3.3　鉆　　具

鉆具是指方鉆桿以下（含方鉆桿）鉆頭以上（含鉆頭）各部分工具的總稱。其基本組成部分是方鉆桿、鉆桿、鉆鋌、各種接頭及鉆頭。在鉆井中通常把方鉆桿、鉆桿、鉆鋌等用各種接頭連接起來入井管串稱為鉆柱。

3.3.1　方鉆桿

3.3.1.1　方鉆桿的結構及作用

方鉆桿位于鉆柱的最上端，上端與水龍頭相連，下端與鉆桿相接。方鉆桿斷面呈正方形或六方形，大型石油鉆機都用正方形的，其目的是便于傳遞扭矩。方鉆桿兩端均為粗螺紋，上端是左旋螺紋，下端是右旋螺紋，其目的是防止鉆進過程中自動卸螺紋。為了接單根后方鉆桿的方部能進入方補心，要求它比單根長2～3m，故方鉆桿的長度為13～14.5m。

方鉆桿的主要作用是傳遞扭矩和承受井內鉆具的重量。要求方鉆桿具有較髙的抗扭強度和抗拉強度，所以用優質合金鋼制成，其壁厚為鉆桿的2～3倍。

3.3.1.2　方鉆桿的規范

根據方鉆桿兩端接頭連接的不同，分為有細螺紋方鉆桿和無細螺紋方鉆桿。目前我國都采用無細螺紋方鉆桿，它是將上下接頭與本體對焊連接或將接頭和方鉆桿制成一體。

方鉆桿的公稱尺寸是指方形邊的邊寬。通常在其兩端分別加入保護接頭。

3.3.2　鉆桿

鉆桿是鉆柱的基本組成部分，工作時位于方鉆桿與鉆鋌之間。鉆桿由無縫合金鋼管制成，壁厚一般為9～11mm。按其兩端與鉆桿接頭的連接方式分為細螺紋鉆桿和無細螺紋鉆桿（對焊鉆桿），目前國內外鉆井普遍使用對焊鉆桿。兩端分別接有內外粗螺紋鉆桿接頭的一根鉆桿，現場習慣稱單根。我國常用的單根長9m左右，本體壁厚9～11mm。

為了加強鉆桿與接頭部分的連接強度，分別在鉆桿本體兩端進行加厚。鉆桿加厚形式有內加厚、外加厚、內外加厚。

鉆桿的公稱尺寸為鉆桿本體外徑。國產鉆桿采用公制，API規定標準采用英制。正常鉆進時所用鉆桿都是右旋螺紋，但處理事故時也會用到左旋螺紋鉆桿。

3.3.3　鉆鋌

3.3.3.1　鉆鋌的結構及作用

鉆鋌是用高合金鋼制成的，其壁厚一般是38～52mm，相當于鉆桿的4～6倍，所以單位長度重量大，且具有較高的強度。鉆鋌的主要作用是給鉆頭施加壓力和防止井斜。

3.3.3.2　鉆鋌的規范

鉆鋌兩端都是粗螺紋。由于其受力復雜，受交變彎曲載荷，特別是外螺紋臺肩和內螺紋基部螺紋根處都是應力集中的地方，所以兩端都有應力減輕槽，以提高鉆鋌的使用壽命。

3.3.4　接頭

鉆井所用接頭有多種，可分為連接接頭（鉆桿接頭）、配合接頭、保護接頭、普通接頭（直接頭）、特殊接頭（彎接頭）等。

3.3.4.1　鉆桿接頭

（1）鉆桿接頭的結構及作用

鉆桿接頭是鉆桿的組成部分，用以連接鉆桿。現在常用的是對焊鉆桿接頭，它一端為粗螺紋（外螺紋或內螺紋），另一端無螺紋并與鉆桿對焊在一起。

對焊鉆桿接頭外徑大于鉆桿本體外徑，螺紋要經常上卸，要求其具有較髙的耐磨性和強度，因此接頭要用比鉆桿高級的合金鋼制造（如35鉻鉬鋼、40鉻鉬鋼、36鉻鉬鎳等）。其作用是連接鉆柱，便于上卸螺紋。

（2）鉆桿接頭的類型

根據鉆桿接頭內徑和鉆桿本體內徑的關系，鉆桿接頭可分為內平式、貫眼式和正規式三類。

內平式接頭　適用于外加厚及內外加厚鉆桿，鉆井液通過時阻力小，有利于水力功率的利用，但因接頭外徑大，易于磨損，強度較低。

貫眼式接頭　適用于內外加厚鉆桿及內加厚鉆桿，鉆井液流過時阻力較內平式大，但磨損較內平式小。

正規式接頭　適用于內加厚鉆桿，鉆井液流過時阻力最大，但磨損小，強度較高。

我國通常用三位數字表示接頭類型。第一位數字表示鉆桿本體外徑，如2，3，4，5，6分別表示2in、3in、4in，5in、5in、5in，6in的鉆桿；第二位數字表示接頭類型，1、2、3分別表示內平式、貫眼式、正規式；第三位數字表示內外螺紋，1、0分別表示外螺紋、內螺紋。例如420接頭代表4in貫眼式內螺紋鉆桿接頭。

還可用字母表示接頭類型。國產接頭用NP、GY、ZG分別表示內平式、貫眼式、正規式。API制接頭用IF、FH、REG分別表示內平式、貫眼式、正規式。

3.3.4.2　配合接頭

配合接頭是用于連接不同尺寸或不同螺紋型號鉆具的，如連接不同尺寸或不同螺紋的鉆具。其螺紋型號表示方法同鉆桿接頭一樣。

3.3.4.3　保護接頭

保護接頭是一種對鉆具起保護作用的特殊配合接頭。它同鉆具連接后，其某一端螺紋一般不卸開，從而保護了所連接鉆具的螺紋。保護接頭通常用在較重要的位置，如方鉆桿兩端、鉆桿與鉆鋌之間等。

要正確地連接鉆柱，必須首先準確地識別接頭的類型，然后按照尺寸相等、螺紋型號相同、內外螺紋相配的原則進行連接。

如何識別接頭類型呢？一般先看接頭體上的標記槽，槽寬10mm、槽深1～1.5mm，右旋螺紋接頭有一道槽，左旋螺紋接頭有兩道槽。在標記槽內用鋼字碼打有具體的尺寸和類型代號，如421、520、631等。當無鋼字碼或看不清時，可用卡尺量接頭有關尺寸，然后查表確定。現場也常用接頭尺確定。

3.3.5　鉆頭

鉆頭是破碎巖石的主要工具，位于鉆柱的最下端，其主要作用是破碎巖石形成井眼。為了滿足不同鉆進工藝、不同巖性地層以及提髙鉆井速度和降低鉆井成本的需要，研制出了多種類型的鉆頭。按結構可分為刮刀鉆頭、牙輪鉆頭、金剛石鉆頭、PDC鉆頭等；按功用可分為全面鉆進用鉆頭（全徑鉆頭）、環形破巖用鉆頭（取心鉆頭）；按破巖作用可分為切削型、沖擊型、沖擊切削型（復合型）等。除上述分類外，還有其他分類。

目前使用最廣泛的是牙輪鉆頭，PDC鉆頭在多數油田也得到了廣泛使用。

3.3.5.1　刮刀鉆頭

刮刀鉆頭是旋轉鉆井早期普遍使用的鉆頭，它具有結構簡單、制造方便、成本低廉等特點，在低硬度、高塑性地層中使用時，能夠取得很高的鉆速及進尺。勝利油田鉆井工藝研究院1979年研制出一只人造聚晶金剛石刮刀鉆頭，創造了3135.87m的最高鉆進記錄。

刮刀鉆頭在較硬和含硬質結核、硬夾層的地層鉆進時效率大大降低，因轉動不均會對鉆具和地面設備造成不良影響，而且易發生井斜，井身質量差。

刮刀鉆頭可分為雙翼、三翼、四翼刮刀鉆頭，全徑刮刀鉆頭，取心刮刀鉆頭等。其基本組成是上鉆頭體、下鉆頭體、水眼（噴嘴）、刀翼。

3.3.5.2　牙輪鉆頭

牙輪鉆頭是使用最廣泛的鉆頭，適用于從軟到硬的各種地層。牙輪鉆頭破巖時扭矩小，轉動平穩，對鉆具及地面設備的危害小；工作刃較刮刀鉆頭長，減少了磨損，延長了使用壽命。但其結構較復雜，制造較刮刀鉆頭困難，成本較高。牙輪鉆頭的基本組成是鉆頭體、巴掌（牙爪）、牙輪、軸承、水眼（噴嘴）、儲油密封潤滑系統。

牙輪鉆頭分為單牙輪鉆頭、雙牙輪鉆頭、三牙輪鉆頭、多牙輪鉆頭等。其中使用最多的是三牙輪鉆頭，它的三個牙輪錐體按120°夾角對稱分布。牙輪鉆頭還可分為全面鉆進牙輪鉆頭、取心牙輪鉆頭、銑齒牙輪鉆頭、鑲齒牙輪鉆頭、滾動軸承牙輪鉆頭、滑動軸承牙輪鉆頭等。

3.3.5.3　金剛石鉆頭

金剛石鉆頭是指用金剛石顆粒作切削元件的鉆頭。起初它僅在堅硬、高研磨性地層中使用，經改進后，在中硬及軟地層中也取得了良好的工作效果。金剛石鉆頭的基本組成是鉆頭體（鋼體）、胎體、金剛石切削刃。

3.3.5.4　PDC鉆頭

PDC鉆頭是采用聚晶人造金剛石與碳化鎢的復合塊作切削元件的鉆頭的簡稱。它出現于20世紀70年代，由于優點很多，所以得到了迅速推廣。它適用于軟到中硬地層，在較低的鉆壓、較高的轉速下工作可獲得較高的鉆頭進尺和較低的單位進尺成本。PDC鉆頭分為鋼體PDC鉆頭與碳化鎢胎體PDC鉆頭。PDC鉆頭的基本組成是鉆頭體和切削齒。