钻具知识

钻具知识钻杆钻铤加重钻杆方钻杆一二三四转换接头和稳定器套管五六前言钻具是下井工具的总称。包括方钻杆、钻杆、加重钻杆、钻铤、无磁钻铤、转换接头、钻柱稳定器等。而将这些下井工具连接起来组成的管串称为钻柱。钻柱是连通地面与地下的枢纽。钻井过程中，地面动力的传递和钻井液的输送，依靠钻柱来实现；地层的变化、井下的复杂情况，也可以通过钻柱反映到地面上来；此外钻井过程中的其他作业，如取心、处理井下事故、中途测试等都必须依靠钻柱来实现。钻柱一旦出现事故，会带来一定的经济损失。因此管理好、使用好钻具在钻井过程中尤为重要。一、钻杆1．钻杆的作用钻杆是钻柱的主要组成部分，它的主要作用是传递扭矩、输送钻井液和在钻井过程中不断连接加长钻柱以达到不断加深井眼的目的。2．钻杆的结构钻杆由管体和接头两部分构成。钻杆结构示意图如图所示图1-1钻杆结构示意图钻杆按制造方法分为有细扣钻杆和对焊钻杆两种。前者已被淘汰，后者在加工过程中，为增加管体与接头连接处的强度，管体两端对焊部分是加厚的，加厚形式分内加厚、外加厚、内外加厚三种，分别用英文字母IE、UE、IUE表示。如图1—2所示。图1—2钻杆端部加厚结构示意图内加厚钻杆在钻井过程中钻井液循环时流动阻力大，但接头磨损较小；外加厚钻杆在工作中钻井液循环时流动阻力小，但接头磨损较大；而内外加厚钻杆综合以上两种特点，多使用较大尺寸钻杆。3．钻杆的钢级钻杆的管体是由高级无缝钢管轧制而成的，常用钢级有E一75、X－95、G一105、S-135等四个级别，分别用代号E、X、G、S表示，其中X级、G级、S级为高强度钻杆。钢级代号后的数字表示该纲级钻杆所承受最小抗拉屈服强度的千分之一，单位是磅力／平方英寸。4．钻杆的规范通常所说钻杆的规范是指管体外径尺寸，常用的有60.3mm、73mm、88.9mm、101.6mm、127mm、139.7mm等六种。钻杆规范见表1—1。外径/mm(in)公称质量/(kg/m)壁厚/mm内径/mm管体截面积/cm2备注60.3(23/8)9.8927.1146.111.89常用、外加厚73.0(27/8)15.4759.1954.6418.44常用、外加厚88.9(31/2)19.7889.3570.2123.36常用、外加厚88.9(31/2)23.06111.4166.0927.77101.6(4)17.636.6588.2919.85101.6(4)20.8288.3884.8424.55常用、外加厚114.3(41/2)26.9339.4795.3531.2常用、内外加厚114.3(41/2)29.75610.9292.4635.47127(5)24.27.52111.9628.22127(5)29.0119.19108.6134.03常用、内外加厚139.7(51/2)32.5839.17121.3637.6常用、内外加厚139.7(51/2)36.75410.54118.6242.77表1-1常用钻杆规范钢极屈服强度（Mpa）抗拉强度（Mpa）伸长率（%）E517≤屈服强度≤724抗拉强度≥68918X655≤屈服强度≤862抗拉强度≥724G724≤屈服强度≤931抗拉强度≥793S931≤屈服强度≤1138抗拉强度≥1000各种钢级管体机械性能钻杆接头机械性能抗拉强度（Mpa）屈服强度（Mpa）伸长率（%）断面收缩率（%）硬度（HB）≥965≥825≥45≥13≥285管体+接头+焊区组成一个完整钻杆管体mm新接头mm一级接头mm二级接头mm直径璧厚加厚型式钢级螺纹型式外径内径抗扭扭矩外径抗扭扭矩外径抗扭扭矩N.mN.mN.mN.mN.mN.m739.19外加厚GNC31104.850.821932894610016814828498.4144087247S111.141.32819811747103.22161910432101.618525934788.99.35外加厚GNC3812761.93521315058118.32726013394116.72347211961S53.94527417975122.23504817102119.9301781485610.168.38外加厚GNC40152.482.63465820795138.15.617372135.74.314435S76.24432326594141.37.121404139.76.4193721279.19内外加厚GNC50168.382.67814034877154.86128229711152.45310226091S69.910046642984160.37879138480157.26827433414139.79.17内外加厚G51\2FH184.288.99625549136170.76598837482167.565641316581、接头钻杆使用技术参数2、管体钻杆管体分钢级抗扭屈服强度(N.m)分钢级在最低抗拉屈服强度下的载荷(kN)级别外径(mm)壁厚mmEXGSEXGS新钻杆60.36.4564588180904111625443.5551.64609.71783.97.118474107341186515254615.36779.46861.51107.65738.3810959138811534219726605.07766.42847.091089.119.1915665198422193228198954.31208.781336.021717.7588.99.35251523185935213452741029.081665.071692.712176.3511.40295893621140024514591437.061820.272010.992586.71101.68.38315743999444204568331270.481609.271778.662286.859.56349944432448991629891443.041827.852020.252597.481279.195581570698781401004661761.272230.952465.773170.2812.77085189744991901275312360.32989.723304.434248.56139.79.176875487088962551237561946.122465.102724.583503.0310.5476704971581073861380672213.742804.063099.223984.72钻杆管体分钢级抗扭屈服强度(N.m)分钢级在最低抗拉屈服强度下的载荷(kN)级别外径(mm)壁厚mmEXGSEXGS一级钻杆60.36.455050639870719091342.34433.64479.28616.227.1165238261913111740479.13606.89670.78862.43738.388585108741201915452476.15603.12666.6857.079.1912010152121681421619741.45939.171038.031334.6188.99.3519471246642726035048944.531196.411322.351700.1611.40218912772930648394041115.811413.361562.132008.45101.68.38246713124934538444061087.151264.261397.341796.589.56272073446238091489721130.191431.581582.282034.351279.19437735544661282787911387.021756.891941.832496.6412.7549706962976959989461846.282338.622582.83323.31139.79.17540476846175667972851535.031944.372149.042763.0510.546009076114841261081621742.082206.642438.913135.74钻杆管体分钢级抗扭屈服强度(N.m)分钢级在最低抗拉屈服强度下的载荷(kN)级别外径(mm)壁厚mmEXGSEXGS二级钻杆60.36.454371553661197867296.9376.07415.65534.427.1156007094783910079413.48523.74578.87744.26738.38743594181040913383413.17523.35578.44743.719.1910292130361440818525639.15809.58894.81150.4688.99.3516765212362347230178816.531034.261143.141469.7511.4018748237472624733746961.531217.931346.141730.75101.68.3821338270282987438409865.351096.11211.481557.619.5623476297363286642255978.321239.21369.641760.971279.19379304804553102682741204.021525.11685.632167.2312.7473826001866335852881597.142023.0522362874.86139.79.17468875139065641843961333.581689.211867.012400.4510.54520406591972858936741511.671914.792116.352721.015、钻杆接头石油钻杆接头是钻杆的基本组成部分，主要作用是连接钻杆管体。一般采用对焊钻杆接头。对焊钻杆接头以摩擦对焊方式焊在钻杆管体两端，一端为内螺纹接头，一端为外螺纹接头。钻杆对焊接头的结构石油钻杆接头由大钳扣合部位、焊接部位、螺纹及密封台肩组成。内螺纹大钳扣合部位与焊接部位之间过渡成180锥形台肩或直角台肩。钻井作业时，起吊安放吊卡使用。接头焊接部位长度为70一80mm。6、石油钻杆接头螺纹石油钻杆接头螺纹是牙型为60°三角形、大螺距、大锥度、带密封台肩的特殊螺纹，以达到快速上、卸扣的目的。石油钻杆接头螺纹牙型石油钻杆接头螺纹有数字型(NC)、正规型(REG)、贯眼型(FH)、内平型(IF)四种型式。现在常采用数字型接头，牙型为V一0.038R，数字型螺纹与相同中径的贯眼型、内平型螺纹可互换，可互换的螺纹分别是：NC26与23/8IFNC31与27/8IFNC38与31/2IFNC40与4FHNC46与4IFNC50与41/2IF我国现场用三位数字表示接头螺纹类型，第一位数字表示螺纹尺寸，以英寸计；第二位数字表示接螺纹类型，用1、2、3分别表示内平、贯眼、正规三种类型；第三位数字用1和0分别表示外螺纹、内螺纹。例如410：4---表示螺纹尺寸为41/2英寸；1---表示内平型螺纹；O---表示内螺纹。失效位置：管体的疲劳和腐蚀疲劳断裂均发生在内加厚过渡区消失处。主要原因：是该处存在应力集中并容易产生腐蚀坑，在旋转钻进中腐蚀坑底萌生疲劳裂纹，应力集中加速了疲劳裂纹的萌生和扩展，大大缩短了钻杆的寿命API5D标准：内加厚过渡区结构尺寸要求无法避免钻杆在此区域发生疲劳断裂失效事故。疲劳裂纹容易发生出二、钻铤1．钻铤的作用钻铤在钻具组合中位于钻头与钻杆或加重钻杆之间，主要作用是给钻头提供钻压及控制井斜。钻铤一般用高级合金钢精锻而成，现国产钻铤也有轧制钢棒经热处理机加工而成，壁厚相当于钻杆的4—6倍，刚性大。2．钻铤的结构钻铤根据外形与材料分A型(圆柱式)、B型(螺旋式)、C型(无磁式)三种型式，分别用代号ZT、LT、WT表示。圆柱式钻铤结构示意图如图1-3。螺旋式钻铤与圆柱式钻铤不同之处就