3.3　钻　　具

钻具是指方钻杆以下（含方钻杆）钻头以上（含钻头）各部分工具的总称。其基本组成部分是方钻杆、钻杆、钻铤、各种接头及钻头。在钻井中通常把方钻杆、钻杆、钻铤等用各种接头连接起来入井管串称为钻柱。

3.3.1　方钻杆

3.3.1.1　方钻杆的结构及作用

方钻杆位于钻柱的最上端，上端与水龙头相连，下端与钻杆相接。方钻杆断面呈正方形或六方形，大型石油钻机都用正方形的，其目的是便于传递扭矩。方钻杆两端均为粗螺纹，上端是左旋螺纹，下端是右旋螺纹，其目的是防止钻进过程中自动卸螺纹。为了接单根后方钻杆的方部能进入方补心，要求它比单根长2～3m，故方钻杆的长度为13～14.5m。

方钻杆的主要作用是传递扭矩和承受井内钻具的重量。要求方钻杆具有较髙的抗扭强度和抗拉强度，所以用优质合金钢制成，其壁厚为钻杆的2～3倍。

3.3.1.2　方钻杆的规范

根据方钻杆两端接头连接的不同，分为有细螺纹方钻杆和无细螺纹方钻杆。目前我国都采用无细螺纹方钻杆，它是将上下接头与本体对焊连接或将接头和方钻杆制成一体。

方钻杆的公称尺寸是指方形边的边宽。通常在其两端分别加入保护接头。

3.3.2　钻杆

钻杆是钻柱的基本组成部分，工作时位于方钻杆与钻铤之间。钻杆由无缝合金钢管制成，壁厚一般为9～11mm。按其两端与钻杆接头的连接方式分为细螺纹钻杆和无细螺纹钻杆（对焊钻杆），目前国内外钻井普遍使用对焊钻杆。两端分别接有内外粗螺纹钻杆接头的一根钻杆，现场习惯称单根。我国常用的单根长9m左右，本体壁厚9～11mm。

为了加强钻杆与接头部分的连接强度，分别在钻杆本体两端进行加厚。钻杆加厚形式有内加厚、外加厚、内外加厚。

钻杆的公称尺寸为钻杆本体外径。国产钻杆采用公制，API规定标准采用英制。正常钻进时所用钻杆都是右旋螺纹，但处理事故时也会用到左旋螺纹钻杆。

3.3.3　钻铤

3.3.3.1　钻铤的结构及作用

钻铤是用高合金钢制成的，其壁厚一般是38～52mm，相当于钻杆的4～6倍，所以单位长度重量大，且具有较高的强度。钻铤的主要作用是给钻头施加压力和防止井斜。

3.3.3.2　钻铤的规范

钻铤两端都是粗螺纹。由于其受力复杂，受交变弯曲载荷，特别是外螺纹台肩和内螺纹基部螺纹根处都是应力集中的地方，所以两端都有应力减轻槽，以提高钻铤的使用寿命。

3.3.4　接头

钻井所用接头有多种，可分为连接接头（钻杆接头）、配合接头、保护接头、普通接头（直接头）、特殊接头（弯接头）等。

3.3.4.1　钻杆接头

（1）钻杆接头的结构及作用

钻杆接头是钻杆的组成部分，用以连接钻杆。现在常用的是对焊钻杆接头，它一端为粗螺纹（外螺纹或内螺纹），另一端无螺纹并与钻杆对焊在一起。

对焊钻杆接头外径大于钻杆本体外径，螺纹要经常上卸，要求其具有较髙的耐磨性和强度，因此接头要用比钻杆高级的合金钢制造（如35铬钼钢、40铬钼钢、36铬钼镍等）。其作用是连接钻柱，便于上卸螺纹。

（2）钻杆接头的类型

根据钻杆接头内径和钻杆本体内径的关系，钻杆接头可分为内平式、贯眼式和正规式三类。

内平式接头　适用于外加厚及内外加厚钻杆，钻井液通过时阻力小，有利于水力功率的利用，但因接头外径大，易于磨损，强度较低。

贯眼式接头　适用于内外加厚钻杆及内加厚钻杆，钻井液流过时阻力较内平式大，但磨损较内平式小。

正规式接头　适用于内加厚钻杆，钻井液流过时阻力最大，但磨损小，强度较高。

我国通常用三位数字表示接头类型。第一位数字表示钻杆本体外径，如2，3，4，5，6分别表示2in、3in、4in，5in、5in、5in，6in的钻杆；第二位数字表示接头类型，1、2、3分别表示内平式、贯眼式、正规式；第三位数字表示内外螺纹，1、0分别表示外螺纹、内螺纹。例如420接头代表4in贯眼式内螺纹钻杆接头。

还可用字母表示接头类型。国产接头用NP、GY、ZG分别表示内平式、贯眼式、正规式。API制接头用IF、FH、REG分别表示内平式、贯眼式、正规式。

3.3.4.2　配合接头

配合接头是用于连接不同尺寸或不同螺纹型号钻具的，如连接不同尺寸或不同螺纹的钻具。其螺纹型号表示方法同钻杆接头一样。

3.3.4.3　保护接头

保护接头是一种对钻具起保护作用的特殊配合接头。它同钻具连接后，其某一端螺纹一般不卸开，从而保护了所连接钻具的螺纹。保护接头通常用在较重要的位置，如方钻杆两端、钻杆与钻铤之间等。

要正确地连接钻柱，必须首先准确地识别接头的类型，然后按照尺寸相等、螺纹型号相同、内外螺纹相配的原则进行连接。

如何识别接头类型呢？一般先看接头体上的标记槽，槽宽10mm、槽深1～1.5mm，右旋螺纹接头有一道槽，左旋螺纹接头有两道槽。在标记槽内用钢字码打有具体的尺寸和类型代号，如421、520、631等。当无钢字码或看不清时，可用卡尺量接头有关尺寸，然后查表确定。现场也常用接头尺确定。

3.3.5　钻头

钻头是破碎岩石的主要工具，位于钻柱的最下端，其主要作用是破碎岩石形成井眼。为了满足不同钻进工艺、不同岩性地层以及提髙钻井速度和降低钻井成本的需要，研制出了多种类型的钻头。按结构可分为刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头、PDC钻头等；按功用可分为全面钻进用钻头（全径钻头）、环形破岩用钻头（取心钻头）；按破岩作用可分为切削型、冲击型、冲击切削型（复合型）等。除上述分类外，还有其他分类。

目前使用最广泛的是牙轮钻头，PDC钻头在多数油田也得到了广泛使用。

3.3.5.1　刮刀钻头

刮刀钻头是旋转钻井早期普遍使用的钻头，它具有结构简单、制造方便、成本低廉等特点，在低硬度、高塑性地层中使用时，能够取得很高的钻速及进尺。胜利油田钻井工艺研究院1979年研制出一只人造聚晶金刚石刮刀钻头，创造了3135.87m的最高钻进记录。

刮刀钻头在较硬和含硬质结核、硬夹层的地层钻进时效率大大降低，因转动不均会对钻具和地面设备造成不良影响，而且易发生井斜，井身质量差。

刮刀钻头可分为双翼、三翼、四翼刮刀钻头，全径刮刀钻头，取心刮刀钻头等。其基本组成是上钻头体、下钻头体、水眼（喷嘴）、刀翼。

3.3.5.2　牙轮钻头

牙轮钻头是使用最广泛的钻头，适用于从软到硬的各种地层。牙轮钻头破岩时扭矩小，转动平稳，对钻具及地面设备的危害小；工作刃较刮刀钻头长，减少了磨损，延长了使用寿命。但其结构较复杂，制造较刮刀钻头困难，成本较高。牙轮钻头的基本组成是钻头体、巴掌（牙爪）、牙轮、轴承、水眼（喷嘴）、储油密封润滑系统。

牙轮钻头分为单牙轮钻头、双牙轮钻头、三牙轮钻头、多牙轮钻头等。其中使用最多的是三牙轮钻头，它的三个牙轮锥体按120°夹角对称分布。牙轮钻头还可分为全面钻进牙轮钻头、取心牙轮钻头、铣齿牙轮钻头、镶齿牙轮钻头、滚动轴承牙轮钻头、滑动轴承牙轮钻头等。

3.3.5.3　金刚石钻头

金刚石钻头是指用金刚石颗粒作切削元件的钻头。起初它仅在坚硬、高研磨性地层中使用，经改进后，在中硬及软地层中也取得了良好的工作效果。金刚石钻头的基本组成是钻头体（钢体）、胎体、金刚石切削刃。

3.3.5.4　PDC钻头

PDC钻头是采用聚晶人造金刚石与碳化钨的复合块作切削元件的钻头的简称。它出现于20世纪70年代，由于优点很多，所以得到了迅速推广。它适用于软到中硬地层，在较低的钻压、较高的转速下工作可获得较高的钻头进尺和较低的单位进尺成本。PDC钻头分为钢体PDC钻头与碳化钨胎体PDC钻头。PDC钻头的基本组成是钻头体和切削齿。