鉆柱的概念

     鉆柱是方鉆桿到鉆頭全部井下鉆具的總稱，由方鉆桿、鉆桿、鉆鋌、穩定器接頭及其他各種附件組成。作用是起下鉆頭，向鉆頭傳遞破碎巖石所需的機械能量，給井底施加鉆壓，向井內輸送洗井液及進行其他井下作業。鉆柱一旦出現事故，會帶來一定的經濟損失。因此管理好、使用好、選擇合理的鉆具組合在鉆井過程中尤為重要。

鉆柱的功能
  1）提供鉆井液流動通道；    

  2）給鉆頭提供鉆壓；

  3）傳遞扭矩；  

  4）起下鉆頭；  

  5）計量井深。 

  6）觀察和了解井下情況（鉆頭工作情況、井眼狀況、地層情況）；

  7）進行其它特殊作業（取芯、擠水泥、打撈等）；

  8）鉆桿測試 (Drill-Stem Testing),又稱中途測試。

鉆柱工作狀態 
     在鉆井過程中，鉆柱是在起下鉆和正常鉆進兩種工序中交替工作的。在起下鉆時，鉆柱處于受拉狀態；而在鉆進時狀態比較復雜，處于受拉、壓、扭等狀態。在轉盤鉆進時，鉆柱的工作狀態和受力尤其復雜，鉆柱好似一根細長的旋轉軸。在部分自重產生的軸向壓力作用下，下部鉆柱不穩定而呈彎曲狀態，由于受到井眼的限制，可產生多次彎曲；上部鉆柱由于旋轉產生的離心力作用也不保持直線狀態，再加上扭距的作用，整個鉆柱呈一個近似螺旋曲線的形式進行著復雜的旋轉運動。

常用鉆具 
1、方鉆桿(kelly) 
    方鉆桿位于鉆柱的最上端，其主要作用是傳遞扭距和承受鉆柱的總量。方鉆桿的驅動部分端面分為正方形和正六邊形，石油鉆井中用的最多的是正方形，水眼為正六邊形，由于壁厚比鉆桿大三倍左右，并用高強度的合金鋼制造,因此具有較高的抗拉強度與抗扭強度。 

2、鉆桿(drill pipe) 
    鉆桿是鉆柱的基本組成部分，它主要用于傳遞扭距和輸送鉆井液。現用鉆桿的管體與接頭是采用對焊方法連接在一起的。為了增大接頭處的強度，管體兩端對焊部分是加厚的，加厚形式有內加厚、外加厚、內外加厚三種。 
    內加厚的縮小管體兩端的內徑以增加管壁厚度，這種鉆桿外徑是一致的，接頭外徑也 不太大，在井中旋轉時，接頭與井壁接觸較小，磨損也較小，但因其加厚部分內徑較管體內徑小,增加了鉆井液循環時的流動阻力。

    外加厚鉆桿的內徑是一致的，但管體兩端的外徑加大，這種鉆桿接頭的外徑比同尺寸鉆桿接頭的外徑大，在井內旋轉時增加了接頭于井壁的接觸摩擦，易磨損；由于這種鉆桿內徑與管體內徑一致，循環鉆井液時流動阻力較小。 
    內外加厚鉆桿，是將管體兩端的內徑縮小，外徑增大，以增加兩端管體的壁厚。這種結構的鉆桿綜合了以上兩種結構鉆桿的優點。

3、 加重鉆桿(extra-weight drill pipe) 
     加重鉆桿特點是壁厚比普通鉆桿增加了2倍以上，其接頭體比普通鉆桿長，管體中部還有特制的耐磨輥。加重鉆桿主要用于一下幾個方面: 
1) 用于鉆鋌和鉆桿的過渡區，緩和兩者彎曲應力的變化，以減少鉆桿的損壞；

2) 在小井眼鉆井中代替鉆鋌，操作方便；
3) 在定向井中代替大部分鉆鋌，以減少扭距和粘附卡鉆等的發生,從而降低成本,同時有利于保持定向井的方位。由于鉆鋌與緊閉接觸面積大，當轉動時與井壁發生很大的摩擦力，因而使井眼有偏轉的趨勢，當用加重鉆桿代替鉆鋌時，可以減少這種可能，因而有利于保持定向井的方位。 

4、 鉆鋌(drill collar) 
   鉆鋌是鉆柱的主要組成部分之一，其作用是給鉆頭提供鉆壓，同時使下部鉆具組合有較大的剛度，從而使鉆頭工作穩定，并有利于克服井斜問題。鉆鋌分類:

1) 圓柱式:用普通合金鋼制成，管體橫截面內外皆為圓形的鉆鋌；

2) 螺旋式: 用普通合金鋼制成，管體外表面具有螺旋槽的鉆鋌； 
3) 無磁式:用磁導率很低的不銹合金鋼制成，管體橫截面內外徑均為圓形的鉆鋌。鉆鋌的種類還有方鉆鋌和無磁螺旋鉆鋌等。 

5、螺旋鉆鋌(spiral dirll collar) 
    螺旋鉆鋌的作用是可以減少粘附卡鉆發生，它的圓鉆鋌外圓柱上面加工出三條右旋螺旋槽，在外螺紋接頭部分留有一段305-560mm和內螺紋端接頭部分留有475-610mm的不切槽的圓鉆鋌段，其重量比同尺寸的圓鉆鋌減少4%。螺旋鉆鋌未列入API標準，但國外已有不少廠家生產，國產鉆鋌也已經正式投入生產，其規格尺寸和國外產品相同。 

6、 鉆具穩定器(stablizer) 
1) 穩定器俗稱扶正器，在鉆柱中適合的位置安放一定數量的穩定器組成鉆柱的下部鉆具組合，能夠在鉆直井時防止井斜，鉆定向井時控制井眼軌跡。

2) 使用穩定器能夠起到提高鉆頭工作穩定性的作用，從而使鉆頭的使用壽命延長，這對金剛石鉆頭尤為重要。

• 常用的穩定器分為：三滾輪穩定器、可換套穩定器、整體螺旋穩定器、整體直棱穩定器四種 。

7、 無磁鉆鋌(non-magnetic drill collar) 
     無磁鉆鋌的結構與一般的鉆鋌相同，只是化學成分和機械性能等有別于普通鉆鋌。無磁鉆鋌是定向井工程中具有特殊功能的鉆具。定向井用磁力測斜儀測定井眼傾斜角和方位角時，為使羅盤不受鉆柱磁場的影響，在鉆柱中必須配備一定長度的無磁鉆鋌，使磁力測斜儀位于無磁鉆鋌內合適的位置進行測斜，否則不能得到正確的測量結果。 

8、 鉆具組合(drill assembly) 
    鉆具是連通地面和井下的樞紐。在轉盤鉆井時，靠鉆柱來傳遞破碎巖石所需的能量，給井底施加鉆壓，以及定井內輸送鉆井液等。在使用井下動力鉆具鉆井時,它承受井下動力鉆具的反扭距，同時給井下動力鉆具輸送液體能量。鉆具由不同的部件構成，他的組成隨著鉆井條件和方法的不同而有所區別。基本組成部件有：方鉆桿、鉆桿、鉆鋌、鉆桿穩定器及轉換接頭等。隨著鉆井先進工藝的不斷發展，對鉆柱的結構和性能要求越來越高，必須選擇可靠性的鉆柱。 

常用的基礎鉆具組合（BHA）

1、滿眼鉆具組合 

     滿眼鉆具組合又稱剛性配合鉆具或剛性滿眼鉆具，是一種安裝在鉆柱下部的剛度較大而且井徑與鉆柱外徑之間間隙較小的防止井斜角和井眼曲率變大的一種鉆具組合。剛性滿眼鉆具一般是由幾個外徑與鉆頭直徑相近的扶正器與一定長度外徑較大的鉆鋌所組成。

      它的防斜原理是在鉆頭以上的下部鉆柱上安裝一定數量的扶正器，以扶正合鉆鋌；提高下部鉆柱的剛度，減少其彎曲程度，以消除鉆頭的嚴重傾斜，使其能減小和限制由于鉆柱彎曲而產生的增斜力，同時扶正器能支撐在井壁上，抗衡地層自然造斜力，以達到控制井斜在最小范圍內變化的目的。 

    為了發揮滿眼鉆具的防斜作用，在鉆具上至少要有三個穩定點，除在靠近鉆頭處有一個扶正器外，其上面應再安放兩個扶正器才能保持有三點接觸井壁。如果只有兩點接觸，鉆柱就能循沿一條曲線，不能保證井眼的直線性。如果有三點接觸，就能保證井眼的直線性和限制鉆頭的橫向移動。

2、鐘擺鉆具組合 

    鐘擺鉆具是為了減少井斜角而設計的一種鉆具組合，是利用斜井內切點以下鉆鋌重量的橫向分力把鉆頭推向井壁低的一側，以達到逐漸減小井斜的效果。這個橫向分力如鐘擺一樣，所以稱之為“鐘擺力”，運用這個原理組合的鉆具稱為鐘擺鉆具。

3、塔式鉆具組合 

    塔式鉆具就是在鉆頭之上，使用幾段直徑自下而上逐漸減小，形如塔狀的鉆鋌組合。鉆鋌應不少于12根，這種防斜鉆具的特點就是底部鉆鋌重量大，剛度大，整個鉆鋌柱的重心低，穩定性好，能產生較大的鐘擺減斜力。在松軟地層，井徑易擴大，對于扶正器滿眼鉆具或扶正器鐘擺鉆具，由于其井徑與扶正器間隙值大，防斜效果差。

     此外，塔式鉆具還有結構簡單，使用方便，不需要進行扶正器位置計算的優點，也不存在扶正器、方鉆鋌的磨損及修復等問題，但塔式鉆具也存在底部間隙小，易卡鉆，鉆鋌尺寸多，操作部方便等不足。塔式鉆具防斜效果的好壞，取決于鉆具的塔式組合。要求組合的重心低、底部鉆鋌直徑大、整個鉆鋌重量大、每一級鉆鋌尺寸差值小。

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