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钻柱由方钻杆、钻杆段和下部钻具组合三大部分组成。钻杆段包括钻杆和接头，有时也装有扩眼器。下部钻具组合主要是钻铤也可能安装稳定器、减震器、震击器、扩眼器及其他特殊工具。钻柱的具体组成随不同的目的、要求而不同。

1. 钻杆

 钻杆是钻柱的基本组成部分,它是用无逢钢管制成(壁厚一般为9~11mm),其主要作用是传递扭矩和输送钻井液，并靠钻杆的逐渐加长使井眼不断加深。因此，钻杆在石油钻井中占有十分重要的地位。

(1) 钻杆结构与规范

钻杆由钻杆管体与钻杆接头两部分组成，钻杆管体接头的连接有两种方式：一种是用细丝扣连接，即管体两端都车有细公扣，与接头一端的母细扣相连接，称这种钻杆为有细扣钻杆；另一种是管体与接头用摩擦焊对焊在一起，称这种钻杆为对焊钻杆。有细扣钻杆目前已基本淘汰，我国现在生产或进口的钻杆全部为对焊钻杆（无细扣钻杆）。

△钻杆结构示意图

补充 | 知识

为了增强管体与接头的连接强度，管体两端加厚。常用的加厚形式有内加厚、外加厚、内外加厚三种。根据美国石油学会（API—American Petroleum Institute）的规定，钻杆按长度分为三类：

• 第一类，5.486~6.706m(18~22ft)；

• 第二类，8.230~9.144m(27~30ft)；

• 第三类，11.582~13.716m(38~45ft)；

其中最常用的钻杆尺寸有88.9(3.5in)，114.3(4in)，127.0mm(5.5in)三种。

△钻杆加厚形式

（2）钻杆的钢级与强度

钻杆的钢级是指钻杆钢材的等级，它由钻杆钢材的最小屈服强度决定。API规定钻杆的钢级有D、E、95(X)、105(G)、135(S)级共五种，其中X、G、S级为高强度钻杆。钻杆的钢级越高，管材的屈服强度越大，钻杆的各种强度（抗拉、抗扭、抗外挤等）也就越大。在钻柱的强度设计中，推荐采用提高钢级的方法来提高钻柱的强度，而不采用增加壁厚的方法。

△钻杆刚级

（3）钻杆接头及丝扣

 钻杆接头是钻杆的组成部分，分公接头和母接头，连接在钻杆管体的两端。接头上车有丝扣（粗扣）用以连接各单根钻杆。在钻井过程中，接头处要经常拆卸，接头表面受到相当大的大钳咬合力的作用，所以钻杆接头壁厚较大，接头外径大于管体外径，并采用强度更高的合金钢。国产钻杆接头一般都采用35CrMo合金钢。

丝扣的连接必须满足三个条件，即尺寸相等，丝扣类型相同，公母扣相匹。不同尺寸钻杆的接头尺寸不同。同一尺寸钻杆的丝扣类型也不尽相同。各钻杆生产厂家的钻杆采用的接头类型也很难完全一致因此，为便于区分钻杆接头和工程应用，API对钻杆接头的类型作了统一的规定，形成了石油工业普遍采用的API钻杆接头。

API钻杆接头有新旧两种标准。旧API钻杆接头是对早期使用的有细扣钻杆提出来的，分为内平式（IF）、贯眼式（FH）和正规式（REG）三种类型。

△旧API标准钻杆

• 内平式接头主要用于外加厚钻杆,其特点是钻杆内径与管体加厚处内径、接头内径相等，钻井液流动阻力小，有利于提高钻头水功率，但接头外径较大，易磨损。

• 贯眼式接头适用于内加厚钻杆，其特点是钻杆有两个内径，接头内径等于管体加厚处内径，但小于管体部分内径。钻井液流经这种接头时的阻力大于内平式接头，但其外径小于内平式接头。

• 正规式接头适用于内加厚钻杆。这种接头的内径比较小，小于钻杆加厚处的内径。所以正规接头连接的钻杆有三种不同的内径。钻井液流过这种接头时的阻力最大，但它的外径最小、强度较大。正规接头常用于小直径钻杆和反扣钻杆，以及钻头、打捞工具等。三种类型接头均采用“V”形螺纹，但扣型（用螺纹顶切平宽度表示）扣距、锥度及尺寸等都有很大的差别。

  
  

△接头丝扣尺寸符号

    随着对焊钻杆的迅速发展，有细扣钻杆逐渐被对焊钻杆所取代，旧API钻杆接头由于规范繁多，使用起来很不方便，因此，美国石油学会又提出了一种新的NC型系列接头（有人称之为数字型接头），NC型接头以字母NC和两位数字表示，如NC50，NC26，NC31等。

   NC(National Coarse Thread)意为(美国)国家标准粗牙螺纹，两位数字表示丝扣基面节圆直径的大小（取节圆直径的前两位数字）。例如NC26表示接头为NC型，基面丝扣节圆直径为2.668in，NC螺纹也为“V”形螺纹，具有0.065in平螺纹顶和0.038圆螺纹底，用V-0.038R表示扣型，可与V-0.065型螺纹连接。旧API标准中的全部内平（IF）及贯眼（FH）均为V-0.065型螺纹，故现已考虑将旧标准废除而统一采用)NC型接头。

   NC型接头在石油工业中应用越来越普遍，但目前现场仍使用部分旧API标准接头(内平、贯眼、正规)，NC型接头与旧API标准接头有相同的节圆直径、锥度、螺距和螺纹长度，可以互换使用。在钻柱中，除了钻杆接头外，还有各种配合接头(用来连接不同尺寸或不同扣型的管柱)、保护接头(保护管柱上经常拆卸处的丝扣)等。此外，方钻杆、钻铤、钻头及其他井下工具，也都靠丝扣连接(需要说明的是：上述各种接头及工具的丝扣类型都与钻杆接头的标准相一致。

2、钻铤

钻铤处在钻柱的最下部，是下部钻具组合的主要组成部分。其主要特点是壁厚大（一般为38~53mm，相当于钻杆壁厚的4~6倍）具有较大的重力和刚度。它在钻井过程中主要起到以下几方面的作用：

• 给钻头施加钻压

• 保证压缩条件下的必要强度

• 减轻钻头的振动、摆动和跳动等，使钻头工作平稳；

• 控制井斜

△可以互换的接头

  钻铤有许多不同的形状，如圆的、方的、三角形和螺旋形的。最常用的是圆形（平滑的）钻铤和螺旋形钻铤两种。螺旋形钻铤上有浅而宽的螺旋槽，可减少其与井壁的接触面积的40%~50%，而其重力只减少>7%~10%。接触面积少，可减少发生压差卡钻的可能性。钻铤的连接丝扣（公扣、母扣）是在钻铤两端管体上直接车制的，不另加接头。钻铤有许多种规格，API标准钻铤类型代号由两部分组成，第一部分为NC型螺纹代号，第二部分的数字（取外径的前两位数字乘以10）表示钻铤外径（英寸）中间用短线分开。

3、方钻杆

   方钻杆位于钻柱的最上端，有四方形和六方形两种。钻进时，方钻杆与方补心、转盘补心配合，将地面转盘扭矩传递给钻杆，以带动钻头旋转。标准方钻杆全长12.19m，驱动部分长11.25m。为了适应钻柱配合的需要，方钻杆也有多种尺寸和接头类型。方钻杆的壁厚一般比钻杆大三倍左右，并用高强度合金钢制造，故具有较大的抗拉强度及抗扭强度，可以承受整个钻柱的重量和旋转钻柱及钻头所需要的扭矩。

  方钻杆旋转时，上端始终处于转盘面以上、下部则处在转盘面以下。方钻杆上端至水龙头的连接部位的丝扣均为左旋丝扣（反扣）以防止方钻杆转动时卸扣。方钻杆下端至钻头的所有连接丝扣均为右旋转扣（正扣），在方钻杆带动钻柱旋转时，丝扣越上越紧。为减轻方钻杆下部接头丝扣（经常拆卸部位）的磨损，常在该部位装一保护接头。

△四方方钻杆的强度

4、稳定器（扶正器）

   在钻铤柱的适当位置安装一定数量的稳定器，组成各种类型的下部钻具组合，可以满足钻直井时防止井斜的要求，钻定向井时可起到控制井眼轨迹的作用。此外，稳定器的使用还可以提高钻头工作的稳定性，从而延长使用寿命，这对金刚石钻头尤为重要。

  稳定器的三种基本类型：刚性稳定器、不转动橡胶套稳定器和滚轮稳定器。

• 刚性稳定器包括螺旋、直棱两种，均可做成长型或短型，以适应各种地层和工艺要求，它是使用最广泛的稳定器。

• 不转动橡胶套稳定器的主要优点是不会破坏井壁、使用安全，但它不具备修整井壁的能力。加上受井下温度的限制，使用寿命低，所以应用范围很小。

• 滚轮稳定器（也称牙轮铰孔器）的主要优点是有较强的修整井壁的能力，可保持井眼规则，主要用于研磨性地层。

△扶正器的基本类型

   此外，在下部钻具组合中常装有减震器，用于吸收井下钻具的纵向震动和扭转震动。在深井、海上钻井、尤其是定向钻井中，时常在下部组合中安放随钻震击器，以便一旦下部组合或钻头被卡，即可操纵震击器，通过向上或向下的震击作用解卡。在下部组合或钻杆柱中还可装置随钻测量（MWD）工具，钻柱测试工具和打捞篮、扩眼器等特殊工具进行随钻测量、地层测试、打捞、扩眼等特殊作业。