钻头的认识与使用

三牙轮钻头的认识与使用钻井公司李卫岭一、钻头的分类二、三牙轮钻头的认识三、钻头的使用和优选三牙轮钻头的认识与使用四、钻头失效分析一、钻头的分类目前石油钻井中使用的钻头分为刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头三大类型。河南油田所使用的钻进钻头主要是牙轮钻头和少量的金刚石复合片－－－PDC钻头。刮刀钻头已淘汰不用。一、钻头的分类刮刀钻头刮刀钻头有双翼刮刀、三翼刮刀、四翼刮刀之分，最常见的为三翼刮刀钻头。一、钻头的分类牙轮钻头牙轮钻头按牙轮数目分有单牙轮钻头、双牙轮钻头、三牙轮钻头、多牙轮钻头。最常见的为三牙轮钻头。一、钻头的分类金刚石钻头金刚石钻头按金刚石来源分为天然金刚石钻头、人造金刚石钻头两大类。一、钻头的分类二、三牙轮钻头的认识三、牙轮钻头使用和优选三牙轮钻头的认识与使用四、钻头失效分析二、三牙轮钻头的认识钻头认识钻头结构工作原理二、三牙轮钻头的认识牙轮钻头主要有巴掌、轴承、牙轮、水眼、储油系统等部分组成。三牙轮钻头结构二、三牙轮钻头的认识轴承结构切削结构储油系统钻头喷嘴二、三牙轮钻头的认识1、轴承结构：钻头轴承有三种：滚动轴承、滑动轴承、卡簧滑动轴承。卡簧滑动轴承是主要为国外厂家产品，国内牙轮钻头的轴承绝大多数只有滚动轴承和滑动轴承二种。㈠牙轮钻头的结构二、三牙轮钻头的认识㈠牙轮钻头的结构1、轴承结构二、三牙轮钻头的认识㈠牙轮钻头的结构1、轴承结构问题：GA114、HJT517G钻头的轴承属于哪种？三牙轮钻头结构二、三牙轮钻头的认识轴承结构切削结构储油系统钻头喷嘴二、三牙轮钻头的认识㈠牙轮钻头的结构2、切削结构-----牙轮与牙齿牙轮是一个锥体，分为单锥和复锥两种。单锥由主锥和背组成，单锥牙轮在井底的运动为纯滚动，适应于硬地层钻井；复锥由主锥、副锥和背锥三部分组成，这种牙轮在井底工作除了滚动外，还产生滑动，适应于较软地层钻井。二、三牙轮钻头的认识㈠牙轮钻头的结构2、切削结构-----牙轮与牙齿a—单锥b、c—复锥1—主锥2—副锥3—背锥二、三牙轮钻头的认识㈠牙轮钻头的结构2、切削结构-----牙轮与牙齿牙轮上的牙齿分镶齿与铣齿两种，镶齿是在牙轮外锥面的齿圈上钻孔，镶上大小、形状不同的硬质合金齿；铣齿则直接从牙轮锥体上铣出。三牙轮钻头的各排齿互相齿合，有效而不重复地全面破碎井底地层岩石，并防止齿槽泥包。二、三牙轮钻头的认识㈠牙轮钻头的结构2、切削结构-----牙轮与牙齿硬质合金齿有10多种，如球形、锥形、锲形、勺形、锥勺形、偏顶勺形、平头形、圆锥锲形等，不同地层、不同岩性其破岩机理不同，钻头牙齿形状也不同。一种型号钻头上往往不全是一种齿形。二、三牙轮钻头的认识㈠牙轮钻头的结构2、切削结构-----牙轮与牙齿钢齿形状多为锲形，为了加强钻头保径，外排齿往往设计成“T”、“L”、“Ⅱ”；为了克服钻头在破碎地层时易磨损的缺点，需要在牙齿工作面及背锥面上敷焊耐磨材料。二、三牙轮钻头的认识㈠牙轮钻头的结构2、切削结构-----牙轮与牙齿牙齿的形状、大小、数量、长短取决于地层的硬度，地层越软，则牙齿越大、越尖、越少；反之，地层越硬，牙齿越小、越短、数量越多。三牙轮钻头结构三牙轮钻头的认识轴承结构切削结构储油系统钻头喷嘴二、三牙轮钻头的认识㈠牙轮钻头的结构3、储油压力补偿系统该装置由轴承密封圈、储油囊、保护杯、压盖、丝堵、当圈等零件组成。其作用是平衡牙轮钻头工作时轴承腔内外的压力差，使轴承密封圈在较小压差下长时间正常工作，防止钻井液进入轴承腔内和避免润滑脂的漏失，并储存足够的润滑脂向轴承腔内不断补充，使钻头在密封状态和润滑条件下良好工作。二、三牙轮钻头的认识㈠牙轮钻头的结构3、储油压力补偿系统三牙轮钻头结构三牙轮钻头的认识轴承结构切削结构储油系统钻头喷嘴二、三牙轮钻头的认识㈠牙轮钻头的结构3、钻头喷嘴为了解决岩屑及时冲离井底的问题，达到保持井底干净、甚至用高速射流直接破碎岩石的目的，人们设计了并安装了喷嘴。钻头喷嘴由硬质合金加工而成，常用喷嘴主要有三种型号，标准型、保护盖型、和微长喷嘴，其它还脉冲喷嘴、斜喷嘴、加长喷嘴等。二、三牙轮钻头的认识㈠牙轮钻头的结构3、钻头喷嘴S——标准型P——保护盖型M——微长喷嘴二、三牙轮钻头的认识钻头认识钻头结构工作原理二、三牙轮钻头的认识㈡工作原理1、牙齿的公转与自转牙轮钻头工作时，固定在牙轮上的牙齿随钻头轴线作顺时针方向的旋转运动---公转。公转速度就是转盘或井下动力钻具的旋转速度。钻头工作时，牙齿绕牙轮轴线作逆时针方向的旋转------自转。自转速度与公转速度以及牙齿对井底的作用有关。二、三牙轮钻头的认识㈡工作原理2、钻头的冲击破岩牙轮滚动，牙齿单齿、双齿交错接触井底，产生钻头的纵向振动。钻头在井底纵向振动通过钻头牙齿转化为对地层的冲击作用，冲击作用与静压入力一起形成了钻头对地层岩石的冲击、压碎作用。这是牙轮钻头破岩的主要方式。二、三牙轮钻头的认识㈡工作原理2、钻头的冲击破岩优点：有利于破碎岩石，提高钻井速度。缺点：钻头轴承早期损坏；硬质合金齿崩碎；钻柱疲劳损坏。二、三牙轮钻头的认识㈡工作原理3、剪切作用剪切作用是由牙轮在井底滚动的同时还产生牙齿对井底的滑动实现的。产生滑动的原因是由牙轮钻头的超顶、复锥和移轴三种结构特点引起的。二、三牙轮钻头的认识㈡工作原理3、剪切作用牙齿的滑动虽然可以剪切井底岩石以提高破碎效率，但也相应地使牙齿磨损加剧。极软---中硬地层：移轴、超顶和复锥结构中硬---硬地层：超顶和复锥结构极硬---研磨性很强的地层：单锥、不超顶、也不移轴一、钻头的分类二、三牙轮钻头的认识三、钻头的使用和优选三牙轮钻头的认识与使用四、钻头失效分析三、牙轮钻头的使用与优选牙轮钻头的使用与优选钻头选型原则钻头的分类及型号编码现场使用要求钻头尺寸与扣型钻头尺寸与喷嘴型号三、牙轮钻头的使用与优选㈠钻头的分类及型号编码1、分类：铣齿钻头、镶齿钻头两大类2、型号编码实例：8-1/2″HJT517G钻头直径代号钻头系列代号钻头分类号钻头附加结构特征代号三、牙轮钻头的使用与优选序号适用钻井工艺、地层及钻头轴承密封标准系列1滑动轴承橡胶密封HA2滑动轴承金属密封HJ3浮动轴承橡胶密封FA4浮动轴承金属密封FJ5滚动轴承橡胶密封GA6滚动轴承金属密封GJ7非密封滚动轴承W㈠钻头分类与型号编码系列代号编码表三、牙轮钻头的使用与优选序号适用钻井工艺、地层及钻头轴承密封标准系列8适用老井开窗侧钻井及深井YC单牙钻头系列9适用小井眼钻井SMD小井眼钻头系列10适用以气体作为循环介质的欠平衡钻井Q空气钻井牙轮钻头系列11适合高转速，软或中软地层钻进SWT高效钢齿钻头系列12适用深井硬地层，如：火成岩、花岗岩HF硬地层钻头系列13适用定向井、水平井、高温深井钻井MD高速马达钻头系列㈠钻头分类与型号编码系列代号编码表——续表三、牙轮钻头的使用与优选㈠钻头分类与型号编码－－表示IADC编码，采用SPE/IADC23937的规定，由三位数字组成。首位数为切削结构类别及地层系列号；第二位为地层分级号；末位数为钻头结构特征代号。钻头分类号实例中：8-1/2″HJT517G三、牙轮钻头的使用与优选㈠钻头分类与型号编码首位数表示意义岩性1铣齿，低抗压强度高可钻性的软地层软2铣齿，高抗压强度的中到硬地层中硬3铣齿，中等研磨性或研磨性的硬地层硬4镶齿，低搞压强度高可钻性的软地层软5镶齿，低抗压强度的软到中硬地层软至中硬6镶齿，高抗压强度的中硬地层中硬7镶齿，中等研磨性或研磨性的硬地层硬8镶齿，高研磨性的极硬地层极硬首位数————为切削结构类别及地层系列号，由数字1～8表示八个系列三、牙轮钻头的使用与优选㈠钻头分类与型号编码第二位为地层分级号——用数字1～4分别表示在第一位数字表示的钻头所适用的地层中再依次从软到硬分为四个级别。钻头分类号首位对应地层第二位6中硬1234由软到硬例如：第一位数字为6，对应地层为中硬地层。三、牙轮钻头的使用与优选㈠钻头分类与型号编码末位数为钻头结构特征代号——用数字1～9表示。其中1～7表示轴承及保径特征，8、9留代未来的新结构特征钻头用。1——表示非密封滚动轴承2——空气冷却滚动轴承3——滚动轴承，保径4——密封滚动轴承5——密封滚动轴承，保径6——密封滑动轴承7——密封滑动轴承，保径钻头分类号三、牙轮钻头的使用与优选㈠钻头分类与型号编码钻头附加结构特征代号实例中：8-1/2″HJT517GC——中心喷嘴Y——圆锥形齿V——流道强化J——定向喷射S——牙轮体保护T——牙轮特别保径W——增强齿形X——凸顶楔齿E——加长双喷嘴G——掌背强化L——掌背扶正K——宽齿H——金刚石保径不同厂家附加结构特征代号含义不同。以江汉钻头为例三、牙轮钻头的使用与优选牙轮钻头的使用与优选钻头选型原则钻头的分类及型号编码现场使用要求钻头尺寸与扣型钻头尺寸与喷嘴型号三、牙轮钻头的使用与优选㈡钻头尺寸与扣型不同钻头尺寸，钻头扣型也尽相同，所需的上扣扭矩也不同。钻头尺寸扣型推荐上扣扭矩（KN.m）英寸毫米3-3/4～4-1/295.3～114.32A31/23/8REG4.1～4.74-5/8～4-7/8117.5～123.8231/27/8REG6.1～7.55-1/2～6-3/4139.7～171.5331/31/2REG9.5～12.27-1/2～8-3/4190～222.3431/41/2REG16.3～21.79-1/2～13-3/4241.3～349.3631/65/8REG38～43.414-1/2～26368.3～660.4731/75/8REG46.1～54.2钻井工程手册三、牙轮钻头的使用与优选牙轮钻头的使用与优选钻头选型原则钻头的分类及型号编码现场使用要求钻头尺寸与扣型钻头尺寸与喷嘴型号三、牙轮钻头的使用与优选㈢钻头尺寸与喷嘴1、不同钻头尺寸，所选用喷嘴型号也尽相同。喷嘴型号如何表示？不同的厂家表示方法也不尽相同。以江汉厂喷嘴为例S4-16喷嘴类型代号S-标准型P-保护盖型M-长喷嘴型喷嘴尺寸代号喷嘴出口直径单位：mm三、牙轮钻头的使用与优选㈢钻头尺寸与喷嘴钻头尺寸喷嘴尺寸代号喷嘴外径mm3-3/4″～5-1/2″120.305-5/8″～7-3/8″223.507-1/2″～8-1/4″329.748-3/8″～14-5/8″432.89143/4″～26″540.84喷嘴尺寸代号——用数字1～5来表示三、牙轮钻头的使用与优选㈢钻头尺寸与喷嘴喷嘴的安装1、先用卡簧钳去掉卡簧，再拨出钻头上的塑料保护套；2、检查卡簧槽是有油漆或其它异物堵塞，若有异物，用细钢丝清除干净；3、在喷嘴上涂少量黄油，将喷嘴放入钻头水眼内；4、使用木块垫在水眼上，用小榔头轻轻敲击，水眼到位。5、安装卡簧，检查卡簧是否完全到位。三、牙轮钻头的使用与优选㈢钻头尺寸与喷嘴安装喷嘴注意事项1、钻头喷嘴安装需用专用工具卡簧钳，安装时必须注意卡簧的正反面，并安放到位，防止使用中途喷嘴落入井内。2、喷嘴材料为硬质合金，易碎易断，安装喷嘴时禁止使用金属物直接敲击喷嘴。3、安装钻头紧扣时注意防止碰断喷嘴，钻头紧扣后上提钻头，再次确认喷嘴是否完整。三、牙轮钻头的使用与优选㈢钻头尺寸与喷嘴喷嘴选用原则三等径不如三组合三组合不如双组合三、牙轮钻头的使用与优选牙轮钻头的使用与优选钻头选型原则钻头的分类及型号编码现场使用要求钻头尺寸与扣型钻头尺寸与喷嘴型号三、牙轮钻头的使用与优选㈣钻头选型原则(1)地层的软硬程度和研磨性。软地层选择牙齿长的钻头，硬地层选择齿短、齿密的钻头。(2)钻进井段的深浅。井浅时，选用机械钻速高的钻头；井深时，选用总进尺多的钻头。(3)易斜地层。不移轴量小的钻头，有利于防斜。(4)软硬交错地层。选用适合硬地层使用的钻头，就高不就低。三、牙轮钻头的使用与优选㈣钻头选型原则河南油田单井钻头使用优选方案——1、由铣齿到镶齿，牙齿由长到短。铣齿钻头437系列钻头517系列钻头537系列钻头617系列钻头——2、定向应选择适合高速的钻头。如：HJ系列钻头、MD系列钻头。——3、若上只钻头外径磨损严重，则考虑选择保径钻头。如：掌背强化钻头、掌背扶正块钻头。三、