钻头基本知识和选型(技术员培训).ppt

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1、中原西南钻井分公司技术发展中心TechnologyDevelopmentCentre(EOTDC).Southwest.DrillingcompanyofZhongyuanPetroleumEngineeringCo.LtdSinopec钻头基本知识和选型三牙轮钻头1.1.三牙轮钻头图片石油钻井钻头的分类三牙轮钻头1.2.三牙轮钻头工作原理1.2.1．牙轮钻头在井底的运动（1）公转牙轮随钻头一起旋转。（2）自转牙齿绕牙轮轴线作逆时针方向旋转称自转。（3）滑动牙轮齿相对于井底的滑移，包括径向（轴向）和切向（周向）滑动。（4）纵

2、向振动牙轮在滚动过程，其中心上下波动，使钻头做上下往复运动。一、石油钻井钻头的分类三牙轮钻头1.2.2三牙轮钻头工作原理三牙轮钻头破岩机理利用了两种破岩方式的联合作用：一是轴向冲击破岩，二是回转刮削剪切破岩。1.2．牙轮钻头的破岩作用（1）冲击、压碎作用纵向振动产生的冲击力和静压力（钻压）一起使牙齿对地层产生冲击、压碎作用，形成体积破碎坑。（2）滑动剪切作用牙轮牙齿的径向滑动和切向滑动对井底地层产生剪切作用，破碎齿间岩石。（3）射流的冲蚀作用由喷嘴喷出的高速射流对井底岩石产生冲蚀作用，辅助破碎岩石。2、单牙轮钻头单牙轮钻头比

3、三牙轮钻头更适用于强度和塑性同时都大的地层，同时又能适用于PDC钻头难于对付的硬夹层和其他复杂地层，且结构简单，轴承空间大，使用安全可靠，钻头尺寸容易小型化，现场使用效果良好。单牙轮钻头可应用于增斜钻进，更适合稳斜钻进，更适用于小井眼钻井。3.刮刀钻头2.1.刮刀钻头图片2.刮刀钻头2.2.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。2.刮刀钻头2.3.刮刀钻头的应用刮刀钻头制造工艺简单，成本低

4、；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；刮刀钻头目前很大程度上被PDC钻头取代。一、石油钻井钻头的分类3.金刚石钻头3.1.天然金刚石钻头3.金刚石钻头3.2.天然金刚石钻头的破岩机理天然金刚石钻头以磨削（研磨）方式破碎岩石，类似于砂轮磨削金属的过程。(1)在钻进某些硬地层时，在钻压作用下压入岩石，使与金刚石接触的岩石处于极高的应力状态而使岩石呈现塑性；(2)在塑性地层(或岩石在应力作用下呈塑性的地层)，使前方的岩石内部发生破碎或塑性

5、流动。(3)在脆性较大的岩石中，在钻压和扭矩作用下所产生的应力使岩石表现为脆性破碎，即属于以剪力和张力形式破碎岩石。(4)在坚硬岩石(如隧石、硅质白云岩、硅质石灰岩等)中，是要靠金刚石的棱角实现微切削、刻划等方式来破碎岩石。3.金刚石钻头3.3.热稳定聚晶金刚石钻头（Ballasetbit）3.金刚石钻头3.4.热稳定聚晶金刚石钻头的破岩机理Ballaset钻头以切削和磨削（研磨）方式破碎岩石。(1)在钻进某些硬地层时，在钻压作用下压入岩石，使与聚晶金刚石接触的岩石处于极高的应力状态而使岩石呈现塑性；(2)在塑性地层(或岩石

6、在应力作用下呈塑性的地层)，使前方的岩石内部发生破碎或塑性流动。(3)在脆性较大的岩石中，在钻压和扭矩作用下所产生的应力使岩石表现为脆性破碎，即属于以剪力和张力形式破碎岩石。(4)由于聚晶金刚石属于硬脆性，在工作过程中也易崩损，崩损后的聚晶金刚石工作模式将与天然金刚石工作模式相似。(5)在坚硬岩石(如隧石、硅质白云岩、硅质石灰岩等)中，是要靠聚晶金刚石的棱角实现微切削、刻划等方式来破碎岩石。3.金刚石钻头3.5.孕镶钻头（Impregnatedbit）用于高研磨性地层3.金刚石钻头3.6.PDC钻头（Polycrystall

7、ineDiamondCompactBit）3.金刚石钻头3.6.PDC钻头破岩机理1946年首次诞生了金刚石取心钻头1952生产出了全面钻进的金刚石钻头1960年开发出烧结式的孕镶式钻头1976年PDC钻头1979年偏心金刚石钻头1981年巴拉斯钻头1986年正式在中国建立合资公司生产金刚石钻头PDC钻头金刚石钻头PDC全面钻头PDC取心钻头PDC双心钻头Ballaset钻头天然金刚石钻头孕镶金刚石钻头全面钻头取心钻头双心钻头双心全面钻头双心取心钻头孕镶全面钻头孕镶取心钻头金刚石钻头产品分类钻头命名---后缀PDC钻头命名方

8、式(以BEST钻头为例）百施特公司钻头命名方式百施特公司钻头命名方式江汉牙轮钻头型号表示方法1三牙轮钻头型号表示方法1.1型号的组成三牙轮钻头型号由钻头直径代号、系列代号、IADC分类号和附加结构特征代号四部分组成。示例：81/2HJ537Y直径代号附加结构特征代号系列代号IADC分类号1