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第二章钻进工具
第二章钻进工具
1．学时分配
6学时
2．本章重点
1）各类型钻头的结构特点；
2）各类型钻头在井底底运动形式及破岩机理；
3）各类型钻头的使用特点；
4）钻柱的组成；
5）钻柱在井下底受力情况；
6）钻柱设计。
3．难点
1）各类型钻头在井底底运动形式及破岩原理；
2）钻柱在井下底受力情况。
4．解决方法
1）利用相关录象资料；
2）利用教学模具；
3）利用多媒体图片和动画进行展示。
5．授课内容
见课件
6．作业
P97：1；
P41：7、9、12、15、16、18、21、22、
23、24、25、28、34。
第二章钻进工具
本章主要内容
第一节钻头
钻头的类型
钻头的结构及工作原理
钻头的选型及分类方法
钻头的合理使用
第二章钻进工具
第二节钻柱
钻柱的组成及功用
钻柱的工作状态及受力分析
钻柱设计
钻头、钻柱的作用
钻头与钻柱是旋转
钻井系统的重要组
成部分。
钻头是破
碎井底岩石的工具。
钻柱是连接地面钻
机和井下钻头的枢
纽。
地面动力通过
钻柱传递给钻头，带动钻头旋转破碎岩石。
钻头与钻柱的作用
钻井液也通过钻柱中空输送到井底，由钻头水眼喷出，冲洗井底以冷却、润滑钻头，并携带岩屑经钻柱与井壁之间的环形空间返出地面。
钻头旋转破碎岩石和循环钻井液洗井形成了整个钻进过程。
钻井与完井工程试题及答案第一章 钻井的工程地质条件三、名词解释1. 岩石的塑性系数是怎样定义的？答：岩石的塑性系数是用来定量表征岩石塑性及脆性大小的参数。
塑性系数为岩石破碎前耗费的总功与岩石破碎前弹性变形功的比值。
2. 什么是岩石的可钻性？答：岩石的可钻性是岩石抗破碎的能力。
即一定钻头规格、类型及钻井工艺条件下岩石抵抗钻头破碎的能力。
什么叫有效应力、有效上覆岩层压力、各向压缩效应？答：在“各向压缩效应”试验中，如果岩石孔隙中含有流体且具有一定的孔隙压力，这种孔隙压力的作用降低了岩石的各向压缩效应，这样，把岩石所受外压与内压之差称为有效应力。
上覆岩层压力和岩石内孔隙流体压力的差称为有效上覆岩层压力。
在三轴应力试验中，如果岩石是干的或者不渗透的，或孔隙度小且孔隙中不存在液体或者气体时，增大围压则一方面增大岩石的强度，另一方面也增大岩石的塑性，这两方面的作用统称为“各向压缩效应”。
4. 简述地下各种压力的基本概念答：地下压力包括静液压力h P 、上覆岩层压力Po 、地层压力p P 和基岩应力σ等。
静液压力是由液柱自身的重力所引起的压力，它的大小与液体的密度、液柱的垂直高度或深度有关。
地层某处的上覆岩层压力是指该处以上地层岩石基质和空隙中流体的总重力所产生的压力。
基岩应力是指由岩石颗粒之间相互接触来支撑的那部分上覆岩层压力，也称有效上覆岩层压力或颗粒间压力，这部分压力是不被孔隙水所承担的。
四、简答题1． 简述地下各种压力的基本概念及上覆岩层压力、地层孔隙压力和基岩应力三者之间的关系。
答： 地下压力包括静液压力h P 、上覆岩层压力Po 、地层压力p P 和基岩应力σ等。
静液压力是由液柱自身的重力所引起的压力，它的大小与液体的密度、液柱的垂直高度或深度有关。
地层某处的上覆岩层压力是指该处以上地层岩石基质和空隙中流体的总重力所产生的压力。
基岩应力是指由岩石颗粒之间相互接触来支撑的那部分上覆岩层压力，也称有效上覆岩层压力或颗粒间压力，这部分压力是不被孔隙水所承担的。
钻探规程目录第一章设备安装、拆卸与运输 (2)第一节设备安装 (2)第二节冲洗液循环系统 (4)第三节电器设备安装 (5)第四节运输、装卸 (5)第二章钻进 (6)第一节开孔前的准备 (6)第三节金刚石钻进 (9)第四节钢粒钻进 (12)第五节专门水文孔 (13)第六节钻进操作中主要安全技术守则 (14)第三章护孔与堵漏 (16)第一节泥浆管理 (16)第二节堵漏 (18)第四章钻探质量 (19)第一节岩、煤芯采取 (19)第二节预防钻孔歪斜 (20)第三节简易水文观测 (21)第四节钻孔封闭 (22)第五节其它质量要求 (23)第五章机械的使用与日常维护 (23)第一节钻机的使用和维护 (23)第二节泥浆泵的使用和维护 (24)第二节柴油机的使用和维护 (25)第四节电动机和启动设备的操作与维护 (26)第五节液压设备的使用与维护 (26)第六节钻探参数仪的使用和维护 (27)第六章预防和处理事故 (28)第一节预防孔内事故 (28)第二节孔内事故处理 (29)第三节起下套管 (30)第四节防寒、防冻 (31)第五节防火 (32)第一章设备安装、拆卸与运输第一节设备安装⑴确定孔位时，应由地质员、钻探及有关部门进行现场查勘。
孔位一经确定，不得擅自改动。
⑵钻场地基必须平坦、稳固、适用。
钻塔底座填方部分不得超过塔基面积的1/4。
为防止填方部分塌陷、溜方，可采用夯实、打桩等办法加固。
在山坡修建地基时，其靠上方的坡度，一般应为60～80度。
特别松散的不大于45度。
并要清除坡上的活石。
地基需要爆破作业时，必须必须遵守爆破作业规程中的安全规定。
⑶基台安装必须稳固、周正、水平，其排列型式，应根据钻机类型、安装方法和钻孔角度、深度而定。
基台木的横断面不小于220×220㎜，根数一般不少于8根。
⑷基台测平后方准立塔。
塔材、附件和各部螺栓等，必须齐全、合格并安装牢固，不准以小代大，以劣代优。
⑸安装、拆卸钻塔时。
第二章钻进工具1．评价钻头性能的指标有那几项？答：钻头进尺，钻头工作寿命，钻头平均机械钻速，钻头单位进尺成本。
2．简述刮刀钻头破岩原理。
答：刮刀钻头刀翼在钻压W和扭转力T的作用下，一方面作向下的运动，一方面围绕钻头轴线旋转，刀翼以正螺旋面吃入并切削岩层，井底平面与水平面成Ø角。
刮刀钻头主要以切削和挤压方式破碎地层，具体方式主要取决于钻头的切削结构及所钻地层的岩性。
由于这几种破岩方式主要要克服岩石的抗剪强度，所以它比克服岩石的抗压强度的破岩方式要容易得多。
3．刮刀钻头其刀翼结构角有哪儿个？有什么影响？如何取值？答：刃尖角、切削角、刃前角、刃后角。
刃尖角β、切削角α、刃前角φ、刃后角ψ；刃尖角表示刀翼的减为尖锐程度。
从吃入岩石和提高钻速出发，刃尖角越小越好，但是强度不能保证。
一般要根据上述因素及岩石性能确定角的大小。
岩石软时，β角可以稍小，较硬时硬适当增大，夹层多，井较深时，β角应适当增大。
切削角α刀以前刃和水平面之间的夹角，在其他情况一定时，α越大，吃入深度越深，但α过大时，刃前岩石剪切破碎困难，钻进憋劲大。
一般情况下，松软地层α=70度；软地层α=70—80度；中硬地层，α=80—85度。
刃后角ψ=α-β。
刃后角必须大于井底角。
刃前角与切削角互为补角，刃前角φ=90-α4．铣齿牙轮钻头和镶齿牙轮钻头有哪些不同？答：牙轮钻头按材料不同分为铣齿（钢齿）和镶齿（硬质合金齿）两大类。
铣齿牙轮钻头的牙齿石油牙轮毛胚铣削加工而成，主要是楔型齿，齿的结构参数要兼顾有利于破岩和齿的强度。
一般软地层牙轮钻头的齿高、齿宽、齿距都较大，硬地层则相反。
通常要在齿的工作面上敷焊硬质合金以提高齿的耐磨性，在背椎部位业要敷焊硬质合金层已达到保径的目的。
镶齿牙轮钻头是在牙轮上钻出孔后，将硬质合金材料制成的齿镶入孔中。
其齿型较多，如楔型齿、圆锥形齿、球型齿、勺型齿、主要依据岩石的性能和齿材料性能、强度、相撞工艺等。
目前向齿牙轮钻头在软地层、中硬地层及坚硬地层中都得到了广泛应用。
工程硕士入学考试?石油工程综合测试?大纲〔油气井局部〕主要内容：第一章钻井的工程地质条件地下各种压力的概念、地层压力与地层破裂压力、岩石的工程力学性质第二章钻进工具常用钻头钻头类型、构造、工作原理、使用方法钻柱的组成、功用、钻柱的受力分析、设计方法第三章钻井液钻井液的作用、组成与分类；钻井液的主要性能、主要固控制方法与设备第四章钻进参数优选钻井过程中各参数间的关系、钻速方程、机械破岩钻进参数优选方法、水力参数优化设计方法第五章井眼轨道设计与轨迹控制井眼轨迹的根本概念、轨迹测量及计算、直井防斜技术、定向井眼轨道设计、定向井造斜工具及轨迹控制第六章油气井压力控制与井控井眼与地层压力系统、平衡与欠平衡钻井、地层流体侵入控制第七章固井与完井井身构造的概念与设计方法、套管柱载荷分析与设计方法、注水泥技术、常用完井方法第八章井下复杂情况与事故处理常见的井下复杂情况类型、相应事故处理方法参考书：主要考察学生对油气田开发过程中的各研究对象及工艺流程、设备等内容的理解和掌握程度，主要内容包括油气藏及流体的物理性质、采油〔气〕工程和油气田开发过程中各工艺环节的根本概念、根本技术原理、设备及其功用、主要工艺流程等，进步油气开采技术的根本方法和原理等。
主要考试内容绪论油气田开发的根本概念、任务、目的、根本方法和系统组成。
第1章油层物理根底油藏流体的物理性质；储层岩石的物理性质；含多相流体的储层岩石的渗流机理。
第2章油藏工程根底油气田开发概论；油气田开发动态分析；油气田开发调整。
第3章完井与试油油气井完井方式；试油；油气层保护。
第4章油气井的流入动态、井筒多相流及气体井筒流动油气井的流入动态及其应用；井筒多相流的流动构造；滑脱损失；气体井筒流动。
第5章自喷与气举采油自喷井的流动过程；自喷的条件和产量；自喷井的管理；气举原理、分类。
第6章有杆泵与无杆泵采油有杆泵的根本装置和原理；泵的分类及根本原理、泵效的计算、影响因素及进步泵效的措施；无杆泵采油的分类、根本装置和原理。
钻井工程理论与技术第一章1．简述地下各种压力的基本概念及上覆岩层压力、地层空隙压力和基岩应力三者之间的关系静液压力——自身的重力所引起的压力. 其大小与液体的密度与液柱的垂直高度成正比。
h=0.00981ρH上覆岩层压力—地层某处的上覆岩层压力是该处以上地层（包括岩石基质和岩石孔隙中流体）总重力所产生的压力。
地层压力—指岩石孔隙中的流体所具有的压力，也称地层孔隙压力，用pp 表示。
基岩应力—由岩石颗粒间相互接触支撑的那一部分上覆岩层压力，称为基岩应力，亦称有效上覆岩层压力、骨架应力或颗粒间压力，用σ表示上覆岩层压力由岩石骨架和孔隙中的流体共同承担，因此上覆岩层压力、地层压力和基岩应力之间存在以下关系：Po =σ+Pp。
po一定时，σ减小，pp增大，σ→0，pp → po。
所以，地层的孔隙压力增大，基岩应力必然减小2．简述地层沉积欠压实产生异常高压的机理在地层被不渗透的围栅包围，流体被圈闭在地层的孔隙空间内不能自由流通（称之为水力学封闭系统）的条件下，随着地层的不断沉积，上覆岩层压力逐渐增大，而圈闭在地层孔隙内的流体排不出去，必然承受部分上覆岩层重力。
结果是地层流体压力升高，地层得不到正常压实，孔隙度相对增大，岩石密度相对减小，基岩应力相对降低。
这种作用称为欠压实作用3．简述在正常压实的地层中岩石的密度、强度、空隙度、声波时差和dc指数随井深变化的规律。
4．解释地层破裂压力的概念，怎样根据液压实验曲线确定地层破裂压力。
某深度处地层破裂时所能承受的液体压力称为该处地层的破裂压力，用Pf表示。
它取决于井眼周围岩石的应力状态和岩石强度。
5．某井井深2000m，地层压力25MPa，求地层压力当量密度。
6．某井垂深2500m，井内钻井液密度为1.18g/cm3，若地层压力为27.5MPa，求井底压差。
7．某井井深3200m，产层压力为23.1MPa，求产层的地层压力梯度。
8．某井钻至2500m，钻进时所用的钻头直径为215mm，钻压160kN，钻速110r/min，机械钻速7.3m/h，钻井液密度1.28g/cm3，正常条件下钻井液密度为1.07g/cm3，求d和dc指数。
第四部分钻井工具目录第一章钻具第一节方钻杆第二节钻铤第三节加重钻杆第四节钻杆第五节钻具管理第二章井下工具第一节稳定器第二节随钻震击器第三节扩大器第四节浮阀第五节钻具内防喷器第六节水力割刀第三章井上工具第一节钻杆吊卡第二节吊环第三节钻杆卡瓦第四节手动大钳第五节钻铤吊卡及卡瓦、安全卡瓦第六节套管吊卡、单根吊卡、套管卡瓦第七节转盘补心第四章打捞工具第一节铅模第二节公锥第三节母锥第四节卡瓦打捞筒第五节磁铁打捞器第六节一把抓第七节反循环打捞篮和反循环强磁打捞篮第八节磨鞋第九节安全接头第十节套管打捞矛钻具是指地面方钻杆以下钻头以上各部分工具的总称。
在钻井过程中，将方钻杆、钻杆、钻铤等用各种接头连接起来组成入井的管串称为钻柱。
钻柱是联通地面与地下的枢纽，又是钻井设备与工具的薄弱环节。
随着钻井深度越来越深，对钻柱性能的要求也越高。
钻柱的特点：首先，钻柱钻柱必须是空心的，以便循环泥浆；其次，钻柱要具有一定的强度，以传递功率。
钻柱各组成部分都是具有一定壁厚的空心体。
钻柱是有多种不同部件组成，它的组成随钻井条件和钻井方法不同而有所区别。
但其基本部分是方钻杆、钻杆、钻铤及接头所组成。
本章主要介绍钻具的各组成部分作用、结构、规范以及现场检查方法等方面的一些常识。
一、方钻杆的作用与结构方钻杆位于钻柱的最上端，其上部与水龙头相接，下部与钻杆连接。
主要作用是传递扭矩和承受钻柱的全部重量。
为了循环泥浆和有效地传递扭矩，方钻杆断面制成中空的正方形或六边形。
石油钻井大型钻机都用四棱方钻杆，地质勘探小型钻机用六棱方钻杆。
方钻杆由于所处的工作条件十分繁重，要求它具有较高抗拉强度和抗扭强度。
所以方钻杆壁厚比一般钻杆大三倍左右，而且多用强度较大的优质合金钢制成。
API标准方钻杆用D、E级或高强度的合金钢AISI4145钢制成。
要求保证制造质量的均衡性。
方钻杆两端接头有丝扣以便连接。
在钻进中方钻杆的上端始终处于转盘面上，为了防止方钻杆在旋转中自动卸扣，所以方钻杆上端的丝扣为反扣，下端为正扣。
