① 钻井主要工具是什么
1钻头
衡量钻头的好坏，主要依据是一只钻头的总进尺和机械钻速。
机械钻速：单位时间内的进尺，单位为m/h。
钻头总进尺：指一只钻头下井从开始工作到报废为止累计的钻进进尺数。
钻头的类型：
（1）刮刀钻头：依靠工作刃的刮切作用破岩，结构简单，成本低，在软地层使用效果好，如图6-13所示。
（2）牙轮钻头：使用数量最多，既可以用于软地层、中硬地层，也可以用于硬地层。其类型有单牙轮、双牙轮、三牙轮、多牙轮，其中三牙轮工作较稳定，使用最多，如图6-14所示。
（3）金刚石钻头：分为天然金刚石钻头和人造金刚石钻头（PDC钻头，图6-15）。天然金刚石钻头：采用天然金刚石用烧结等工艺方法使其与钻头形成一体，再进行热处理制成坚硬耐磨的钻头，适用于特别坚硬地层，但价格高。
图6-15PDC钻头
2钻铤
钻铤位于钻柱最下部，两端分别与钻杆和钻头相连接。它是由高级合金钢制成，钻铤壁比钻杆壁厚得多，强度大，因此用来承受压力，也可以给钻头加压，以便增加钻井速度。
3钻杆
钻杆是钻柱的主要组成部分，主要作用是传递扭矩、输送钻井液、钻进。其公称尺寸通常以其本体的外径来表示。
4方钻杆
方钻杆位于钻柱的最上端，其上部和水龙头相连，下部和钻杆相连接。长度一般比钻杆单根长2～3m，根据其截面形状可分为正方形截面和六角形截面两种。其主要作用是传递扭矩和承受钻柱的重量。
5其他钻井工具
其他钻井工具有稳定器、震击器、安全接头、安全截止阀、取岩心钻具、事故打捞工具、吊卡、卡瓦、上卸扣大钳、动力大钳和吊环等。
② 钻井工具的井下动力钻具
接在钻杆下端，随钻杆一起下入井底的动力机。主要有涡轮钻具、螺杆钻具等。
①涡轮钻具靠高压液流通过涡轮，把液体能转变为中心轴上的机械能，带动钻头破碎岩石。由成百对串联地装在外壳内的涡轮定子和转子以及轴承、中心轴等组成。涡轮定子和转子的叶片呈反向弯曲，高压泥浆沿定子叶片的偏斜方向流动,有力地冲击转子叶片,使转子带动中心轴旋转,涡轮钻具是苏联采用的主要钻井工具，他们发展了各种性能的新型涡轮钻具，被广泛用于各种深度和地层的钻井工作中（包括已钻成的万米井），其他国家也在发展中。
②螺杆钻具靠高压泥浆通过定、转子通道，驱动转子在定子螺线形通道中旋转，产生扭矩，带动钻头破碎岩石。由装在外壳内的螺线形转子及带螺线形通道的橡胶定子衬套以及转轴、轴承等组成。是一种容积式井下动力钻具，其转速与泵排量成正比，扭矩与泵压、钻压成正比，通过泵压可间接指示钻压。因转速较低，使用牙轮钻头钻进比较有利。
③ 超深井钻探过程中井下数据采集与传输的方式及仪器
随着现代检测技术、计算机及其软件技术的飞速发展，目前采集与传输地表钻进参数并不困难。前苏联СГ-3超深井钻探的实践证明，当井深超过5km时地表测得的钻头和井底动力机工作参数的准确性明显下降，因此必须直接对井底钻进参数进行检测。
1.2.1 井下数据采集的方式及仪器
整个井下数据的检测过程主要以信号流的形式出现，包括信号的采集、信号的转换、信号的处理与显示。测量不同的物理量，须采用不同的传感器，常用的井下参数测量传感器包括：
1）温度传感器：主要用热敏传感器和热电阻抗震传感器。
2）压力传感器：国际石油界把石英晶体压力计作为行业压力测量标准。
3）工具面向角、顶角（井斜角）和方位角传感器：主要用三轴磁通门磁强度传感器和三轴加速度传感器。
4）地层参数传感器：主要有伽马测井、电阻测井和电磁测井等抗震传感器。
近年来国内外迅速发展的随钻测量（MWD）和随钻测井（LWD）技术已把上述井下参数传感器及其后续的信号转换、处理与传输功能集成于一体，可实现钻进过程中实时地采集和传输井下参数。
目前处于国际领先地位的随钻测量（MWD）仪器厂家及产品如表1.2所示。
表1.2 处于领先地位的随钻测量厂家及产品
1.2.2 井下数据传输的方式及仪器
按井下信号向地表传输方式的不同可把仪器分为“井下存储”和“直接传输”式两类；向地表“直接传输”的通道又分为“有线”、“无线”两大类。目前可用的“无线”传输通道包括：泥浆脉冲、声波和电磁波通道（如表1.3所示）。由于声波方式目前很少在生产中应用，故下面主要介绍其他传输方式。
表1.3 孔底信号传输通道类别
（1）井下存储方式
不实时将采集的数据传输到地面，而是将这些数据保存在SD卡内。每个回次结束后起钻读取数据，或通过自浮式仪器将存储的数据读取到计算机中，从而可节约升降钻柱的大量辅助作业时间。
为保证井下数据采集的可靠性，德国KTB科学钻探工程在采用泥浆脉冲方式传输数据的基础上还准备了备用方案：在井下仪器中安装一个存储器，不断记录钻井过程中传感器测量的数据，待提钻后将仪器存储器中的数据导入计算机，实现井下数据的回放与存储。
中国CCSD-1科学钻探工程也是采用井下存储方式。
（2）有线随钻传输方式
有线方式在钻进过程中通过铠装电缆把井下测量参数传至地表，具有成本低、对冲洗循环系统要求低、数据传输准确、可直接向井下供电和响应性好等优点，但电缆会影响正常钻进过程，加接钻杆耗时长。
（3）泥浆脉冲随钻传输方式
泥浆脉冲信息传输方式有压力正脉冲、负脉冲和连续脉冲3种形式，最大信号传输井深8000m左右。其信号形成机理及工作特点见表1.4所示。常用泥浆脉冲式随钻测量仪如表1.5所示。
表1.4 三种泥浆脉冲信号的产生方式
俄罗斯的СГ-3超深井和德国KTB科学钻探工程，均使用泥浆脉冲发射器将经过处理并编码的信号传至地表，地表信号接收器接收信号并对信号进行解码，从而获得井下测量数据。俄罗斯采用井底发电机向泥浆脉冲器供电，并引入“所需功率系数K”以评价深井随钻测量的能耗。考虑到设备的可能性和15000m深处所需液力条件，系数K应不超过5%。
科学超深井钻探技术方案预研究专题成果报告（下册）
式中：Nr为井底发电机所需水马力；N为泵的水马力。
表1.5 常用的泥浆脉冲式MWD仪器一览表
德国KTB为减少井深对泥浆脉冲信号的影响，当钻进到较深井段时，通过延长泥浆脉冲的时间间隔来实现井下数据的传输。由于井下温度高，KTB主要通过井下发电机供电，同时有锂电池供电备用方案。
（4）电磁波随钻传输方式
采用电磁波传输孔底信号是近年来发展起来的一种无线随钻测量技术。其优越性在于：①可在泥浆、气体、泡沫等任何冲洗液中使用；②停钻、停泵时仍可传输数据；③可在滑行钻进和转盘钻进中使用（有线方式只能在滑行钻进中使用）。但深孔（＞4000m）条件下信号受地层电阻率影响大。
俄罗斯的ZTS型电磁波随钻测量仪主要技术参数如表1.6所示。
表1.6 俄罗斯ZTS电磁波随钻测量仪主要技术参数
④ 钻井设备有哪些
钻井设备由提升系统、旋转系统、循环系统、传动系统、驱动系统、控制系统、钻机底座及辅助设备等八大系统组成。钻井设备按功用分旋转、提升、循环、动力与传动、控制等系统：
1、旋转系统主要设备是装在钻台井口上的转盘，转动时，通过方钻杆带动钻柱和钻头旋转钻进。当采用井下动力钻具带动钻头旋转时，转盘用来承受反扭矩。
2、提升系统由绞车、井架、天车、游动滑车、大钩、钢丝绳等组成的一套起重设备。绞车主要用于起下钻具、下套管和钻进时控制钻压。井架用于安放天车和悬挂游动滑车、大钩等提升设备与工具，以及起下、存放管柱。天车与游动滑车是一套复滑轮装置，用以减少绞车钢丝绳上的张力,大、中型钻机复滑轮的钢丝绳数一般为8～12股。
3、泥浆循环系统由泥浆泵、高压泥浆管线、水龙带、水龙头、钻柱以及泥浆固控设备等组成。
4、固控设备用以清除井中返出的泥浆中的无用固相颗粒。常用的设备有振动筛、除砂器、除泥器、除气器和离心分离机等。70年代末期，开始使用自动配制泥浆系统,与井控装置联用，可对井筒随时进行可靠控制,自动保持泥浆比重恒定。在出现井喷预兆时，能自动调节泥浆比重及其他性能。
5、动力与传动系统 包括动力机及传动机组。动力机主要用柴油机、电动机或燃气轮机。传动机组有链条、皮带、齿轮等机械传动、液压传动和电传动几种，把动力传递给绞车、转盘、泥浆泵等工作机。
6、控制系统 使各机组按照钻井工艺需要，协调地进行工作。包括对动力机、绞车、转盘、泥浆泵等的启动、停车、调速、并车、换向等进行控制，方式有机械、气压、液压、电控制等，并向电子计算机控制方向发展。
7、井控设备是用于油气钻井中保证安全钻进的重要设备,包括防喷器、阻流管汇、压井管汇、泥浆-气体分离器等。防喷器用以防止井内泥浆和油、气、水的喷出，防喷器有闸板防喷器、旋转防喷器和万能防喷器等类型，安装在钻台下的井口处，分别用于封闭钻柱与套管之间的环隙或全部井口。此外，还有钻柱内防喷器，用于封闭钻柱内部空间。近代钻井设备都配备数套不同类型的防喷器，组成井口防喷器组，用以控制不同的钻井情况。