钻井工程-濮阳职业技术学院-第一章钻进工具.ppt

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1、1、学时分配：6学时。2、本章重点：（1）各类型钻头的结构特点；（2）各类型钻头在井底底运动形式及破岩原理；（3）各类型钻头的使用特点；（4）钻柱的组成；（5）钻柱在井下底受力情况；（6）钻柱设计。3、难点：（1）各类型钻头在井底底运动形式及破岩原理；（2）钻柱在井下底受力情况。4、解决方法：（1）利用相关录象资料（2）利用教学模具（3）利用多媒体图片和动画进行展示5、作业：P97，1；P41，7；9；12；15；16；18；21；22；23；24；25；28；34。第一章钻进工具一、概述1.钻头类型按结构及工作原理分类:刮刀钻头、牙轮钻头、PDC钻头、金刚石钻头按功用分类全面钻进钻头、取心

2、钻头、扩眼钻头2.钻头尺寸系列3-3/4"~36"第一节钻头（DrillBit)常用尺寸：26"、171/2"、121/4"、81/2"3.工作指标钻头进尺（米）钻头工作寿命（小时）机械钻速（米/小时）单位进尺成本（元/米）：二、刮刀钻头（DragBit）（一）刮刀钻头的结构上钻头体、下钻头体（分水帽）、刀翼、水眼。图2-1刮刀钻头结构刀翼三刀翼的称作三刮刀钻头两刀翼的称作两刮刀钻头或鱼尾刮刀钻头四刀翼的称作四刮刀钻头刀翼结构：（1）刀翼结构角刃尖角β—刀翼尖端前后刃之间的夹角。它反映了刀翼的尖锐程度。β越小，刃部越尖锐，越容易吃入地层，但强度越低。一般:软地层β=8～10°；硬地层β=12

3、°～15°切削角α—刀翼前刃和水平面之间的夹角。在相同钻压下，α越大，刀刃越容易吃入地层，但旋转扭矩大，剪切刃前岩石困难。一般:松软地层α＝70°软地层α＝70～80°；中硬地层α＝80～85°。刃后角ψ＝α-β：刃后角必须大于井底角θ。刃前角φ：φ＝90°－α。(4)提高刀翼的耐磨性刀翼一般采35CrMo或35MnSiMoV高强度合金钢锻制而成，以保证有足够的强度。一般在刀翼表面平铺一层YG8硬质合金块，在外侧面镶装YG8硬质合金块。刀翼表面和外侧面镶焊人造金刚石聚晶块。（2）刀翼背部形状刀翼的厚度随距刀刃的距离增加而增厚，呈抛物线形，以确保刀翼强度足以承受弯矩。（3）刀翼底部形状：平底、

4、正阶梯、反阶梯、反锥（二）刮刀钻头的工作原理刮刀钻头主要以切削作用破碎地层。破碎塑性岩石过程：在钻压W作用下，刀翼容易吃入地层；刃前岩石在扭转力T的作用下不断产生塑性流动。这和车刀切削软金属的过程类似。破碎脆性岩石过程：刮刀钻头破碎脆性岩石的过程为：碰撞→压碎及小剪切→大剪切。（1）碰撞：刃前岩石发生剪切破碎后，刀刃在旋转扭矩作用下向前推进，碰撞刃前岩石。（2）压碎及小剪切：扭转力增大，压碎刃前岩石，产生小剪切破坏。（3）大剪切：扭转力继续增大到某一极限值，刃前岩石沿剪切面破碎，而后扭转力突然减小。刮刀钻头制造工艺简单，成本低；刮刀钻头适用于软地层，钻速快，每米钻进成本低；刮刀钻头容易磨损成

5、锥形，造成缩径和井斜；刮刀钻头产生剧烈的扭转振动，破坏钻具和设备；刮刀钻头目前逐渐被PDC钻头取代。（三）刮刀钻头的应用三、牙轮钻头（RollerBit）（一）牙轮钻头结构牙轮钻头由钻头体、牙抓（巴掌）及牙轮轴、牙轮及牙齿、轴承、储油润滑密封系统、喷嘴等部分组成。1．牙轮及牙齿（1）牙轮20CrMo合金钢锥体，锥面铣齿或镶装硬质合金齿，内腔有轴承跑道。单锥牙轮：主锥+背锥，硬地层复锥牙轮：主锥+副锥+背锥，软到中硬a—单锥；b、c—复锥；1—主锥；2—副锥；3—背锥abc（2）牙齿铣齿——在牙轮锥面上直接铣出，楔形。硬质合金镶齿——镶装在牙轮锥面上，有多种齿形适应不同地层。铣齿牙轮钻头镶齿牙

6、轮钻头2．轴承牙轮钻头轴承有大、中、小和止推四副。根据轴承的密封与否，可分为密封和非密封两类。根据轴承副的结构，可分为滚动轴承和滑动轴承两大类。滚动轴承结构：滚柱—滚珠—滚柱—止推滚柱—滚珠—滑动一止推滑动轴承结构：滑动—滚珠—滑动—止推滑动—滑动（卡簧）—滑动—止推密封圈密封圈滚柱止推台阶滑动摩擦衬套滑动摩擦副为什么滑动轴承比滚动轴承寿命长？3．储油润滑密封系统储油润滑补偿系统密封系统：橡胶密封圈、金属密封圈工作原理：储油压力补偿系统（传压孔、压力补偿膜、油杯等）保持轴承腔内的油压与井内钻井液柱压力相平衡。当轴承腔内油压降低，储油杯中的润滑油在钻井液柱压力作用下补充到轴承腔内；当轴承腔内的

7、油压升高，则流入储油杯。其中，有效密封是关键。4．喷嘴钻井液流出钻头射向井底的流道。高压钻井液流经喷嘴后产生高速流动的水射流，清除井底岩屑，辅助破碎岩石。三牙轮钻头一般安装3个喷嘴，直径7~13mm。用卡簧固定在水眼内，并用o形圈密封。5．牙轮及牙齿的布置方式布齿原则：（1）转一周牙齿全部破碎井底，不留下未被破碎的凸起；（2）牙轮在重复滚动时应使牙齿不落入别的牙齿的破碎坑内；（3）牙齿磨损均匀。牙轮布置方案：