① 鑽井主要工具是什麼
1鑽頭
衡量鑽頭的好壞，主要依據是一隻鑽頭的總進尺和機械鑽速。
機械鑽速：單位時間內的進尺，單位為m/h。
鑽頭總進尺：指一隻鑽頭下井從開始工作到報廢為止累計的鑽進進尺數。
鑽頭的類型：
（1）刮刀鑽頭：依靠工作刃的刮切作用破岩，結構簡單，成本低，在軟地層使用效果好，如圖6-13所示。
（2）牙輪鑽頭：使用數量最多，既可以用於軟地層、中硬地層，也可以用於硬地層。其類型有單牙輪、雙牙輪、三牙輪、多牙輪，其中三牙輪工作較穩定，使用最多，如圖6-14所示。
（3）金剛石鑽頭：分為天然金剛石鑽頭和人造金剛石鑽頭（PDC鑽頭，圖6-15）。天然金剛石鑽頭：採用天然金剛石用燒結等工藝方法使其與鑽頭形成一體，再進行熱處理製成堅硬耐磨的鑽頭，適用於特別堅硬地層，但價格高。
圖6-15PDC鑽頭
2鑽鋌
鑽鋌位於鑽柱最下部，兩端分別與鑽桿和鑽頭相連接。它是由高級合金鋼製成，鑽鋌壁比鑽桿壁厚得多，強度大，因此用來承受壓力，也可以給鑽頭加壓，以便增加鑽井速度。
3鑽桿
鑽桿是鑽柱的主要組成部分，主要作用是傳遞扭矩、輸送鑽井液、鑽進。其公稱尺寸通常以其本體的外徑來表示。
4方鑽桿
方鑽桿位於鑽柱的最上端，其上部和水龍頭相連，下部和鑽桿相連接。長度一般比鑽桿單根長2～3m，根據其截面形狀可分為正方形截面和六角形截面兩種。其主要作用是傳遞扭矩和承受鑽柱的重量。
5其他鑽井工具
其他鑽井工具有穩定器、震擊器、安全接頭、安全截止閥、取岩心鑽具、事故打撈工具、吊卡、卡瓦、上卸扣大鉗、動力大鉗和吊環等。
② 鑽井工具的井下動力鑽具
接在鑽桿下端，隨鑽桿一起下入井底的動力機。主要有渦輪鑽具、螺桿鑽具等。
①渦輪鑽具靠高壓液流通過渦輪，把液體能轉變為中心軸上的機械能，帶動鑽頭破碎岩石。由成百對串聯地裝在外殼內的渦輪定子和轉子以及軸承、中心軸等組成。渦輪定子和轉子的葉片呈反向彎曲，高壓泥漿沿定子葉片的偏斜方向流動,有力地沖擊轉子葉片,使轉子帶動中心軸旋轉,渦輪鑽具是蘇聯採用的主要鑽井工具，他們發展了各種性能的新型渦輪鑽具，被廣泛用於各種深度和地層的鑽井工作中（包括已鑽成的萬米井），其他國家也在發展中。
②螺桿鑽具靠高壓泥漿通過定、轉子通道，驅動轉子在定子螺線形通道中旋轉，產生扭矩，帶動鑽頭破碎岩石。由裝在外殼內的螺線形轉子及帶螺線形通道的橡膠定子襯套以及轉軸、軸承等組成。是一種容積式井下動力鑽具，其轉速與泵排量成正比，扭矩與泵壓、鑽壓成正比，通過泵壓可間接指示鑽壓。因轉速較低，使用牙輪鑽頭鑽進比較有利。
③ 超深井鑽探過程中井下數據採集與傳輸的方式及儀器
隨著現代檢測技術、計算機及其軟體技術的飛速發展，目前採集與傳輸地表鑽進參數並不困難。前蘇聯СГ-3超深井鑽探的實踐證明，當井深超過5km時地表測得的鑽頭和井底動力機工作參數的准確性明顯下降，因此必須直接對井底鑽進參數進行檢測。
1.2.1 井下數據採集的方式及儀器
整個井下數據的檢測過程主要以信號流的形式出現，包括信號的採集、信號的轉換、信號的處理與顯示。測量不同的物理量，須採用不同的感測器，常用的井下參數測量感測器包括：
1）溫度感測器：主要用熱敏感測器和熱電阻抗震感測器。
2）壓力感測器：國際石油界把石英晶體壓力計作為行業壓力測量標准。
3）工具面向角、頂角（井斜角）和方位角感測器：主要用三軸磁通門磁強度感測器和三軸加速度感測器。
4）地層參數感測器：主要有伽馬測井、電阻測井和電磁測井等抗震感測器。
近年來國內外迅速發展的隨鑽測量（MWD）和隨鑽測井（LWD）技術已把上述井下參數感測器及其後續的信號轉換、處理與傳輸功能集成於一體，可實現鑽進過程中實時地採集和傳輸井下參數。
目前處於國際領先地位的隨鑽測量（MWD）儀器廠家及產品如表1.2所示。
表1.2 處於領先地位的隨鑽測量廠家及產品
1.2.2 井下數據傳輸的方式及儀器
按井下信號向地表傳輸方式的不同可把儀器分為「井下存儲」和「直接傳輸」式兩類；向地表「直接傳輸」的通道又分為「有線」、「無線」兩大類。目前可用的「無線」傳輸通道包括：泥漿脈沖、聲波和電磁波通道（如表1.3所示）。由於聲波方式目前很少在生產中應用，故下面主要介紹其他傳輸方式。
表1.3 孔底信號傳輸通道類別
（1）井下存儲方式
不實時將採集的數據傳輸到地面，而是將這些數據保存在SD卡內。每個回次結束後起鑽讀取數據，或通過自浮式儀器將存儲的數據讀取到計算機中，從而可節約升降鑽柱的大量輔助作業時間。
為保證井下數據採集的可靠性，德國KTB科學鑽探工程在採用泥漿脈沖方式傳輸數據的基礎上還准備了備用方案：在井下儀器中安裝一個存儲器，不斷記錄鑽井過程中感測器測量的數據，待提鑽後將儀器存儲器中的數據導入計算機，實現井下數據的回放與存儲。
中國CCSD-1科學鑽探工程也是採用井下存儲方式。
（2）有線隨鑽傳輸方式
有線方式在鑽進過程中通過鎧裝電纜把井下測量參數傳至地表，具有成本低、對沖洗循環系統要求低、數據傳輸准確、可直接向井下供電和響應性好等優點，但電纜會影響正常鑽進過程，加接鑽桿耗時長。
（3）泥漿脈沖隨鑽傳輸方式
泥漿脈沖信息傳輸方式有壓力正脈沖、負脈沖和連續脈沖3種形式，最大信號傳輸井深8000m左右。其信號形成機理及工作特點見表1.4所示。常用泥漿脈沖式隨鑽測量儀如表1.5所示。
表1.4 三種泥漿脈沖信號的產生方式
俄羅斯的СГ-3超深井和德國KTB科學鑽探工程，均使用泥漿脈沖發射器將經過處理並編碼的信號傳至地表，地表信號接收器接收信號並對信號進行解碼，從而獲得井下測量數據。俄羅斯採用井底發電機向泥漿脈沖器供電，並引入「所需功率系數K」以評價深井隨鑽測量的能耗。考慮到設備的可能性和15000m深處所需液力條件，系數K應不超過5%。
科學超深井鑽探技術方案預研究專題成果報告（下冊）
式中：Nr為井底發電機所需水馬力；N為泵的水馬力。
表1.5 常用的泥漿脈沖式MWD儀器一覽表
德國KTB為減少井深對泥漿脈沖信號的影響，當鑽進到較深井段時，通過延長泥漿脈沖的時間間隔來實現井下數據的傳輸。由於井下溫度高，KTB主要通過井下發電機供電，同時有鋰電池供電備用方案。
（4）電磁波隨鑽傳輸方式
採用電磁波傳輸孔底信號是近年來發展起來的一種無線隨鑽測量技術。其優越性在於：①可在泥漿、氣體、泡沫等任何沖洗液中使用；②停鑽、停泵時仍可傳輸數據；③可在滑行鑽進和轉盤鑽進中使用（有線方式只能在滑行鑽進中使用）。但深孔（＞4000m）條件下信號受地層電阻率影響大。
俄羅斯的ZTS型電磁波隨鑽測量儀主要技術參數如表1.6所示。
表1.6 俄羅斯ZTS電磁波隨鑽測量儀主要技術參數
④ 鑽井設備有哪些
鑽井設備由提升系統、旋轉系統、循環系統、傳動系統、驅動系統、控制系統、鑽機底座及輔助設備等八大系統組成。鑽井設備按功用分旋轉、提升、循環、動力與傳動、控制等系統：
1、旋轉系統主要設備是裝在鑽台井口上的轉盤，轉動時，通過方鑽桿帶動鑽柱和鑽頭旋轉鑽進。當採用井下動力鑽具帶動鑽頭旋轉時，轉盤用來承受反扭矩。
2、提升系統由絞車、井架、天車、游動滑車、大鉤、鋼絲繩等組成的一套起重設備。絞車主要用於起下鑽具、下套管和鑽進時控制鑽壓。井架用於安放天車和懸掛游動滑車、大鉤等提升設備與工具，以及起下、存放管柱。天車與游動滑車是一套復滑輪裝置，用以減少絞車鋼絲繩上的張力,大、中型鑽機復滑輪的鋼絲繩數一般為8～12股。
3、泥漿循環系統由泥漿泵、高壓泥漿管線、水龍帶、水龍頭、鑽柱以及泥漿固控設備等組成。
4、固控設備用以清除井中返出的泥漿中的無用固相顆粒。常用的設備有振動篩、除砂器、除泥器、除氣器和離心分離機等。70年代末期，開始使用自動配製泥漿系統,與井控裝置聯用，可對井筒隨時進行可靠控制,自動保持泥漿比重恆定。在出現井噴預兆時，能自動調節泥漿比重及其他性能。
5、動力與傳動系統 包括動力機及傳動機組。動力機主要用柴油機、電動機或燃氣輪機。傳動機組有鏈條、皮帶、齒輪等機械傳動、液壓傳動和電傳動幾種，把動力傳遞給絞車、轉盤、泥漿泵等工作機。
6、控制系統 使各機組按照鑽井工藝需要，協調地進行工作。包括對動力機、絞車、轉盤、泥漿泵等的啟動、停車、調速、並車、換向等進行控制，方式有機械、氣壓、液壓、電控制等，並向電子計算機控制方向發展。
7、井控設備是用於油氣鑽井中保證安全鑽進的重要設備,包括防噴器、阻流管匯、壓井管匯、泥漿-氣體分離器等。防噴器用以防止井內泥漿和油、氣、水的噴出，防噴器有閘板防噴器、旋轉防噴器和萬能防噴器等類型，安裝在鑽台下的井口處，分別用於封閉鑽柱與套管之間的環隙或全部井口。此外，還有鑽柱內防噴器，用於封閉鑽柱內部空間。近代鑽井設備都配備數套不同類型的防噴器，組成井口防噴器組，用以控制不同的鑽井情況。