27页 3 工作指标钻头进尺 米 钻头工作寿命 小时 机械钻速 米 小时 单位进尺成本 元 米 第二节钻头 钻具的识别 组成及常用组合 Cpm钻井直接成本 元 m Cb钻头成本 元 只 Cr钻机作业费 元 h t钻头工作时间 h tt起下钻 接单根时间 h H单只钻头总进尺 m 第28页 二 刮刀钻头 DragBit 用于软塑性岩石 扭矩大 对钻具不利 无活动件 1 刮刀钻头的组成上钻头体 下钻头体 分水帽 刀翼 水眼 2 刮刀钻头的工作原理刮刀钻头主要以切削作用破碎地层 在钻压W作用下 刀翼容易吃入地层 刃前岩石在扭转力T的作用下不断产生塑性流动 这和车刀切削软金属的过程类似 第二节钻头 钻具的识别 组成及常用组合 第29页 刮刀钻头破碎脆性岩石的过程为 碰撞 压碎及小剪切 大剪切 1 碰撞 刃前岩石发生剪切破碎后 刀刃在旋转扭矩作用下向前推进 碰撞刃前岩石 2 压碎及小剪切 扭转力增大 压碎刃前岩石 产生小剪切破坏 3 大剪切 扭转力继续增大到某一极限值 刃前岩石沿剪切面破碎 而后扭转力突然减小 第二节钻头 钻具的识别 组成及常用组合 第30页 第二节钻头 钻具的识别 组成及常用组合 3 刮刀钻头的应用 刮刀钻头制造工艺简单 成本低 刮刀钻头适用于软地层 钻速快 每米钻进成本低 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 刮刀钻头目前逐渐被PDC钻头取代 第31页 三 牙轮钻头 RollerBit 应用广泛 用于软 硬地层 适应性强 扭矩小 牙轮转动 1 牙轮钻头的组成牙轮钻头由钻头体 牙抓 巴掌 及牙轮轴 牙轮及牙齿 轴承 储油润滑密封系统 喷嘴等部分组成 第二节钻头 钻具的识别 组成及常用组合 第32页 2 牙轮及牙齿 1 牙轮20CrMo合金钢锥体 锥面铣齿或镶装硬质合金齿 内腔有轴承跑道 单锥牙轮 主锥 背锥 硬地层复锥牙轮 主锥 副锥 背锥 软到中硬 第二节钻头 钻具的识别 组成及常用组合 第33页 第二节钻头 钻具的识别 组成及常用组合 2 牙齿铣齿 在牙轮锥面上直接铣出 楔形 硬质合金镶齿 镶装在牙轮锥面上 有多种齿形适应不同地层 第34页 第二节钻头 钻具的识别 组成及常用组合 铣齿牙轮钻头 镶齿牙轮钻头 第35页 第二节钻头 钻具的识别 组成及常用组合 3 轴承牙轮钻头轴承有大 中 小和止推四副 根据轴承的密封与否 可分为密封和非密封两类 根据轴承副的结构 可分为滚动轴承和滑动轴承两大类 滚动轴承结构 滚柱 滚珠 滚柱 止推滚柱 滚珠 滑动一止推滑动轴承结构 滑动 滚珠 滑动 止推滑动 滑动 卡簧 滑动 止推 第36页 第二节钻头 钻具的识别 组成及常用组合 为什么滑动轴承比滚动轴承寿命长 第37页 第二节钻头 钻具的识别 组成及常用组合 4 喷嘴钻井液流出钻头射向井底的流道 高压钻井液流经喷嘴后产生高速流动的水射流 清除井底岩屑 辅助破碎岩石 三牙轮钻头一般安装3个喷嘴 直径7 13mm 用卡簧固定在水眼内 并用o形圈密封 第38页 第二节钻头 钻具的识别 组成及常用组合 4 牙轮及牙齿的布置方式布齿原则 1 转一周牙齿全部破碎井底 不留下未被破碎的凸起 2 牙轮在重复滚动时应使牙齿不落入别的牙齿的破碎坑内 3 牙齿磨损均匀 第39页 第二节钻头 钻具的识别 组成及常用组合 牙轮布置方案 1 非自洗无滑动布置 各牙轮牙齿齿圈不嵌合 单锥 不超顶 不移轴 用于硬地层 2 自洗不移轴布置 各牙轮牙齿齿圈相互嵌合 副锥 超顶 不移轴 用于中硬地层 3 自洗移轴布置 各牙轮牙齿齿圈相互嵌合 副锥 超顶 移轴 用于软地层 非自洗 自洗无移轴 自洗移轴 第40页 第二节钻头 钻具的识别 组成及常用组合 牙轮及牙齿的布置 非自洗 自洗无移轴 自洗移轴 齿间相互齿合产生自洗作用 第41页 4 牙轮钻头工作原理1 牙轮钻头在井底的运动公转 牙轮随钻头一起旋转 自转 牙齿绕牙轮轴线作逆时针方向旋转称自转 滑动 牙轮齿相对于井底的滑移 包括径向 轴向 和切向 周向 滑动 引起滑动的原因 超顶和复锥引起切向 周向 滑动 移轴引起径向 轴向 滑动纵向振动 牙轮在滚动过程 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 单 双齿交替接触井底 使牙轮中心上下波动 井底凹凸不平 第二节钻头 钻具的识别 组成及常用组合 第42页 第二节钻头 钻具的识别 组成及常用组合 牙轮滑动对破岩的作用 牙轮的超顶和复锥引起的切向滑动剪切掉牙齿之间的岩石 超顶引起的轴向滑动剪切掉齿圈之间的岩石 2 牙轮钻头的破岩作用 1 冲击 。