钻头讲义

钻头计划4学时目的钻头的结构（刮刀、牙轮、PDC)钻头的破岩原理重点掌握三牙轮钻头的运动分析及破岩原理钻头授课内容石油钻井用钻头类型刮刀钻头(Dragbit)牙轮钻头(Conerollingbit)三牙轮钻头的结构牙轮钻头的破岩原理牙轮钻头的合理使用钻头的类型金刚石钻头天然金刚石钻头（ＮＤ）人造聚晶金刚石钻头（ＰＤＣ）热稳定聚晶金刚石钻头（ＴＳＰ）特殊用途钻头取心钻头(Coringbit)扩眼钻头(reamer)刮刀钻头(Dragbit)刮刀钻头刮刀钻头的结构刀翼结构角（刃尖角、切削角、刃前角、刃后角）刀翼底部的几何形状平底正阶梯反阶梯反锥型刮刀钻头的破岩原理刮刀钻头的破岩机理塑性岩石塑脆性岩石生日礼物送什么最好刀翼向前推井碰撞刃前岩石刀翼在扭力Ｔ作用下压碎前方的岩石，使其产生小剪切破碎施转力增大。当扭力增大到极限值时，岩石沿剪切面产生大剪切破碎，然后扭力突然减小。刮刀钻头刮刀钻头适用的地层泥岩及页岩等软地层参数配合增加转速，适当减小钻压，提高排量三牙轮钻头的基本结构钻头本体:有三片牙掌组装焊接在一起,上部有连接丝扣。牙轮：由牙轮体和牙齿组成锥形的金属体。牙齿：分铣齿和镶齿两种类型轴承及其储油密封装置喷嘴铣齿钻头丝扣牙轮铣齿巴掌喷嘴丝扣牙轮镶齿巴掌镶齿钻头喷嘴牙轮钻头的破岩机理牙轮钻头在井底工作的复合运动钻头的公转（牵连速度）牙轮绕牙轮轴的自转（相对运动）轮齿相对于岩石的滑动切削速度钻头的纵向振动钻头的冲击、压碎作用钻进时，钻头上承受的钻压经牙齿作用在岩石上，除此静载外，还有因钻头纵向振动造成的冲击载荷。生日送什么礼物好钻头的冲击载荷有利于破碎岩石，但也会使钻头轴承过早破坏，使牙齿特别是硬质合金齿崩碎，造成钻柱的疲劳失效。因此，在钻井中，特别是钻硬地层时，要使用减震器。牙轮钻头的冲击作用牙轮钻头的剪切作用通过牙轮在井底滚动的同时产生轮齿对井底岩石的滑动来实现。产生滑动的三个因素：超顶、复锥和移轴。超顶引起的滑动（滑动方向垂直于牙轮母线、即沿切线方向）移轴引起的滑动（滑动方向沿牙轴）复锥引起的滑动怎样送礼复锥牙轮包括主锥和副锥如主锥顶与钻头中心重合，则副锥顶必是超顶的，超顶引起切线方向上的滑移。牙轮移轴方式rxyxyVVyVxyryrrVxxrxrrVyyVxVVrVsincos)((x,y)牙轮钻头破岩机理由移轴所引起的轴向滑动可以剪切掉齿圈间的岩石，而超顶和复锥所引起的切向方向上的滑动可以剪切掉同一齿圈相邻牙齿破碎坑之间的岩石。滑动增加了牙齿的磨损。对于极软到中硬地层的钻头，一般兼有移轴、超顶和复锥；中硬或硬地层钻头有超顶和复锥。极硬地层，所选钻头为纯滚动（单锥、不超顶、不移轴）。牙轮钻头的结构和类型钻头直径牙轮的轴线偏移量软地层、高塑性的岩层，偏移值要大硬地层、低塑性的岩层，偏移值要小极硬地层、高研磨性地层，无偏移量牙轮轴线与钻头轴线的夹角=51°-55°软地层角较大，硬地层角较小牙轮移轴方式牙轮的形状及布置牙轮的几何形状及尺寸主锥角、副锥角、牙轮总高牙轮最大外径、背锥角牙轮的布置非自洗式自洗不移轴自洗移轴牙轮布置方式牙轮上牙齿的布置钻头每转一周中，牙齿应全部破碎井底牙轮在重复滚动时应使牙齿不致落入别的齿已破碎的旧坑内。各牙轮齿圈上的牙齿数应使每齿均匀地承担破碎井底岩石的任务。所以外圈齿数应多些，内圈齿应少些。一般原则长而稀疏的钢齿用来钻进软地层，稀疏布齿有利于钻头的清洗。密而短的镶齿适合于钻硬地层。牙轮钻头的牙齿对于牙齿的基本要求是破岩效率高、寿命长。为满足这一要求，一是牙齿的几何形状要合理；二是齿的材料要耐磨并有足够的强度。目前牙轮钻头的牙齿有铣齿（也称钢齿）和硬质合金齿（简称镶齿）两大类。牙轮钻头的牙齿（铣齿）铣齿牙轮钻头的牙齿与牙轮壳体成一体，它是由牙轮毛坯经过铣削加工形成，为了提高牙齿的耐磨性，在齿面上敷焊硬质合金粉。铣齿的齿型主要是楔形齿。外排保径齿可作成型、T型、L形。牙轮钻头的牙齿（镶齿）楔形齿适用于破碎具有高塑性的软地层以及中硬地层，齿尖角同65－90不等，齿尖角小的适合软地层，齿尖角大的适合较硬的地层。锥形齿：分单锥各双锥两种，以压碎方式破碎岩石，60－70中等锥形齿用来钻中硬地层，如灰岩、白云岩。90锥及120双锥型齿适用于研磨性高的坚硬地层，如硬砂岩、石英岩。牙轮钻头的牙齿（镶齿）三棱齿：在双锥形齿的锥面上每隔120削出一个平面而成，适用于硬脆地层和软、塑性地层的交错层。球形齿：强度和耐磨性较高，以压碎和冲击的方式破碎高研磨性的坚硬地层，如燧石、石英岩、玄武岩、花岗岩。抛射体形齿：它是环形齿的变形，齿较高但有一定强度，适用高研磨性的坚硬地层。牙轮钻头的牙齿（镶齿）平顶性齿：齿形园柱体，端部有倒角，只用在牙轮的背锥上，以防止牙轮背锥磨损，从而维持规径大小。斜楔形齿：基本是楔形，但齿刃部分为一端窄，一端宽。用在中硬到软地层钻头的外排齿上。宽的一边耐磨性大，装在钻头外缘，以切削井壁防止钻头磨小。牙轮钻头牙齿破岩机理外力超过岩石的抗压强度后，钻头齿下形成细岩粉的楔子增大外力，楔中的岩石发生剪切破坏。形成破碎区由于压差的不同，岩石表现出的同的破坏特性。牙轮钻头的轴承结构：三副承受径向载荷的轴承滚柱－滚珠－滑动滚柱－滚珠－滚柱工作条件和磨损：承压（钻压60-70%），承受冲击载荷（牙轴颈）磨损：泥浆中的杂质、液体介质的性质对轴承的磨损影响较大。轴承的储油润滑和密封形式代号，由表2-6规定的数字表示系列名称代号，用表2-5规定的字表示钻头直径，用数字表示国产牙轮钻头表示方法215.9XHP-R表示用于软地层、直径215.9mm、镶齿滑动轴承钻头IADC钻头的命名IADC统一编号三位数字第一位：表示牙齿的特征及适用地层（1-8）第二位：表示所钻地层再由软到硬分为四个等级（1-4）第三位：表示钻头结构特征（1-9）牙轮钻头的合理使用牙轮钻头的选型钻头结构、特点、作用原理地质性质：岩性、硬度、塑性系数、抗压强度、压力系统地层可钻性分析牙轮钻头合理使用下钻慢、防止顿钻井内无落物避免划眼使用减震器在生产厂家推荐的钻压，转速范围内工作牙轮钻头的磨损分级我国钻头磨损分级铣齿：磨去高度/新齿高度镶齿：牙轮上断掉齿数/该牙轮总齿数Y1-14轴承磨损分级见《钻井工艺原理》（上册）P26表2-9，表2-10金刚石的物理机械金刚石是人类所知最硬的材料，抗压能力也最强，抗磨能力为钢的9000倍，金刚石的弱点是热敏感性及脆性。金刚石的破岩机理在静压入时，金刚石使岩石首先产生塑性变形继续加压，产生比金刚石大好几倍的园形破碎坑在金刚石下形成初压实的粉末核心。在运动条件下，当压力小时只形成小沟，当增大压力时，小沟的深度远超过金刚石的断面尺寸，在金刚石前面而且在其两侧的岩石均发生破碎。金刚石钻头的使用井底要求清洁避免划眼钻井参数和选择钻压：均匀施钻压转速；尽可能高些（150RPM以上）排量：满足携岩要求产品简介AR/R系列金刚石钻头应用自锐性的聚晶金刚石（即复合片）为切削齿，在软至中硬地层中可获得高的机械钻速。与常规PDC钻头相比，AR系列采用独特的抗回旋设计，因而使钻头寿命更长，使用范围更广。AR系列利用抗偏心回旋设计扩展了PDC钻头在较硬地层中的使用。自我扶正设计可减小钻头振动，减少齿磨损，延长了钻头的寿命。独特的布齿与角度设置可保持切削齿锐利，提高钻速。深刀翼在软地层中可得到尽可能高的钻速，在较硬较高研磨性地层可进行有效的冷却。AR/R系列特点R-系列PDC钻头长抛物线冠部，肩部极高密度布齿以减小远规每项磨损。在软到中硬地层可望获得预期最高钻头寿命。刀翼式高置。推荐使用高比水马力Ｓ系列巴拉斯钻头采用热稳定性聚晶金刚石齿（即巴拉斯），直接烧结于钻头体上，钻进中至硬地层。或采用金刚石孕镶块作切削齿，钻进硬的研磨性地层。双锥型冠部。适用于高抗压强度中硬地层，在碳酸盐及致密地层更有效。用于转盘钻及井下动力钻深井、高比重钻井条件下使用效果更佳双心钻头双心钻头用于在通过一个较小的井眼或套管中钻出一个较大直径的井眼。双心钻头用于钻穿易粘附的流动性盐岩或膨胀性页岩地层，或者由于井身结构限制，又需保证下部井段固井质量的钻进。双心钻头还用于加深钻进，二次完井，增加套管环空，提高固井质量，以及减少井下扩眼时所伴随的危险和高成本。