钻头基本知识.ppt

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1、钻头基础知识1.钻头类型1.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2.按功用分类全面钻进钻头、取心钻头、扩眼钻头2.钻头尺寸系列⑴国产钻头的直径系列，共有15种。常见：17-1/2”,12-1/4”,8-1/2”,6”⑵进口钻头尺寸进口钻头直径系列非常复杂，例如美国休斯公司所产钻头从33／4″到26″共46种直径系列。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）：4.刮刀钻头的结构1).上钻头体、下钻头体（分水帽）、刀翼、水眼。三刀翼的称作三刮刀钻头两刀翼的称作两刮刀钻头或鱼

2、尾刮刀钻头四刀翼的称作四刮刀钻头2).刮刀钻头的应用及特点刮刀钻头制造工艺简单，成本低；刮刀钻头适用于低硬度高塑性地层，钻速快，每米钻进成本低；刮刀钻头容易磨损成锥形，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。5.牙轮钻头牙轮钻头由钻头体、牙爪（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。牙轮钻头结构图各种牙轮钻头钢齿牙轮钻头与镶齿牙轮钻头（1）钢齿牙轮钻头钢齿钻头又称为铣齿钻头，其牙齿是在牙轮毛坯上直接铣削加工而成的，牙齿形状为楔形齿。钢齿钻头大多用于软的上部地层，

3、研磨性较低的地层一般也选用钢齿钻头。为了提高牙齿的耐磨性或使牙齿有自锐作用，在牙齿的表面及保径面上均敷焊有一层碳化钨粉。钢齿钻头可分为软、中、硬地层钻头三种，其详细的分类方法及适用地层见后面的IADC分类。钢齿牙轮钻头与镶齿牙轮钻头（2）镶齿牙轮钻头镶齿钻头，又称碳化钨硬质合金齿钻头，它是将端部形状不同的、圆柱形的烧结碳化钨硬质合金齿压入锻制的牙轮壳体上已精加工好的孔内而构成镶齿牙轮钻头。镶齿钻头的切削结构具有很高的抗磨损和承载能力，其使用寿命较长，尤其是破碎硬的、研磨性高的地层，如隧石、石英岩等，效果更好。这种钻头适用地层范围广，已在石油钻

4、井得到了广泛的应用。镶齿牙轮钻头目前国内外常用的镶齿钻头的硬质合金齿齿形有十多种，如球形、尖卵形、圆锥形、楔形、勺形、锥勺形、偏顶勺形、边楔形、平顶形等等，如图4－2所示。针对不同的地层、不同的岩性，要选择不同齿形的钻头。楔形齿，齿呈楔子状，对地层具有切削、挖掘作用。其齿顶角有60°、65°、70°、75°、90°等，适用于软至中硬地层。齿顶角越大，适用的地层越硬。球形齿的端部是个半圆形球面，耐磨性最好。它以凿击和压碎作用破碎地层。这种齿钻硬至极硬地层的破岩效率较高。尖卵形、圆锥形齿，既有凿击和压碎作用，也有刮削和挖掘作用，其抗磨能力及强度都

5、比楔形齿高，适用地层较广，在中硬地层使用效果最好。镶齿牙轮钻头镶齿牙轮钻头勺形齿齿形如勺子，切削地层时，靠向内凹的勺形面挖掘、刮削作用破岩。这种齿形改善了牙齿的受力状况，既提高了破岩效率，又增加了齿的强度，能在极软至中软地层中高效率地破岩。在勺形齿的基础上，又发展了偏顶勺形齿及圆锥形勺形齿。偏顶勺形齿的齿顶超前了其轴线一个距离，其凹面正对被切削的地层，改善了牙齿的受力分布，进一步提高了牙齿的破岩效率和工作寿命。表4－l列举了几种常用齿形及其适用的地层。表4－1适用不同地层的齿形齿形破岩机理地层球形尖卵形圆锥形楔形勺形凿击、压碎凿击、压碎凿击、

6、压碎、挖掘、刮削挖掘、刮削挖掘、刮削硬、极硬硬中硬、硬软至中硬极软至中软牙轮钻头轴承结构两大体系：（1）滚动轴承（2）滑动轴承（1）滚动轴承滚动轴承（如图4－3所示）的结构形式有滚柱─滚珠─滚柱─止推和滚柱──滚珠──小轴滑动──止推两种。前一种一般是用于12-1/4”以上的大尺寸钻头上。（1）滚动轴承滚动轴承按密封方式可分为非密封滚动轴承与密封式滚动轴承。非密封滚动轴承的特点是能适应较高的转速，但轴承磨损快，工作寿命低，主要用于上部井眼钻头。而密封式滚动轴承是在牙轮底平面处安装了密封元件（密封元件有“O”形图密封、碟形橡胶圈密封和金属密封）

7、，从而使轴承的工作寿命大为提高。密封滚动轴承的转速范围一般为100～250r／min。无论哪种滚动轴承，牙轮的大部分径向载荷都是由滚柱槽承受的，小轴轴承主要起稳定作用，只承受少量的径向载荷。止推面和止推块承受向外的轴向推力，滚珠轴承使牙轮挂在牙掌上并承受向里的轴向推力。（2）滑动轴承滑动轴承（如图4－4）是为了与硬质合金齿的寿命相匹配而设计的。它也有两种结构，一是滑动──滚动（滚珠）滑动──止推；二是滑动──滑动（卡簧）──滑动──止推。为了提高轴承的工作寿命，使轴承能在较高的温度和压力环境中良好地工作，摩擦副材料选用了高强度低碳合金钢制作，

8、对牙掌轴颈（大轴颈）还进行渗碳等硬化处理，以提高其表面硬度和耐磨能力。对牙轮内孔跑道则镶焊铜合金或其他减磨材料，以提高滑动副的抗咬合能力。滑动轴承结构图滑动轴承滑动