刮刀钻头与牙轮钻头钻进课件.ppt

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1、第六章刮刀钻头与牙轮钻头钻进Drillingwithdragbitsandrockbits第一节:刮刀钻头钻进第二节:牙轮钻头钻进第一节刮刀钻头一、概述刮刀钻头是回转钻进中使用最早的一种钻头，结构简单，制造方便，成本低廉。用于钻进可钻性达4级的泥岩和页岩等软地层。刮刀钻头由于钻头承压面积大，在钻进硬地层或软硬交错的硬夹层时，钻头切入困难，钻进效率低。随着镶齿刮刀钻头、金刚石刮刀钻头的研制成功，提高和扩大了刮刀钻头的钻进效率和使用范围(看课本p268)。二、刮刀钻头的碎岩原理（一）钻头运动的基本情况在刀翼上任取一点A（x、y、z），设该点距旋转轴轴心的距离为ρ，当刀翼

2、同时做垂直向下和旋转运动时，此点即构成一条螺旋线，线上各点座标可用下式表示：式中：旋转角速度；t：时间；h0：刀翼每转一圈钻进深度。所研究点A在时间T内所经过的轨迹为：将dx、dy、dz代入，得：当ρ=0时当ρ=D/2时当h0=0时式中：D为钻头直径由上面的分析可知,钻头每一点运动轨迹是不相同的,钻头中心运动轨迹相当于钻头的垂直运动距离,即相当于钻头在T时间内的进尺.刀翼的最外边缘运动轨迹最长.当刀翼吃入深度为零时运动轨迹等于以ρ为半径T时间内的圆周长.由于刀翼具有一定的宽度,所以钻进时刀翼的运动实际上以螺旋面的轨迹前进的.刀翼以螺旋面吃入岩石,故井底为一倾斜面,

3、倾斜面与水平面夹角称为井底角(角),井底角可用下式表示.(二)破碎岩石的基本原理1、塑性岩石塑性岩石硬度小,在钻压P的作用下容易吃入地层,刃前岩石在扭转力T作用下不断产生塑性流动,这和软金属的切削没有多大差别,如图:由于破碎岩石是在P和T力的同时作用下,因此吃入深度要比P力单独作用时深得多.2、弹塑性岩石在P力和T力的作用下,垂直压强不必大于岩石硬度(大约比硬度小6-14倍即可)刀翼就可沿角切入岩石,使其产生体积破碎.破碎塑性岩石时，扭力T可视为常量。碰撞、压碎及小剪切、大剪切，这三个过程反复进行，就是刮刀钻头破碎弹塑性岩石的整个过程。由此可见，扭力T并不是一个

4、不变的量，随时间周期变化。二、刀翼的几何形状和结构参数（一）刀翼结构角刃前角刃尖角切削角刃后角岩石软时10°左右;硬或夹层时,应增大.松软地层:70°软地层:70-80°中硬地层:80-85°（二）刀翼背部的几何形状见书270页设T为刀翼工作时所受阻力，Z为任意截面距底面高度，则任一截面上所受的弯曲力矩为M=TZ材料的许用弯曲力矩为[M]=[]WbWb：弯曲截面系数（或抗弯截面模量，sectionmodulusinbending）[]：材料许用应力；D：钻头直径刀翼安全的工作条件是：可得令刀翼背部应做成抛物线形状，方能满足等强度条件。SeePage270（三）刀

5、翼底部的几何形状刮刀钻头的技术特点及推荐的钻进规程钻头标号钻头直径mm钻头高度mm水眼直径mm轴心压力kN转速r/min冲洗液量l/min93M93MC931581441416-1820-22150-200150-200112M112MC1121601501820-2224-27200-250132M132MC1321502524-2630-32200-250151M151MC1511652827-3033-36200-250第二节牙轮钻头（Rockbitorroller-conebit）一、牙轮钻头的发展简况二、牙轮钻头钻进的特点及应用三、牙轮钻头的工作原理四、牙

6、轮钻头的结构五、牙轮钻头的分类和编号六、钻头的合理使用一、牙轮钻头的发展简况1909年出现了第一个牙轮钻头；1925年，为了解决钻进软硬交错地层而避免频繁更换刮刀钻头和牙轮钻头的起下钻问题，出现了自洁式牙轮钻头（self-clearingbit），它解决了软地层钻头牙齿间积存岩屑（cuttings）而易产生泥包问题；1933年出现了滚动轴承的三牙轮钻头；1935年出现了移轴（coneoffset）三牙轮钻头；1949年开始发展喷射钻井（jetdrilling），钻速可提高50%；1951年第一次使用了镶硬质合金齿的钻头；1959年试制成功了密封润滑轴承钻头，钻头工作

7、时间长达40-60小时，钻头进尺提高了50%；1968年研究成功了密封润滑滑动轴承钻头，它使钻头工作时间提高了一倍以上，达到了80-120小时现在，喷射密封润滑（滚动或滑动）轴承镶硬质合金齿钻头（简称三合一、四合一钻头）的优越性已在实践中显示出来，它的技术经济指标大大超过了普通牙轮钻头。喷射式水眼、硬质合金齿、密封轴承和滑动轴承的使用是牙轮钻头发展史上的几次重大变革。二、牙轮钻头钻进的特点及应用1、特点（1）牙轮在孔底绕钻孔轴线和绕牙轮轴滚动时，对岩石起压入压碎剪切作用的同时，带有一定频率的冲击，从而提高了碎岩效果；（2）牙轮靠滚动和滑动轴承支撑在轴颈上，回转时