【钻井工程】国内外深井、超深井井下工具简介

井下工具引言井下工具是指在油田、矿山和其他类似环境中使用的工具。

由于井下环境的特殊性，这些工具需要具备一定的特点和功能，以适应恶劣的工作条件。

本文将介绍一些常见的井下工具及其特点。

1. 钻井工具钻井工具是井下工具中的重要一类，用于进行油井或矿井的钻探作业。

钻井工具通常由钻头、钻杆、钻柱、钻井液等组成，其主要功能是将钻头钻入地层并提取岩屑。

1.1 钻头钻头是钻井工具的核心部分，通常由金属材料制成。

钻头的主要作用是在钻井过程中切削地层，使井眼逐渐加大，并将岩屑带到地面。

钻头种类繁多，常见的有PDC钻头、钻石钻头等。

1.2 钻杆和钻柱钻杆是组成钻柱的一根根金属管材，连接起钻头和钻井机。

钻杆需要具备足够的强度和刚性，以承受钻井过程中的巨大压力和扭矩。

钻柱是由多根钻杆组成的整体，承载钻头的重量，并传递钻进功率。

钻柱的长度通常达到几千米，需要具备足够的承载能力和耐久性。

1.3 钻井液钻井液是一种特殊的液体，用于冷却钻头、稳定井壁、输送岩屑和提供驱动力。

钻井液还可以在一定程度上控制井口的压力和稳定钻孔。

常用的钻井液有泥浆、泡沫和气泡。

2. 井下测量工具井下测量工具是用于获取井眼轨迹、地层信息等数据的工具。

这些数据对于井下作业的规划和控制至关重要。

2.1 测井仪测井仪是一种用于测量地层性质和井眼参数的设备。

其通过发送电磁波或声波到地层，并通过接收反射信号来获取相关数据。

测井仪可以提供有关地层组成、地层厚度、孔隙度、渗透率等信息，为油田或矿山的开发提供重要依据。

2.2 井下钻进参数记录仪钻进参数记录仪用于记录钻井过程中的关键参数，包括钻进速度、扭矩、钻压、钻头位置等。

这些数据对于评估钻井效果、分析工艺问题和改进作业程序非常重要。

2.3 定向测井工具定向测井工具用于测量井眼的方位和倾角。

其通过运用磁场或重力等原理实现对井眼方位和倾角的测量。

在油井或矿井的定向钻进和定向水平井开发中，定向测井工具发挥着重要作用。

3. 井下安全工具井下安全工具在保障人员和设备安全上起到了重要的角色。

深井、超深井钻井技术(一)90年代以来，国内外深井、超深井钻井技术的发展方向和趋势深井、超深井钻井技术是一个国家综合钻井技术水平高低的标志之一。

深井钻井技术发展方向是围绕加快钻井速度这一目标，进行深井配套技术、工具的研究，主要包括：钻机、钻头、井下工具、钻井泥浆等方面。

深井钻井技术将向深水平井钻井技术发展。

在国外已完成的深井中，大约有一半的井是探井。

井深已从4500m提高到现在的12000m，世界纪录是苏联科拉半岛上的SG-3井，井深为12200m。

目前，美国、前苏联、德国的超深井钻井技术装备和综合技术处于国际领先地位，其中美国是世界上钻深井历史最长、工作量最大和技术水平最高的国家。

近年来，国外深井钻井技术发展主要集中在钻机、钻头、井下工具、钻井泥浆等方面。

深井钻机功率大、性能好、自动化程度高、配套设备性能可靠，从而在装备上为快速打好深井提供了物质上的准备。

钻头质量好，品种全，选型合理，可获得钻头耗用数少、钻井进尺多、钻井速度快的好效果。

钻井液具有良好的热稳定性、润滑性和剪切稀释特性、固相含量低、高压失水量低、可抗各种可溶性盐类和酸性气的污染。

另外，运用井下动力钻具提高钻速、井身结构设计灵活、高强度钻杆等工具配套齐全，使得国外深井钻井速度快、事故少、成本低。

90年代，美国在复杂地质条件下所钻成的5口7500m左右的深探井，其完井周期最短的不到1年，最长的不超过2年。

目前，北海地区测量井深8000m左右的大位移井，其钻井周期一般只是90d左右。

如钻一口5000m的井，平均使用钻头15～20只，钻井周期约需45～70d：6000m的井用45～70只钻头，约125～150d；7000m的井用60～70只钻头，约175～200d。

美国的深井平均单井成本要比世界其他地区的少40％～50％，其钻井技术特点如表4-1所示。

表4-1美国钻井主要技术数据归纳起来说，深井快速钻井技术国外一般从三个方面考虑：选择大功率、高性能、自动化程度高的钻机，选用先进的钻头，采用其他先进设备和井下工具，装备上要有优势；在工艺上实施实时监控，优化钻井参数，用优质钻井液进行平衡或近平衡钻井，实现科学化钻井作业；加强管理，尽量减少钻井事故。

井下工具目录打捞类工具1、公锥2、母锥3、滑块捞矛4、分瓣捞矛5、TFLM-T提放式可退捞矛6、提放式分瓣捞矛7、可退捞矛8、伸缩捞矛9、二用伸缩捞矛10、可退式螺旋卡瓦捞筒11、可退式蓝式卡瓦捞筒12、卡瓦捞筒13、弯鱼头打捞筒14、提放式可退捞筒15、短鱼头打捞筒16、电泵捞筒17、可退式螺旋卡瓦电泵捞筒18、活页式捞筒19、不可退式抽油杆捞筒20、弯抽油杆捞筒21、组合式抽油杆捞筒22、提放式抽油杆捞筒23、三球打捞器24、抽油杆接箍捞矛25、多用打捞筒26、颠倒式抽油杆捞筒27、蓝式抽油杆捞筒28、螺旋式抽油杆捞筒29、偏心式抽油杆接箍捞筒30、提放式倒扣捞矛31、可胀式倒扣捞矛32、倒扣捞矛33、倒扣捞筒34、提放式倒扣捞筒35、反循环打捞蓝36、局部反循环打捞蓝37、开窗捞筒38、缆绳打捞钩39、外钩40、内钩41、内外组合钩42、活齿钩43、一把抓44、磁力打捞器45、测井仪器打捞器46、弹簧打捞筒47、老虎嘴整形类工具48、梨形涨管器49、偏心辊子整形器50、长锥面涨管器51、三锥辊整形器52、旋转震击式整形器53、楔形涨管器54、偏心涨管器55、球形涨管器56、顿击器57、复合式鱼顶修整打捞器58、鱼顶修整器震击类工具59、开式下击器60、润滑式下击器61、液压式上击器62、液压加速器切割类工具63、水力式外割刀64、机械式内割刀65、机械式外割刀钻、磨、铣类工具66、三刮刀钻头67、十字钻头68、鱼尾刮刀钻头69、尖钻头70、偏心钻头71、三牙轮钻头72、平底磨鞋73、凹面磨鞋74、梨形磨鞋75、滚球式平底磨鞋76、内铣鞋77、外齿铣鞋78、柱形铣鞋79、锥形铣鞋80、领眼磨鞋81、套铣筒82、扶正器83、滚动扶正器84、恒定加压器85、钻廷套管刮削类工具86、弹簧式套管刮削器87、防脱式套管刮削器88、胶筒式套管刮削器控制类工具89、偏心配水器90、偏心配产器91、K344-110 封隔器92、K344-114 封隔器93、Y341-114-X 封隔器94、Y341-114 封隔器95、XYQ-100 泄压器96、CMB超越式油管锚97、RCM型软油管锚98、节流器99、支撑卡瓦100、锯齿形安全接头101、方扣形安全接头102、倒扣安全接头103、游车大钩104、水龙头105、气动卡盘106、多用途油管卡盘107、自封封井器108、半封封井器109、全封封井器110、加压支架111、加压吊卡112、分段加压吊卡113、安全卡瓦114、修井吊钳115、油管吊钳116、油管钳117、活门吊卡118、月牙吊卡119、活动肘节120、丢手接头121、倒扣器122、管式抽油泵123、杆式抽油泵124、单螺杆抽油泵125、抽油杆吊卡126、抽油泵脱接器127、铅印128、单臂吊环129、双臂吊环130、羊角吊卡131、修井转盘132、螺杆钻具133、液压动力钳134、解卡机公锥SY5114 —921名称公锥备注2型号GZ —NC31 (△)3技术规范参数1.规范：为105mm x 为25mmx 为80mmX 1110mm2.连接螺纹：NC31 规范不同打捞管柱不同4主要结构它是长锥形整体结构，可分成接头和打捞丝扣两部分5技术性能要求1、打捞螺纹表面硬度：HRC60 —652、冲击韧性 > 58.8J/cm2,3、抗拉极限> 932KN6用途及使用范围专门从落物内孔进行造扣打捞，在为140mm 套管内打捞为30mm —为75mm 带接箍油管和钻杆7原理当公锥进入落物内孔之后，加以适当的钻压并转动钻具，迫使打捞丝扣挤压吃入落鱼内壁进行造扣，当所造扣能承受一定拉力和扭矩时，则可采取上提或倒扣的办法将落物全部或部分捞岀SY5115--921名称母锥备注2型号MZ —NC313技术规范参数1、规范：为114mm x 为97mmx 为62mmx 720mm 2、连接扣型NC31 规范不同打捞管径不相同4 主要结构它是长筒型整体结构，由接头、本体两部分组成5 技术性能要求1打捞螺纹表面硬度HRC=60--652、冲击韧性> 543、抗拉极限 > 932kN6 用途及使用范围专门从落物处壁进行造扣打捞的工具，在为140mm 套管内打捞为92mm —为67mm 管、杆落物7 原理当落物进入母锥之后，加适当钻压，并转动钻具迫使打捞丝扣挤压吃入落物外壁进行造扣，当所造扣能承受一定拉力和扭距时，则可采取上提或倒扣办法将落物或部分捞出滑块捞矛SY/T5069 —20001名称滑块捞矛备注2型号LM —D105 X 73 X800 D —代表单滑块S—代表双滑块DSO —代表单滑块带水眼NSO —代表三滑块引一代表引鞋筒的滑块规范不同所捞管柱不同3 技术规范参数1、规范：为105mm x 800mm2、连接螺纹：NC313、打捞内径：为58mm 〜为62mm4 主要结构上接头、矛杆、滑牙块、锁块、螺钉5 技术性能要求许用拉力440KN6 用途及使用范围它是从鱼腔内进行打捞的工具，在为140mm 套管内打捞为73mm 带接箍油管7 原理当滑块进入鱼腔内后，滑块依靠自重向下滑动，使其打捞尺寸加大，直至与鱼腔内壁接触为止，上提矛杆时，斜面向上运动所产生的径向分力迫使滑块咬入落物内壁抓住落物。

国外新一代超深井钻井设备介绍2009-05-07 23:03:09来源：国际船舶网评论：0 点击：36一、国外第五、第六代钻井平台(船)配备超深井钻井设备的主要技术特点(1)钻井设备的动力源为长寿命、少维修、低排放(电脑控制的电喷技术)的大功率柴油发电机机组；(2)钻井设备(含钻机绞车、转盘、TDS和泥浆泵等)采用大功率(钻机绞车驱动功率一般≥3,000hp~7,200hp；单台泥浆泵驱动功率一般≥2,200hp；TDS功率一般≥1,000hp)、数控变频驱动技术；而静液驱动由于驱动马达尺寸小、重量轻、旋转惯性力小、恒功率调速范围大、便于安全控制负荷等一系列优点，也是采用和发展的重点。

(3)钻井设备(含钻机绞车、转盘、TDS和泥浆泵等)采用双套装备，便于采用梯度钻井工艺技术以明显节约钻井施工时间。

(4)浮动式钻井的水下钻井设备配备了五高性能：①高抗弯能力的联结器和套管头：为适应超深水钻井，.防喷器组下联结器和套管头均采用了高抗弯能力的设计，如维高(Vetco )公司18-3/4 in ExF H4型联结器的抗弯载荷：3.1百万ft-lbs；卡姆伦(Cameron)生产的卡爪式联接器在10,000psi工作压力和2,000千磅拉力下的弯矩(ft-lb)为10.3百万ft-lbs。

②高强度和耐压浮力块的隔水管：为适应超深水钻井，相应研制了高强度和耐压浮力块的隔水管。

③高张紧力的隔水管张紧器；如Shaffer的双缸型隔水管张紧器张紧力达250千磅(补偿行程66ft)。

④高可靠度的BOP组第4代数字编码控制系统。

⑤高可靠度ROV。

配合海底BOP控制，发展了适应海底用ROV控制(配合海底蓄能器)的控制系统等。

(5)浮动式钻井的水面钻柱运动补偿器系统采用游车型或天车型大补偿能力〔600,000 lbs(2,670kN) ~ 1,000,000 lbs(4,450 kN ) 〕和长补偿行程〔20ft(6.1m)~ 25 ft(7.62m) 〕。

国外先进超深井钻井设备介绍（上）一、国外第五、第六代钻井平台(船)配备超深井钻井设备的主要技术特点(1)钻井设备的动力源为长寿命、少维修、低排放(电脑控制的电喷技术)的大功率柴油发电机机组；(2)钻井设备(含钻机绞车、转盘、TDS和泥浆泵等)采用大功率(钻机绞车驱动功率一般≥3,000hp~7,200hp；单台泥浆泵驱动功率一般≥2,200hp；TDS功率一般≥1,000hp)、数控变频驱动技术；而静液驱动由于驱动马达尺寸小、重量轻、旋转惯性力小、恒功率调速范围大、便于安全控制负荷等一系列优点，也是采用和发展的重点。

(3)钻井设备(含钻机绞车、转盘、TDS和泥浆泵等)采用双套装备，便于采用梯度钻井工艺技术以明显节约钻井施工时间。

(4)浮动式钻井的水下钻井设备配备了五高性能：①高抗弯能力的联结器和套管头：为适应超深水钻井，.防喷器组下联结器和套管头均采用了高抗弯能力的设计，如维高(Vetco )公司18-3/4 in ExF H4型联结器的抗弯载荷：3.1百万ft-lbs；卡姆伦(Cameron)生产的卡爪式联接器在10,000psi工作压力和2,000千磅拉力下的弯矩(ft-lb)为10.3百万ft-lbs。

②高强度和耐压浮力块的隔水管：为适应超深水钻井，相应研制了高强度和耐压浮力块的隔水管。

③高张紧力的隔水管张紧器；如Shaffer的双缸型隔水管张紧器张紧力达250千磅(补偿行程66ft)。

④高可靠度的BOP组第4代数字编码控制系统。

⑤高可靠度ROV。

配合海底BOP控制，发展了适应海底用ROV控制(配合海底蓄能器)的控制系统等。

(5)浮动式钻井的水面钻柱运动补偿器系统采用游车型或天车型大补偿能力…600,000lbs(2,670kN) ~ 1,000,000 lbs(4,450 kN ) ‟和长补偿行程…20ft(6.1m)~ 25 ft(7.62m) ‟。

(6)浮动式钻井的立管采用专用立式(或卧式)储存的起重、运送和排放系统。

钻井工具1. 简介钻井工具是在石油钻井过程中使用的工具和设备的总称。

它们用于完成不同的任务，包括从地表到井口、从井口到井底以及在井底进行各种操作。

钻井工具是石油钻井中极为重要的组成部分，其质量和性能直接影响到钻井操作的效率和结果。

本文将介绍钻井工具的几个主要类型和功能。

2. 钻井工具的分类根据功能和作用，钻井工具可以分为以下几个主要类型：2.1 钻头钻头是钻井工具中最常用的一种工具。

它用于在井底进行钻井操作，将地层破碎并将岩屑带到地表。

钻头通常由钠陶石、钻石或硬质合金制成，并具有不同的形状和结构，以适应不同的钻井条件和地层类型。

2.2 钻杆钻杆是将钻头和钻井液系统与上部设备连接的关键组件。

它由许多节的钻杆连接而成，可以根据需求增加或减少长度。

钻杆必须具有足够的刚度和强度，以承受井深和地层压力带来的负载。

钻井液系统是钻井过程中使用的液体循环系统，用于冷却钻头、清除岩屑、控制井底压力和稳定井壁等。

它通常由钻井液池、泥浆搅拌器、泥浆泵和泥浆处理设备等组成。

2.4 钻井管柱钻井管柱是通过钻杆和连接件连接起来的长管，用于输送钻头和钻杆到井底。

钻井管柱必须具有足够的刚度和强度，以承受井深和地层压力带来的负载。

它通常由无缝钢管或焊接钢管制成。

2.5 钻井辅助工具钻井辅助工具包括各种用于辅助钻井操作的工具和设备，如钻井测量工具、取心工具、串扣工具等。

它们用于数据采集、岩心采样、杆柱连接等操作。

3. 钻井工具的功能钻井工具在钻井过程中具有以下几个主要功能：3.1 钻进钻进是钻井过程中最主要的功能之一。

钻头通过旋转和下压的方式，将地层破碎并将岩屑带到地表。

钻井工具的设计和性能直接影响到钻进的效率和成效。

钻井液循环是钻井过程中非常重要的功能之一。

钻井液通过泥浆泵和管道系统循环流动，冷却钻头、清除岩屑、控制井底压力和稳定井壁等。

钻井液的性能和品质对钻井过程的安全和效率都有重要影响。

3.3 井下测量和取心钻井工具中的测量工具可以提供井深、钻进速度、地层参数等数据，帮助钻井人员了解井口和井底的状况。

国内外深井、超深井井下工具简介按照我们国家对深井、超深井的界定，深井是指井深大于4500m 的井，超深井是指井深6000m以上的井。

迄今，世界上最深的井为前苏联的SC-3井，井深12869m。

目前，美国深井、超深井的钻井水平大致为：5000m的井完井周期3个月，6000m的井完井周期6个月，7000m的井完井周期12个月。

深井、超深井对钻井的方方面面都是一个极为严峻的挑战，其关键技术包括：先进的地震技术以及对地震资料的准确判读与分析；对邻井钻井资料的全面采集、处理和利用；功率、功能强大且易于控制的钻机设备；先进的数据采集、分析系统和先进的用于不同目的的井下工具；科学合理的钻井设计；成熟的钻井工艺技术；高温高压泥浆体系；科学、强化的生产技术管理等。

随着世界范围内深井、超深井钻井数量与钻井难度的逐年递增，国内外各大石油公司近几年先后开发研制出了用于深井、超深井防斜打直、提高钻速、井眼轨迹和井下参数测量与控制、井眼扩大规整、刚体膨胀管补救、深井扩孔等先进的井下工具，现一一简单介绍如下：1、井下动力钻具---用于提高机械钻速●国产螺杆钻具耐温低，仅能用于上部井段；●BakerHughes INTEQ的高速螺杆钻具采用新的橡胶定子制造工艺，耐温190℃，且转速与排量成正比，输出功率是涡轮钻具的两倍多；●俄罗斯的带齿轮减速箱新型涡轮钻具耐温可达250℃∽300℃；●美国Manurer公司为钻高温地热井研制的齿轮减速涡轮钻具成功钻成了温度高达316℃的地热井；2、旋冲钻井工具---用于提高机械钻速●国内：厂家众多，成熟较少，究其原因，主要有三：一是寿命短，二是无匹配之钻头，三是无深部极硬之地层，故效果不明显。

现场应用最好当属江苏东海的科钻1井，但该井具以下特点：连续取心，工具一次下井工作时间短；钻头为孕镶式天然金刚石取心钻头，抗冲击能力强；地层为非沉质岩地层，硬度高、可钻性差、研磨性强，故应用效果明显；●国外有适合于地层、同时也适合于工具的专用钻头，如图1。

现场钻井工具微台阶尾管悬挂器这种悬挂器是由微台阶形式将尾管柱悬挂于上层套管中的尾管座台阶上。

该工具分为碰压式和非碰压式两种。

微台阶尾管悬挂器靠尾管座和尾管挂的微台阶将尾管悬挂于上层套管上。

这种尾管悬挂器悬挂成功率达100％。

与其它尾管悬挂器相比有如下特点：1、性能可靠，悬挂力大；2、结构简单，重量轻，价格便宜；3、使用碰压式尾管悬挂器能控制尾管外返上的水泥高度，保证固井质量；4、管外环空过水面积大，施工泵压低，可避免堵憋漏现象；5、操作方便。

微台阶尾管悬挂器型号主要参数型式销钉剪断泵压MPa封隔器密封压力MPa上端螺纹下端螺纹悬挂力（KN）总长mm送入接头反扣螺纹代号旋合圈数FFJT型浮阀接头浮阀接头是石油钻井必备工具之一。

浮阀接头连接在钻头上部，接头内浮阀总成紧靠钻头连接螺纹，也可连接在钻柱需要的地方。

其主要功能是：防止接单根时泥浆带入钻屑、泥沙倒灌，堵塞钻头水眼；当发生井喷、井涌时，浮阀总成阀盖自动将水眼关闭，防止了管柱内井喷事故的发生。

结构：浮阀接头主要由接头体、浮阀总成二大部分组成，具体结构参见浮阀接头结构示意图。

浮阀总成有板式浮阀和箭型浮阀二种，结构见示意图。

浮阀接头及浮阀总成技术参数（API）超级震击器CSJ型超级震击器是八十年代推出的一种先进的打捞震击工具。

该工具应用了液压和机械原理，采用了先进的工艺技术，集中了各类打捞震击工具的优点，它结构紧凑，性能稳定，便于调节(其震击力可由上提拉力的大小自由调节），使用方便，安全可靠。

它是石油、地质勘探钻井工程中新型的向上震击工具。

规格系列及性能参数接头螺纹NC38 NC50 11/2 ＂FH 6 5/8 ＂REG 重量(kg) 340 420 480 56077/8 X7”IA型尾管悬挂器液压式尾管悬挂器是固井过程通过液压传动的卡瓦实现悬挂尾管的固井工具，悬挂尾管可靠，节省套管，经济效益显著。

悬挂器主体主要零件有回接筒、反扣接头、密封套、7”短节、锥体、卡瓦、固定环、长推杆、短推杆、弹簧、剪销I、环形活塞和液缸主体等组成。