钻进工具是什么？

常用钻进工具是指什么~

应该是盾构机吧。。。盾构机是隧道开挖必用机器。

1　钻头
衡量钻头的好坏，主要依据是一只钻头的总进尺和机械钻速。
机械钻速：单位时间内的进尺，单位为m/h。
钻头总进尺：指一只钻头下井从开始工作到报废为止累计的钻进进尺数。
钻头的类型：
（1）刮刀钻头：依靠工作刃的刮切作用破岩，结构简单，成本低，在软地层使用效果好，如图6-13所示。
（2）牙轮钻头：使用数量最多，既可以用于软地层、中硬地层，也可以用于硬地层。其类型有单牙轮、双牙轮、三牙轮、多牙轮，其中三牙轮工作较稳定，使用最多，如图6-14所示。
（3）金刚石钻头：分为天然金刚石钻头和人造金刚石钻头（PDC钻头，图6-15）。天然金刚石钻头：采用天然金刚石用烧结等工艺方法使其与钻头形成一体，再进行热处理制成坚硬耐磨的钻头，适用于特别坚硬地层，但价格高。

图6-13　刮刀钻头

图6-14　三牙轮

图6-15　PDC钻头
2　钻铤
钻铤位于钻柱最下部，两端分别与钻杆和钻头相连接。它是由高级合金钢制成，钻铤壁比钻杆壁厚得多，强度大，因此用来承受压力，也可以给钻头加压，以便增加钻井速度。
3　钻杆
钻杆是钻柱的主要组成部分，主要作用是传递扭矩、输送钻井液、钻进。其公称尺寸通常以其本体的外径来表示。
4　方钻杆
方钻杆位于钻柱的最上端，其上部和水龙头相连，下部和钻杆相连接。长度一般比钻杆单根长2～3m，根据其截面形状可分为正方形截面和六角形截面两种。其主要作用是传递扭矩和承受钻柱的重量。
5　其他钻井工具
其他钻井工具有稳定器、震击器、安全接头、安全截止阀、取岩心钻具、事故打捞工具、吊卡、卡瓦、上卸扣大钳、动力大钳和吊环等。

钻进工具包括钻头、钻柱等钻进工具，是破碎岩石的主要工具。

一、钻头

钻头质量的优劣及其与岩性和其他钻井工艺是否适应，将直接影响钻井速度、钻井质量和钻井成本。

（一）钻头破碎岩石的工作原理

钻头破碎岩石的工作原理与方式有三种：

（1）切削：利用轴向压力使破碎工具吃入岩石，钻头旋转挤压破碎岩石并进行切削，其方式类似于金属切削。

（2）冲压：利用轴向载荷使岩石在冲击和挤压作用下破碎。

（3）研磨：利用抗磨性高的材料，在一定压力和适当的转速下，对岩石进行研磨破碎。

上述三种方式中，钻头对岩石的作用形式主要是压挤和切削。实际上钻头在井内破碎岩石钻进时，这三种破岩方式兼有，只是根据岩石的强度和钻头类型以某种破碎方式为主而已。塑性岩石一般强度较小，钻头以切削破碎为主；塑脆性和脆性岩石一般强度较高，以冲击和压挤破碎为主；对强度和硬度都很大的岩石，则以研磨破碎为主。

（二）钻头的类型

目前常用的钻头按其破碎岩石的方式和作用原理分为刮刀钻头（切削型）、牙轮钻头（冲压型）及研磨型钻头（金刚石钻头）三大类，见图4-2。其中牙轮钻头使用较多，而刮刀钻头使用量最小。钻头尺寸以其钻出的井眼内径为公称尺寸，国际上已形成基本统一的系列。常见钻头尺寸为26in，20in，

图4-2　典型钻头结构图

1．刮刀钻头

刮刀钻头为切削型钻头，适用于软塑性岩层。这种钻头体上镶焊有几个刮刀片，在刮刀翼上加焊上耐磨的硬质合金材料，根据塑性岩石软硬的特点，刮刀钻头有两翼的（称鱼尾钻头）、三翼的和四翼的，最常用的为三翼刮刀钻头。

2．牙轮钻头

牙轮钻头在石油钻井中使用最多、适应性最广。它主要用于钻中硬至硬度较大的塑脆性及脆性地层。牙轮钻头是在钻头体上安装几个能随钻头公转又能绕着牙轮轴自转的牙轮。有两牙轮钻头、三牙轮钻头及四牙轮钻头，用得最多的是三牙轮钻头。根据岩石破碎规律，牙轮钻头结构设计应满足在旋转动力及钻压作用下，牙轮在公转和自转运动中，具有滚动产生冲击和挤压作用，又有滑动产生刮削的作用，有效破碎岩石。牙齿长、齿排少、刮削功能强、冲击力小的牙轮钻头用于钻硬度不大的地层；牙齿短、齿排多、冲击力大、刮削功能弱的钻头用于钻硬地层。

3．研磨型钻头

研磨型钻头用于钻坚硬的地层。它选用硬度大于岩石而耐磨性强的材料（如金刚石、特种硬质合金）镶焊在钻头体上，在钻头旋转和钻压作用下研磨岩层，如同用砂轮打磨铁器一样。

（三）钻井工艺对钻头的要求

钻井工艺对钻头有两个基本要求：一是钻进速度要快，能直接缩短钻井时间；二是使用寿命要长，更换钻头次数要少，单个钻头钻进的总进尺要多。这两项分别称为钻头的机械钻速和钻头的总进尺，是钻头的两个主要技术指标。为了降低钻井成本，提高上述两项技术指标，石油科技人员一直致力于改善钻头结构，提高钻头破碎效率，延长钻头使用寿命的研究工作。20世纪70年代末开始采用高硬度、高耐磨性的聚晶金刚石钻头，将聚晶金刚石材料镶焊在牙轮上，因而成倍地提高了钻井效率。

二、钻柱

钻柱是钻头以上、水龙头以下部分钻具的总称。钻具的连接如图4-3所示。

（一）钻柱的作用

1．钻柱的主要作用

（1）为钻井液由井口流向钻头提供通道；

（2）给钻头施加适当的压力（钻压），使钻头的工作刃不断吃入岩石；

（3）把地面动力（扭矩等）传递给钻头，使钻头不断旋转破碎岩石；

（4）起下钻头；

（5）根据钻柱的长度计算井深。

2．钻柱的特殊作用

（1）通过钻柱可以观察和了解钻头的工作情况、井眼状况及地层情况等；

（2）进行取心、挤水泥、打捞井下落物、处理井下事故等特殊作业；

（3）对地层流体及压力状况进行测试与评价，即钻杆测试，又称中途测试。

（二）钻柱的组成

钻柱由方钻杆、钻杆段和下部钻具组合三大部分组成。钻杆段包括钻杆和接头，有时也装有扩眼器。下部钻具组合主要是钻铤，也可能安装稳定器、减震器、震击器、扩眼器及其他特殊工具。钻柱的具体组成随不同的目的、要求而不同。

图4-3　钻具连接图

1．普通钻杆

钻杆是钻柱的基本组成部分，位于方钻杆和钻铤之间。它是用无缝钢管制成，壁厚一般为9～11mm。其主要作用是传递扭矩和输送钻井液，并靠钻杆的逐渐加长使井眼不断加深。

1）钻杆结构与规范

钻杆由钻杆管体与钻杆接头两部分组成，见图4-4。钻杆管体与接头的连接有两种方式：一种是用细螺纹连接，即管体两端都车有外（内）螺纹，与接头一端的内（外）螺纹相连接；另一种是管体与接头用摩擦焊对焊在一起，称这种钻杆为对焊钻杆。我国现在生产或进口的钻杆全部为对焊钻杆。

图4-4　钻杆结构示意图

为了增强管体与接头的连接强度，管体两端加厚。常用的加厚形式有内加厚、外加厚、内外加厚三种。

最常用的钻杆长度8.230～9.144m（27～30ft），钻杆尺寸（直径）有88.9mm，114.3mm，127.0mm（3.5in，4.5in，5in）三种。

2）钻杆钢级与强度

钻杆的钢级是指钻杆钢材的等级，它由钻杆钢材的最小屈服强度决定。API规定钻杆的钢级有D、E、95（X）、105（G）、135（S）级共五种，其中，X、G、S级为高强度钻杆。

3）钻杆接头及螺纹

钻杆接头是钻杆的组成部分，分内螺纹和外螺纹，连接在钻杆管体的两端。螺纹的连接必须满足三个条件，即尺寸相等，螺纹类型相同，内外螺纹相匹配。不同尺寸钻杆的接头尺寸不同。同一尺寸钻杆的丝扣类型也不尽相同，主要有内平型（IF）、贯眼型（FH）、正规型（REG）和数字型（NC）。

2．加重钻杆

加重钻杆是一种和钻杆类似的中等重量钻具，其管壁比钻杆厚、比钻铤薄。管体连接有特别加长的钻杆接头。在钻具组合中，加重钻杆一般加在钻杆与钻铤之间，防止钻柱界面的突然变化，减少钻杆的疲劳。加重钻杆的总长度一般为9.3m，也有特殊长度为2m、3m、13m的。国产的有JZ-51型和JZ-5II型两种加重钻杆。加重钻杆除两端有超长的外加厚接头外，中部还有一外加厚部分，在其两端接头和中部加厚部分都有表面耐磨带，用以保护管体使不受磨损。长度为13m的加重钻杆还有2个中间加厚部分。

3．钻铤

钻铤处在钻柱的最下部，是下部钻具组合的主要组成部分。其主要特点是壁厚大（一般为38～53mm，相当于钻杆壁厚的4～6倍），具有较大的重量和刚度，见图4-5。它在钻井过程中主要起以下几方面的作用：

（1）给钻头施加钻压；

（2）保证压缩条件下的必要强度；

（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。

钻铤有许多不同的形状，如圆形、方形、三角形和螺旋形等。最常用的是圆形（平滑的）钻铤和螺旋形钻铤两种。

图4-5　钻铤结构示意图

4．方钻杆

方钻杆位于钻柱的最上端，有四方形（见图4-6）和六方形两种。在转盘钻井中，钻进时，方钻杆与方补心、转盘补心配合，将地面转盘扭矩传递给钻杆，带动钻头旋转，并承受钻柱悬重；在涡轮和螺杆钻具的钻井中，承受钻柱悬重重量和反扭矩。一般大型钻机使用四方形方钻杆，小型钻机都用六方形方钻杆。标准方钻杆全长有12.19m和16.46m两种，驱动部分长度分别为11.25m和15.54m。为了配合钻柱，方钻杆也有多种尺寸和接头类型。方钻杆的壁厚一般比钻杆大3倍左右，并用高强度合金钢制造，故具有较大的抗拉强度及抗扭强度，可以承受整个钻柱的重量和旋转钻柱及钻头所需要的扭矩。

图4-6　四方形方钻杆结构示意图

方钻杆旋转时，上端始终处于转盘面以上，下部则处在转盘面以下。方钻杆上端至水龙头连接部位的螺纹均为左旋螺纹（反扣），以防止方钻杆转动时松动。方钻杆下端至钻头的所有连接螺纹均为右旋螺纹（正扣），在方钻杆带动钻柱旋转时，螺纹越上越紧。为减轻方钻杆下部接头螺纹（经常拆卸部位）的磨损，常在该部位装一保护接头。

（三）钻具的组合

钻具的合理组合是确保优质快速钻井的重要条件。钻具尺寸的选择，首先取决于钻头尺寸和钻机的提升能力，还要考虑井身结构及防斜措施。通常钻具组合考虑的原则是：在可能条件下选用大尺寸方钻杆；在钻机提升能力及钻杆下入深度允许的条件下选用大尺寸的钻杆；钻铤长度根据钻压及防斜措施来选择，一般情况下钻铤总重量应大于最大钻压的20%～30%，以保证钻杆在不受压条件下正常工作。

常见的钻具组合有：正常钻进时，“钻头+钻铤+钻杆+方钻杆+水龙头”；用涡轮（螺杆）钻具钻井时，“钻头+涡轮（螺杆）钻具+钻铤+钻杆+方钻杆+水龙头”。

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