必看！钻具组合知识基础

钻柱的概念

     钻柱是方钻杆到钻头全部井下钻具的总称，由方钻杆、钻杆、钻铤、稳定器接头及其他各种附件组成。作用是起下钻头，向钻头传递破碎岩石所需的机械能量，给井底施加钻压，向井内输送洗井液及进行其他井下作业。钻柱一旦出现事故，会带来一定的经济损失。因此管理好、使用好、选择合理的钻具组合在钻井过程中尤为重要。

钻柱的功能
  1）提供钻井液流动通道；    

  2）给钻头提供钻压；

  3）传递扭矩；  

  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-Stem Testing),又称中途测试。

钻柱工作状态 
     在钻井过程中，钻柱是在起下钻和正常钻进两种工序中交替工作的。在起下钻时，钻柱处于受拉状态；而在钻进时状态比较复杂，处于受拉、压、扭等状态。在转盘钻进时，钻柱的工作状态和受力尤其复杂，钻柱好似一根细长的旋转轴。在部分自重产生的轴向压力作用下，下部钻柱不稳定而呈弯曲状态，由于受到井眼的限制，可产生多次弯曲；上部钻柱由于旋转产生的离心力作用也不保持直线状态，再加上扭距的作用，整个钻柱呈一个近似螺旋曲线的形式进行着复杂的旋转运动。

常用钻具 
1、方钻杆(kelly) 
    方钻杆位于钻柱的最上端，其主要作用是传递扭距和承受钻柱的总量。方钻杆的驱动部分端面分为正方形和正六边形，石油钻井中用的最多的是正方形，水眼为正六边形，由于壁厚比钻杆大三倍左右，并用高强度的合金钢制造,因此具有较高的抗拉强度与抗扭强度。 

2、钻杆(drill pipe) 
    钻杆是钻柱的基本组成部分，它主要用于传递扭距和输送钻井液。现用钻杆的管体与接头是采用对焊方法连接在一起的。为了增大接头处的强度，管体两端对焊部分是加厚的，加厚形式有内加厚、外加厚、内外加厚三种。 
    内加厚的缩小管体两端的内径以增加管壁厚度，这种钻杆外径是一致的，接头外径也 不太大，在井中旋转时，接头与井壁接触较小，磨损也较小，但因其加厚部分内径较管体内径小,增加了钻井液循环时的流动阻力。

    外加厚钻杆的内径是一致的，但管体两端的外径加大，这种钻杆接头的外径比同尺寸钻杆接头的外径大，在井内旋转时增加了接头于井壁的接触摩擦，易磨损；由于这种钻杆内径与管体内径一致，循环钻井液时流动阻力较小。 
    内外加厚钻杆，是将管体两端的内径缩小，外径增大，以增加两端管体的壁厚。这种结构的钻杆综合了以上两种结构钻杆的优点。

3、 加重钻杆(extra-weight drill pipe) 
     加重钻杆特点是壁厚比普通钻杆增加了2倍以上，其接头体比普通钻杆长，管体中部还有特制的耐磨辊。加重钻杆主要用于一下几个方面: 
1) 用于钻铤和钻杆的过渡区，缓和两者弯曲应力的变化，以减少钻杆的损坏；

2) 在小井眼钻井中代替钻铤，操作方便；
3) 在定向井中代替大部分钻铤，以减少扭距和粘附卡钻等的发生,从而降低成本,同时有利于保持定向井的方位。由于钻铤与紧闭接触面积大，当转动时与井壁发生很大的摩擦力，因而使井眼有偏转的趋势，当用加重钻杆代替钻铤时，可以减少这种可能，因而有利于保持定向井的方位。 

4、 钻铤(drill collar) 
   钻铤是钻柱的主要组成部分之一，其作用是给钻头提供钻压，同时使下部钻具组合有较大的刚度，从而使钻头工作稳定，并有利于克服井斜问题。钻铤分类:

1) 圆柱式:用普通合金钢制成，管体横截面内外皆为圆形的钻铤；

2) 螺旋式: 用普通合金钢制成，管体外表面具有螺旋槽的钻铤； 
3) 无磁式:用磁导率很低的不锈合金钢制成，管体横截面内外径均为圆形的钻铤。钻铤的种类还有方钻铤和无磁螺旋钻铤等。 

5、螺旋钻铤(spiral dirll collar) 
    螺旋钻铤的作用是可以减少粘附卡钻发生，它的圆钻铤外圆柱上面加工出三条右旋螺旋槽，在外螺纹接头部分留有一段305-560mm和内螺纹端接头部分留有475-610mm的不切槽的圆钻铤段，其重量比同尺寸的圆钻铤减少4%。螺旋钻铤未列入API标准，但国外已有不少厂家生产，国产钻铤也已经正式投入生产，其规格尺寸和国外产品相同。 

6、 钻具稳定器(stablizer) 
1) 稳定器俗称扶正器，在钻柱中适合的位置安放一定数量的稳定器组成钻柱的下部钻具组合，能够在钻直井时防止井斜，钻定向井时控制井眼轨迹。

2) 使用稳定器能够起到提高钻头工作稳定性的作用，从而使钻头的使用寿命延长，这对金刚石钻头尤为重要。

• 常用的稳定器分为：三滚轮稳定器、可换套稳定器、整体螺旋稳定器、整体直棱稳定器四种 。

7、 无磁钻铤(non-magnetic drill collar) 
     无磁钻铤的结构与一般的钻铤相同，只是化学成分和机械性能等有别于普通钻铤。无磁钻铤是定向井工程中具有特殊功能的钻具。定向井用磁力测斜仪测定井眼倾斜角和方位角时，为使罗盘不受钻柱磁场的影响，在钻柱中必须配备一定长度的无磁钻铤，使磁力测斜仪位于无磁钻铤内合适的位置进行测斜，否则不能得到正确的测量结果。 

8、 钻具组合(drill assembly) 
    钻具是连通地面和井下的枢纽。在转盘钻井时，靠钻柱来传递破碎岩石所需的能量，给井底施加钻压，以及定井内输送钻井液等。在使用井下动力钻具钻井时,它承受井下动力钻具的反扭距，同时给井下动力钻具输送液体能量。钻具由不同的部件构成，他的组成随着钻井条件和方法的不同而有所区别。基本组成部件有：方钻杆、钻杆、钻铤、钻杆稳定器及转换接头等。随着钻井先进工艺的不断发展，对钻柱的结构和性能要求越来越高，必须选择可靠性的钻柱。 

常用的基础钻具组合（BHA）

1、满眼钻具组合 

     满眼钻具组合又称刚性配合钻具或刚性满眼钻具，是一种安装在钻柱下部的刚度较大而且井径与钻柱外径之间间隙较小的防止井斜角和井眼曲率变大的一种钻具组合。刚性满眼钻具一般是由几个外径与钻头直径相近的扶正器与一定长度外径较大的钻铤所组成。

      它的防斜原理是在钻头以上的下部钻柱上安装一定数量的扶正器，以扶正合钻铤；提高下部钻柱的刚度，减少其弯曲程度，以消除钻头的严重倾斜，使其能减小和限制由于钻柱弯曲而产生的增斜力，同时扶正器能支撑在井壁上，抗衡地层自然造斜力，以达到控制井斜在最小范围内变化的目的。 

    为了发挥满眼钻具的防斜作用，在钻具上至少要有三个稳定点，除在靠近钻头处有一个扶正器外，其上面应再安放两个扶正器才能保持有三点接触井壁。如果只有两点接触，钻柱就能循沿一条曲线，不能保证井眼的直线性。如果有三点接触，就能保证井眼的直线性和限制钻头的横向移动。

2、钟摆钻具组合 

    钟摆钻具是为了减少井斜角而设计的一种钻具组合，是利用斜井内切点以下钻铤重量的横向分力把钻头推向井壁低的一侧，以达到逐渐减小井斜的效果。这个横向分力如钟摆一样，所以称之为“钟摆力”，运用这个原理组合的钻具称为钟摆钻具。

3、塔式钻具组合 

    塔式钻具就是在钻头之上，使用几段直径自下而上逐渐减小，形如塔状的钻铤组合。钻铤应不少于12根，这种防斜钻具的特点就是底部钻铤重量大，刚度大，整个钻铤柱的重心低，稳定性好，能产生较大的钟摆减斜力。在松软地层，井径易扩大，对于扶正器满眼钻具或扶正器钟摆钻具，由于其井径与扶正器间隙值大，防斜效果差。

     此外，塔式钻具还有结构简单，使用方便，不需要进行扶正器位置计算的优点，也不存在扶正器、方钻铤的磨损及修复等问题，但塔式钻具也存在底部间隙小，易卡钻，钻铤尺寸多，操作部方便等不足。塔式钻具防斜效果的好坏，取决于钻具的塔式组合。要求组合的重心低、底部钻铤直径大、整个钻铤重量大、每一级钻铤尺寸差值小。

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