新型石油钻头的研制

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1、旺科学发是观往进辩技创新‘二)393博士论文，20046邵雪梅。黄磊，刘洪滨等．树轮记录的青海德令哈地区千年降水变化中国科学(I)辑)，2004，34(2)：145——1537孙照渤．陈海山年代际气候变化的研究进展山东气象，2004，24(1)：5～98王绍武，龚道溢，叶瑾琳等1880年以来中国东部四季降水量序列厦其亚半地理学报，2000，55(3)：281～2939赵振国．中国夏季旱涝及环境场北京：气象出版杜，199910ThompsonDWJ．，WallaceJ．MTheArcticOscillationsignatureinthewintertimegeo

2、potentialheightandtemperaturefieldsGeophys．ResLett．，1998，(25)：1297～13001ThompsonD．W．j．，WallacejM，HegerlG．CAnnualmodesintheextratropiealcirculationPartII：Trends．J．Climate，2000，(13)：1018—1036作者简介黄磊，中国科学院地理科学与资源研究所博士后。联系电话：010—64889053；E—mailhuangl@igsnrr．fie．ell。新型石油钻头的研制胡琴刘清友刘永兵四川省成都市

3、新都区，西南石油学院，610500摘要随着油气勘探开发的不断深入，现有牙轮(钢齿、镶齿)钻头已难以对一些复杂地层进行有效的钻进。针对这一现状．文章结合我国钻井实际。分析了现有石油钻头的局限性以及开展新型石油钻头研究的必要性，分析了三牙轮镶齿钻头和盘式钻头的结构特点及破岩机理，提出了一种能提高硬地层等复杂地层钻进效率，兼具镶齿和盘式齿破岩优点的新型复合齿彤(镶齿+盘式齿)三牙轮钻头的研制思路，并介绍丁西南石油学院对新型石油钻头研究工作的具体开展情况。关键词复合齿彤牙轮钻头破岩机理研制在石油钻井过程中，钻头是最主要的破岩工具，其工作性能的好坏直接影响钻井质量、钻井效

4、率和钻井成本。近几十年来，经济的快速发展对石油的强劲需求带动了钻井技术的不断进步。在国内外钻头科技工作者、工程技术人员和使用者的共同努力下，石油钻头的品种、材料、结构工艺和设计方法等方面都发生了显著变化，取得了一些成果。一、开展新型石油钻头研究工作的必要性随着我国油气资源勘探开发不断向我国西部地区深入，钻井作监所面临的地质条件和自然环境也更加复杂和恶劣，石油资源的勘探开发难度不断加大，现有的三牙轮(钢齿、镶齿)钻头已难以对一些复杂地层(如硬地层、塑性地层等)进行有效的钻进，虽然PDC钻头和单牙轮钻头等的出现解决了部分复杂地层的钻井问题，但其使用范围仍然很有限。目

5、前，PDC钻头主要用于钻进软到中硬的均质地层。而394旺科学发展观促进科技创新(上)不适宜钻进硬地层。单牙轮钻头是近几年推出的一种新型钻头，它只有一个牙轮，因此结构简单，轴承空间大，较之三牙轮钻头增加了钻头的可靠性。同时，单牙轮钻头兼有刮挤、剪切、冲击破碎的破岩方式．在软地层的破岩效率较三牙轮钻头高。而三牙轮钻头由于空间的限制，决定了它的安全性是三种钻头中最低的，但由于其以冲击压碎破岩方式为主，所以在硬地层中的破岩效率较单牙轮钻头与PDC钻头高得多。因而，目前硬地层钻井大多只能选用三牙轮钻头。据分析，影响钻头破岩效果的主要是牙齿结构和布齿方法。钻头的齿面结构直接

6、与地层接触，对于岩石破碎过程和钻头工作性能的影响最大。因此，牙齿的结构形状和布置方法将直接影响钻头的破岩效率和钻井速度。由于近几十年来牙轮钻头在齿面结构上缺少根本性变化，因而牙轮钻头的机械钻速在一些特殊地层上没有大的提高。所以，要提高牙轮钻头在一些特殊地层和特殊环境下的机械钻速、钻井进尺，必须根据对牙轮钻头破岩机理的新认识寻求额的齿面结构。我们所研制的新型石油钻头——新型复合齿形三牙轮钻头就是针对硬地层等复杂地层钻井特点而研制的一种全新齿面结构的牙轮钻头。二、复合齿形三牙轮钻头的结构特点及破岩机理分析西南石油学院所研制的复合齿形三牙轮钻头是一种具有新型齿面结构(

7、镶齿+盘式齿)的串215．9mm-Z．牙轮钻头，它将具有三牙轮镶齿钻头和盘式钻头的综合破岩优点，且与现有的+215．9ram三牙轮钻头相比，其使用寿命长、机械钻速高。(一)三牙轮镶齿钻头的结构特点及破岩机理分析现有的忆15．9ram三牙轮镶齿钻头由本体、牙轮和牙轮上镶装的硬质合金齿、轴承、油杯和喷嘴等组成。钻头本体(连同牙掌轴颈)的基本运动是绕钻头中心轴线的转动和沿钻头中心轴线方向(常称为“纵向”)的移动。牙轮相对于钻头本体的相对运动是绕牙掌轴颈，即绕牙轮自身中心轴线的转动。这里忽略了牙轮中心和轴颈中心微小的不同心度。钻进时，牙轮钻头上承受的钻压经牙齿作用在岩石

8、上，除静载以外还有一冲击