定向井常用井下工具概要

第五讲定向井、水平井专用工具水平井是最大井斜角保持在90 “左右，并在目的层中维持一定长度水平井段的特殊定向井。

水平井钻井技术是常规定向井钻井技术的延伸和发展。

水平井要求在产层或某一指定的地层钻成有一定长度延伸的水平段，这就决定了其工艺上固有的特殊性。

而工具的选择与使用必须能够保证钻头（或钻柱）按照设计的井眼轨迹准确运行。

水平井、特别是中半径水平井井身轨迹的特殊性，需要造斜工具必须具有较高的造斜能力，这是钻成水平井的基本保障；其次，在满足高造斜率要求的基础上还必须使工具有较好的稳定性。

要想使井眼有一定的偏斜并不困难，以往的定向钻井工艺早已解决了这方面的问题，但当井斜角大到一定程度后，继续增斜、至使井斜角接近或超过90°,这就存在着很大的难度，这是常规的定向钻井工具所不能完成的。

另外，水平井段的钻进也是我们前未遇的新问题，钻柱在这种特殊状态下的延伸必须有特殊的工具辅以维持。

为了满足水平井钻井施工的需要，设计制造出钻各种大、中曲率半径水平井的井下专用工具，通过现场试验使用进一步改进完善，总结出适合水平井钻井的工具模式。

一般说来，水平井钻井的生产工序环节，大致上分为造斜，增斜、稳斜或稳平，有时根据地质要求需另附加水平取芯段。

水平井井身轨迹的控制要求严格，各阶段使用的工具不尽相同，各种工具的研究技术难点也各不相同。

水平井钻井工具主要包括水平井钻井常用井下工具和地面工具两部分，该章主要介绍的井下工具是稳定器、无磁钻铤、螺旋钻铤、加重钻杆、定向接头、弯接头、定向弯接头、定向造斜专用PDC钻头、井底动力钻具（螺杆动力钻具、涡轮钻具）?和水平井取心工具等。

地面工具主要包括转盘量角器、钻杆量角器、钻铤量角器、方钻杆标定尺、钻杆划线规、定向键调节扳手。

壬刍宀沖稳定器、概述稳定器用途最为广泛，不论是增斜、降斜段，还是稳斜、稳平段，都是不可缺少的工具之一。

根据不同生产段的需要和水平井自身的特点，稳定器有不同的形状及几何尺寸。

定向井常⽤井下⼯具概要油⽥技术－定向井⼯程师序列培训讲义（T2－21）第⼀部分定向井常⽤井下⼯具的分类1、泥浆马达（PDM）2、旋转导向⼯具3、扶正器（STB）4、⾮磁钻铤（NMDC）5、悬挂短节（HOS）6、短⾮磁钻铤（SNMDC）7、浮阀（F/V）8、定向接头（O/S）9、挠性短节（F/J）10、震击器（JAR）11、加重钻杆（HWDP）12、短钻铤13、弯接头14、套管开窗⼯具15、其它定向井⼯具第⼆部分定向井常⽤井下⼯具的现场检查测绘及使⽤⼀、泥浆马达1、泥浆马达的主要组成部分1) 旁通阀总成2) 马达总成3) 万向轴总成4) 驱动轴总成2、泥浆马达的⼯作原理:马达是⼀种螺杆钻具（SCREW DRILLS），它是以泥浆作为动⼒的⼀种井下动⼒钻具。

马达⼯作原理：泥浆泵产⽣的⾼压泥浆流，经旁通阀进⼊马达时，转⼦在压⼒泥浆的驱动下，绕定⼦的轴线旋转，马达产⽣的扭矩和转速，通过万向轴和传动轴传递给钻头，来实现钻井作业。

3、旁通阀结构及⼯作原理：旁通阀有旁通和关闭两个位置，在起下钻时位于旁通位置，下钻时允许环空的泥浆由旁通阀阀体侧⾯的阀⼝孔流向钻杆(钻具)内孔，起钻时使钻杆内孔的泥浆从阀体侧⾯的阀⼝流⼊环空，减少井台溢出泥浆，当泥浆流量及压⼒达到⼀定值时，旁通阀关闭，泥浆流经马达，将泥浆能量转换为机械能。

4、马达总成的结构及⼯作原理：马达总成由转⼦和定⼦两部分组成。

定⼦与转⼦之间形成若⼲个密封腔，在泥浆动⼒作⽤下，密封腔不断的形成与消失，完成能量交换从⽽推动转⼦在定⼦中旋转。

马达可形成⼏个密封腔就称⼏级马达。

5、万向轴总成的⼯作原理：万向轴总成位于转⼦下端，其作⽤是把马达产⽣的扭矩和转速传递到传动轴上。

由于转⼦作的是偏⼼运动，因此要求万向轴具有较好的挠性功能，能将偏⼼运动转换成传动轴的定轴转动。

6、传动轴总成(drive shaft assembly) 的⼯作原理：它的作⽤是将马达的旋转动⼒（扭矩和转速）传递给钻头，同时承受钻压所产⽣的轴向和径向负荷。

一、公锥1、名称：公锥2、用途：公锥是一种专门从油管、钻杆等有孔落物的内孔进行造扣打捞的工具。

3、结构：它是长锥形整体结构，分接头和打捞丝扣两部分。

4、工作原理当公锥进入打捞落物内孔后，加适当钻压，并转动钻具，迫使打捞螺纹挤压吃入落鱼内壁进行造扣，当其能承受一定拉力和扭矩时，可上提或倒扣起出全部或部分落物。

当工具下至鱼顶以上1-2m时开泵冲洗，并逐步下放工具至鱼顶，观察泵压及悬重，泵压突然上升，悬重下降时，正明公锥进入鱼腔，可进行造扣打捞。

7、注意事项操作时不准猛顿鱼顶,防止将鱼顶或打捞丝扣顿坏。

切忌在落鱼外壁与套管内壁之间的环空造扣，以免造成严重后果。

工具下井前上部应接安全接头。

二、母锥1、名称：母锥2、用途：它是一种专门从油管、钻杆等柱状落物外壁进行造扣打捞的工具。

3、结构：它是长锥形整体结构，由接头与本体两部分构成。

它是靠打捞螺纹在钻压与扭矩作用下，吃入落物外壁进行造扣打捞。

6、操作方法当工具下至鱼顶以上1-2m时开泵冲洗，并逐步下放工具至鱼顶，观察泵压及悬重，泵压突然上升，悬重下降时，证明鱼顶进入母锥，可进行造扣打捞。

7、注意事项操作时不准猛顿鱼顶,防止将鱼顶或打捞丝扣顿坏。

打捞外径较小落鱼时应加引鞋。

工具下井前上部应接安全接头。

三、滑块卡瓦捞矛1、名称：滑块卡瓦捞矛2、结构：上接头、矛杆、卡瓦、锁块、螺钉3、用途：是一种内捞工具，专门从落物内孔打捞，也可进行倒扣作业当工具进入落鱼后，卡瓦依靠自重向下滑动，与矛杆发生相对位移，与矛杆中心线距离增大，直至与落鱼内壁接触，上提管柱，斜面向上运动产生的径向力，迫使卡瓦吃入落物，实现打捞；6、操作方法1）地面检查矛杆尺寸是否合适，卡瓦上下滑动是否灵活；2）下至鱼顶以上1-2米，开泵冲洗，并记录悬重、泵压及方入；3）继续下放管柱，悬重有下降显示，观察捧鱼方入与入鱼方入变化；4）上提管柱，悬重增加，证明捞获；5）倒扣时，上提至设计倒扣负荷再增加10-20KN，进行倒扣作业；7、注意事项落物重量较大、严重遇卡或鱼顶为外螺纹时，为防止不损坏鱼顶，在工具外面加尺寸合适的引鞋；工具下井前上部应接安全接头。

四．螺杆钻具使用方法1．地面检查(1) 螺杆上、下接头（旋转钻头短节）是否有松扣或松动现象，如有松扣现象进行紧扣。

(2) 下接头固定螺栓是否有松扣现象，若有进行紧扣。

(3) 旁通阀是否能关闭，若不能关闭，可采用机油浸泡活动，直到能关闭为止。

(4) 要注意观察弯螺杆上部弯方的标记与下部弯接头弯曲的方向是否一致。

(5) 螺杆钻具上、下钻台必须使用绷绳绷，防止碰撞损坏螺杆钻具。

(6) 用游车吊起螺杆钻具，测量轴承壳体与旋转短节间的轴向间隙，在下放游车让螺杆钻具触到转盘，再测量轴承壳体与旋转短节间的轴向间隙，两者间隙差6-1/2"螺杆不大于6mm，7-3/4"和9-5/8"螺杆不大于8mm，否则应更换螺杆。

(6) 让螺杆钻具与方钻杆相接，把扣上紧，将螺杆钻具的旁通阀下放到转盘面以下，开泵，小排量使钻井液流进马达，应能看见钻井液从旁通阀的旁通孔流出；随着排量加大，马达开始转动，旁通阀关闭；如一切正常，停泵卸方钻杆，接钻头下钻。

2．钻具下井(1) 下放钻具及其组合应小心地控制下放速度。

下钻遇阻，应开泵循环，慢慢划眼通过。

若带有弯接头或弯壳体的钻具遇阻时应间歇性地转动钻具，慢慢通过，以防止划出新眼。

(2) 对深井和高温井，下放钻具建议周期性地进行中途循环。

(3) 在井内，若钻井液不能迅速通过旁通阀阀口流进钻柱中，应减慢下放速度或不时停下来充罐泥浆。

3．启动(1) 钻具达到预先确定的位置，可以开泵循环。

，(2) 定向前充分清洗井底。

4．钻进(1) 下钻完，接方钻杆前把钻杆滤子放入钻杆；钻头离井底1米以上开泵，开泵正常后方能下放钻进，缓慢均匀加压。

(2) 钻进中要随时注意泵压变化情况（当排量给定的前提下）、钻时、岩性变化情况，防止意外事故发生。

(3) 对于弯螺杆要注意选择弯曲角的大小，以满足钻井工程设计的要求。

(4) 钻进中几种异常情况的处理：◆指重表摆动不停。

将钻头提离井底，循环几分钟，待指重表稳定后再钻进。

井下工具1. 引言井下工具是指在地下井、隧道、矿井、油井等需要人工进入的地下空间中使用的设备和工具。

这些工具广泛应用于矿山开采、地铁隧道施工、石油勘探等领域，为工程师和工人提供了必要的支持和保护。

井下工具的选择和使用是关键，有助于提高施工安全性和效率。

本文将介绍几种常见的井下工具，包括安全工具、施工工具和监测工具，并对其特点和应用进行简要说明。

2. 安全工具2.1 防护头盔防护头盔是最基本的安全防护工具之一，用于保护工人头部免受坠落物体的伤害。

井下作业往往存在高处坠物的风险，佩戴防护头盔可以有效减轻伤害程度，为工人提供头部防护。

防护头盔通常由聚碳酸酯或聚乙烯等材料制成，具有耐冲击、抗刮割、高温耐受等特点。

2.2 防护手套井下工作环境复杂，有时需要进行手动作业，为了保护工人的双手免受伤害，使用防护手套是必不可少的。

防护手套通常采用耐酸碱、耐油脂的橡胶或聚酯纤维材料制成，具有防护性能和灵活性。

选择合适的防护手套是很重要的，不同工作环境对手套的要求也不同。

例如，进行化学处理的工作需要选择耐酸碱的手套，而搬运重物的工作则需要选择耐磨损和抗滑的手套。

2.3 防护鞋井下工作场所存在许多危险因素，如尖锐物体、湿滑地面等。

为了保护工人的足部安全，使用防护鞋是必要的。

防护鞋采用优质橡胶或塑料制成，具有耐磨性、防滑性和防穿刺性能。

选择合适的防护鞋，不仅应考虑舒适度和透气性，还需要根据工作环境选择合适的款式和特性。

3. 施工工具3.1 掘进机掘进机是地下隧道施工中常用的工具之一，用于开挖和支护隧道。

掘进机通常由钻进机构、爆破装置、运料系统和尾部支撑系统等部分组成。

它的主要优势是能够实现快速、高效的隧道开挖，保证施工进度。

掘进机根据其工作方式和结构特点可以分为不同种类，如盾构机、隧道掘进机等。

选用合适的掘进机可以大幅提高施工效率和质量。

3.2 爆破工具在地下工程中，有时需要进行爆破作业以快速破坏岩石或地层。

爆破工具是进行爆破作业的必备设备之一。

第三章---定向井主要钻井工具介绍第三章定向井主要钻井工具介绍3.1 泥浆马达介绍泥浆马达由：驱动头、轴承总成、万向接头、转子、定子和旁通阀组成。

其马达部分由定子和转子组成，泵入钻具的钻井液流经马达推动转子转动后再流经钻头，转子的旋转力传递给钻头带动钻头旋转。

图3-1，井下马达的主要部件。

图3-1井下马达的主要部件下面以纳维钻具为例分别介绍泥浆马达的各主要部件：3.1.1旁通阀旁通阀是为了使循环液绕过马达，因此，下钻时可让循环液灌入钻柱；起钻或接钻杆时可让管内液体泻出。

当无循环或低泵量循环时，弹簧使活塞处于上部位置，此时，孔道开启，泥浆可流入钻柱或自钻柱流出。

活塞的动作取决于排量，相当于推荐最大排量的30%时活塞被下推座于活塞座上，于是孔道被封闭，钻井液径直流经马达如果停泵，弹簧再将活塞顶回到原来上部位置，孔道又被开启。

图3-2 旁通阀示意图3.1.2 多级马达目前各类井下马达多为容积式马达，基本由以下两部分组成：①具有螺旋形内腔的橡胶硫化定子。

②螺旋形的钢转子，其表面镀有硬度材料以减少磨损并防止腐蚀。

在定子橡胶和转子抗磨及抗腐蚀金属表面间是连续密封的，所以当泥浆经马达时转子就转动(如图3-3所示)。

图3-3 容积式马达转子和定子剖视图这种马达最大优点是：①钻井扭矩直接和马达产生的压降成正比。

②转子的转速只取决于排量，不受扭矩的影响，因此，当进行钻井作业时，在钻台上就可以确定并控制转速和扭矩。

3.1.3 万向轴转子下端和万向轴总成相连,万向轴可把转子的非同心转动转变为驱动接头的同心转动。

万向轴总成由两个万向接头组成，每个万向接头均以抗油强力橡胶套密封并充满黄油，橡胶套密封的作用旨在使万向接头不受泥浆污染。

3.1.4 轴承总成和驱动接头用轴承支撑的驱动接头将马达的转动和扭矩传给钻头。

约有2%的泥浆排量通过并润滑轴承，绝大部分钻井泥浆经径向轴承上面的水槽进入驱动轴并经钻头流出。

3.1.5 泥浆马达的类型目前大多数泥浆马达都是按螺杆原理工作。

目录1、滑块卡瓦打捞矛2、一把抓3、接箍捞矛4、可退式打捞矛5、蓝式可退式打捞筒6、螺旋可退式打捞筒7、公锥8、母锥9、螺旋式外钩10、局部反循环打捞蓝11、机械式内割刀12、螺杆钻具13、倒扣捞筒14、倒扣捞矛15、梨形胀管器16、三刮刀钻头17、三牙轮钻头18、平底磨鞋19、领眼磨鞋20、磁力打捞器21、三球打捞器22、安全接头23、水力锚24、鱼顶修整器25、铅模26、偏心配水器27、K344封隔器28、Y211封隔器29、Y341封隔器30、水力喷砂器备注：1、选手熟记工具，反复默写，每件工具控制在4min内。

2、选手人手一册工具书。

3、选手定期到工具库房对工具原件进行识别，做到工具原件清楚明了。

1、滑块卡瓦打捞矛工具名称：滑块卡瓦打捞矛工具型号：HLM-D(S)73工具用途：内捞工具，专门打捞具有内孔的落物，也可进行倒扣作业或配合其他工具使用。

工具结构：上接头、矛杆、卡瓦、锁块及螺钉。

工具原理：进入鱼腔后，卡瓦依靠自重下滑，斜面向上运动产生径向分力，迫使卡瓦咬住落鱼实现打捞。

操作方法：1、地面检查、丈量，滑道上涂抹机油，卡瓦运动灵活。

2、下至鱼顶，记好悬重及方入，开泵洗井。

3、下放引入鱼腔，观察碰鱼方入和入鱼方入及悬重变化，上提悬重增加，捞获。

4、倒扣作业时，提至设计负荷，再增加10-20KN。

注意事项：对落鱼重量较大或鱼顶为油管外螺纹或遇卡严重时采用引鞋。

2、一把抓工具名称：一把抓工具型号：51/2套管一把抓工具用途：专门用于打捞井底不规则的小件落物，如钢球、凡尔座、螺栓、螺母、刮蜡片、钳牙、扳手、胶皮等。

工具结构：上接头、筒身、抓齿。

工作原理：依靠抓齿弯曲变形原理捞获落物。

操作方法：1、下至井底以上1-2m开泵洗井，冲洗干净落鱼上部沉砂。

2、下放钻具，指重表略有显示时，相对井底方入找出最大方入，加压20-30KN，转3-4圈，指重表恢复后，再加压10KN左右，转5-7圈。

3、上提钻具下放加压20-30KN，将变形抓齿顿死，即可起钻。

一、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。

具体如下：1.在垂直或接近垂直的井眼中钻具的防斜作用：当钻具在垂直或接近垂直的井眼中工作时，它的作用是保持井眼沿直线方向加深。

上扶正器能抵消由于上扶正器以上的钻柱弯曲所产生的横向力，使上扶正器以下的钻柱居中，同时也帮助下扶正器抵消地层横向力。

下扶正器的作用抵消地层横向力，限制钻头的横向移动，当地层造斜力不大时，满眼钻具能保持刚直居中状态，使钻头沿铅直方向钻进。

2. 增斜时钻具的防斜作用：当钻进时井斜较大的地层时，满眼钻具能有力地抵抗地层横向力，减小井斜的变化。

在地层横向力的作用下，下扶正器和钻头靠向井壁高的一侧，抵抗地层横向力，限制钻头横向移动。

同时地层横向力势必要扭弯下扶正器上的短钻铤，由于钻铤刚度大，能有力地抵抗此地层的横向力。

中扶正器也帮助中扶正器以下的钻柱抵抗地层横向力。

因此，限制了钻头的横向移动和侧斜。

在已斜井眼内，钻具还有一个纠斜作用，这是由于上扶正器以上的钻铤因自重的作用靠在井壁低侧，并以上扶正器为支点将力下传，作用于上扶正器下的一根钻铤上有一个弯矩，此弯矩使中扶正器靠井壁高的一侧，再以中扶正器为支点将力下传使钻头趋向于井壁低的一侧，产生一个纠斜力。