牙轮钻头的特点
第二章三牙轮钻头的结构及类型
第二章三牙轮钻头的结构及类型第一节三牙轮钻头的结构特点三牙轮钻头是由牙掌、牙轮、轴承、锁紧元件、储油密封装置、喷嘴装置等二十多种零部件组成。
一、牙掌牙掌是牙轮钻头的主要零件。
一只钻头是由三片牙掌组装焊接在一起的。
上部有连接螺纹，以便与钻具连接，下部制成有一定倾斜角度的轴颈，与牙轮内孔组成轴承副。
牙掌上有水孔流道，可以安装储油压力补偿装置。
轴颈承受载荷，需要较高的耐磨性及硬度，同时基体内部又需要有足够的强度及耐冲击韧性。
二、切削结构切削结构包括牙轮和牙齿。
牙轮是一个其上装有（或铣出）牙齿的锥体，分单锥和复锥两种。
单锥由主锥和背锥组成，单锥牙轮在井底的运动为纯滚动，适用于硬地层钻井。
复锥由主锥、副锥和背锥三部分组成，这种牙轮在井底工作时除了滚动外，还能产生滑动，用于较软地层钻井。
牙轮上的牙齿分镶齿和钢齿两种。
镶齿是将牙轮外锥面的齿圈上钻孔，镶装大小形状不同的硬质合金齿；钢齿则直接从牙轮锥体上铣出。
钻头上三个牙轮的各排齿相互啮合，能有效而不重复地全面破碎井底岩石并防止齿糟泥包。
牙齿的形状、大小、数量、长短取决于所钻地层的硬度，地层越软，则牙齿越大、越尖、布置得越少。
反之，地层越硬、则牙齿越小越短、数量越多。
硬质合金齿的硬度和抗磨性比钢齿高，使用寿命比钢齿长，尤其是破碎具有研磨性的硬地层，效果更好。
其适用地层范围广、进尺多、机械钻速多，已在石油钻井中广泛应用。
硬质合金齿的齿形目前常用的有十多种，如球形、尖卵形、圆锥形、楔形、勺形、锥勺形、偏顶勺形、边楔形、平头形等。
根据不同地层、不同岩性的破碎机理不同、各种钻头选用不同形状的齿形。
楔形齿，齿形呈“楔子”状，具有切削、凿击作用。
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，适用地层越硬。
近几年这种齿形良好的使用性能越来越受到广大用户的青睐。
球形齿，其顶部是个半圆形球面，耐磨性最好。
如何提高油井钻头牙轮性能及加工工艺的改进
如何提高油井钻头牙轮性能及加工工艺的改进在石油钻井中，广泛应用的钻头有刮刀钻头、牙轮钻头和金刚石钻头（又称PDC钻头）。
其中应用最多的还是牙轮钻头。
牙轮钻头工作时切削齿交替接触井底，破岩扭矩小，切削齿与井底接触面积小，比压高，易于吃入地层；工作刃总长度大，因而相对减少磨损。
牙轮钻头能够适应从软到坚硬的多种地层。
下面就通过问答的方式来了解一下如何提高牙轮钻头的表面硬度及如何选择刀具加工牙轮钻头。
一、牙轮钻头如何分类？答：牙轮钻头是石油钻井工程中应用最为广泛的一种钻头，具有适应底地层广，机械钻速高等特点。
（1）按牙轮数量分类：可分为单牙轮钻头、双牙轮钻头、三牙轮钻头和多牙轮钻头。
国内外使用最多、最普遍的是三牙轮钻头。
三牙轮钻头是石油钻井的重要工具，其工作性能的好坏将直接影响钻井质量、钻井效率和钻井成本，主要用于钻井,勘探,石油,钻头,钻井配件中。
（2）按切削材质分类：可分为钢齿（铣齿）和镶齿牙轮钻头。
钢齿牙轮钻头是由牙轮毛坯铣削加工而成的牙齿。
主要是楔形齿，但由于牙轮材料的限制，在硬，研磨性强的地层中，使用寿命很低，所以一般都会在牙轮钻头的工作面上堆焊一层耐磨材料，提高钢齿牙轮钻头的硬度及工作寿命；镶齿牙轮钻头是在牙轮上钻出孔来，将硬质合金材料制成的齿镶在孔中，为了提高钻速人们先后发明了楔形齿、勺形齿、偏顶勺形齿、等磨损齿等等。
（3）按轴承类型分类：滚动轴承和滑动轴承。
（4）按密封类型分类：橡胶密封和金属密封。
二、如何对钢齿牙轮钻头进行齿面强化？答：钢齿牙轮钻头是石油钻井主要破岩工具之一,其性能的好坏直接影响着钻井质量、钻井速度、钻井成本以至整个石油工业的发展。
据调研,钢齿牙轮钻头的过度磨损,在牙轮钻头失效中占50%以上。
之后国内外钻头工作者专门针对钢齿牙轮钻头强化材料进行研究,取得很大的突破。
采用硬质合金和金刚石对钢齿牙轮钻头进行齿面，使钢齿牙轮钻头的使用寿命和工作性能得到成倍提高,大大降低了生产成本。
[资料]三牙轮钻头特点
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摘要：牙轮钻头是石油钻井中使用最广泛的钻头。
这是由于三牙轮钻头旋转时具有冲击、压碎和剪切破碎岩石的作用，牙齿与井底的接触面积小，比压高、工作扭矩小、工作刃总长度大等。
因而使牙轮钻头能适用于多种性质的岩石，成为使用最广泛的钻头。
牙轮钻头可按牙轮数目的多少分为单牙轮钻头，双牙轮钻头、三牙轮钻头和多牙轮钻头等。
目前普遍使用的是三牙轮钻头。
一、三牙轮钻头的结构三牙轮钻头可分为五个部分，即钻头体、巴掌、牙轮、轴承和水眼。
密封喷射式钻头除上述基本部分外，还有储油补偿系统。
1、钻头体钻头体上部车有丝扣用于连接钻柱，下部带有巴掌。
钻头体上镶装喷嘴。
牙轮钻头可分为有体式和无体式两类。
钻头体与巴掌分别制造，然后将巴掌焊接在钻头体下侧的叫做有体式钻头，这种钻头的上部丝扣均为母扣；巴掌与三分之一钻头体做为一体，然后将三部分合焊在一起的叫做无体式钻头，无体式钻头均为公扣。
2、巴掌巴掌与牙轮轴相连，上面有轴颈，用于支承牙轮。
3．牙轮牙轮是一个外面带有牙齿，内腔加工成与轴颈相对应的滚动体跑道（或滑动磨擦面）的锥体，分单锥与复锥两种结构，如图5-5所示。
仅有主锥和背锥两个不同锥度的牙轮叫单锥牙轮，适用于硬或研磨性较强的地层；除主、背锥外还有1～2个副锥的牙轮叫复锥牙轮，适用于软或中硬地层。
牙轮表面的牙齿，由牙齿毛胚铣削加工或钻孔镶嵌两种方式制成。
牙齿是钻头破岩的主要元件。
由牙轮毛胚铣削加工而成的牙齿叫铣齿，这种钻头叫铣齿钻头。
将金属材料加工成一定形状的牙齿，镶嵌并固定在轮壳上的钻头叫镶齿钻头。
]4、轴承牙轮钻头的轴承结构有滚动轴承和滑动轴承两种。
目前广泛采用大轴承滑动副一滚珠轴承—第二道止推一小轴滑动副的滑动密封轴承结构。
其类型有四种：（1）普通滑动轴承，目前国产镶齿密封滑动轴承喷射钻头，大多采用这种类型的结构；（2）带固定衬套的滑动轴承；（3）带浮动补套的滑动轴承；（4）简易滑动轴承。
5、水眼牙轮钻头在牙轮之间设计有水眼，根据需要可在水眼内安装不同类型、不同直径和不同数量的喷嘴。
牙轮钻头
c.牙齿 牙齿是钻头破岩的主要元件，要求其破 岩效率高和工作寿命长。为此，牙齿既要耐 磨，又要有足够的强度，还要有合理的几何 外形。牙轮钻头的牙齿有铣齿（钢齿）、镶 齿（硬合金齿）两种。
(a)铣齿 铣齿是由牙轮毛胚铣削加工而成的牙齿。 这种钻头叫铣齿钻头。铣齿断面形状主要是楔 形。铣齿的齿形参数主要有齿尖角、齿高、齿 顶削平度（钝度）和外排齿形等。
非自洁式又称重叠式，其特点是各牙轮上 可任意布臵齿圈，不受相邻牙齿的影响，故可 加密齿圈。重叠式牙轮钻头适应于硬及研磨性 较高的地层。 牙齿的加硬。钻进中，在钻头破碎岩石的 同时牙齿逐渐被磨损，影响牙齿磨损的主要因 素是地层岩石的研磨性、钻井技术参数、牙齿 材料与齿形、加工工艺技术等。
为了提高铣齿钻头的工作寿命，通常 要对铣齿进行加硬，即在钻头牙齿的工作 面上加焊一层硬质合金粉。两侧堆焊抗磨 力强，适用于研磨性较高的地层；一侧堆 焊牙齿则能在不断磨损中保持自锐。
d.牙轮钻头的轴承 决定钻头工作寿命最关键的因素是轴承。 通常轴承先于钻头牙齿及其他部分而报损 （称为轴承的先期损坏），密封润滑的滑动 轴承钻头大大提高了牙轮钻头的使用寿命。 目前普遍使用的是硬质合金齿喷射式密封滑 动轴承牙轮钻头。
(a)普通轴承（滚动不密封轴承） 牙轮钻头的普通轴承由牙爪轴颈、牙轮内 腔、滚动体组成。在牙轮内腔及轴颈上加工了 相对应的三个不同尺寸的滚动体跑道，构成三 副轴承。大轴承主要承受由钻压引起的径向载 荷，小轴承起扶正及承受少量径向载荷的作用， 中间的滚珠轴承主要起锁紧定位作用，它将牙 轮及牙爪轴颈锁在一起并承受部分轴向载荷。
(2)牙轮钻头的分类 牙轮钻头有单牙轮钻头、双牙轮钻头、 三牙轮钻头、多牙轮钻头等。其中使用最多 的是三牙轮钻头，它的三个牙轮锥体按120o 夹角对称分布。牙轮钻头还可分为全面钻进 牙轮钻头、取心牙轮钻头、铣齿牙轮钻头、 镶齿牙轮钻头、滚动轴承牙轮钻头、滑动轴 承牙轮钻头等。
第三节牙轮钻头钻进
三、牙轮钻头的工作原理
2、牙轮钻头的碎岩原理 在一定的压力和回转力作用下，钻头上的牙轮既公转又自转，
产生了滚动、滑动、冲击振动的复合碎岩作用，这种复合 作用，可分为冲击、压碎作用和切削剪切作用。 1）冲击、压碎作用
钻进时，加在钻头上的轴心载荷（静载），使牙齿压碎岩石，
这就是压碎作用。 压入压碎为尖楔工具对岩石的压入压碎过程，而镶硬合金的
几种破碎方式联合作用下碎岩，提高了碎岩效果；
(2）牙轮靠滚动和滑动，回转时转矩小，消耗的功率小；
工程钻探学课件
第三节 牙轮钻头钻进 一、牙轮钻头钻进的特点及应用 1、特点
(3）轴心载荷均匀分布在碎岩牙轮上，在牙齿与岩石不大
的接触面积上；造成很高的比压，提高了碎岩效果； (4）牙轮沿孔底滚动时，牙齿与岩石的接触传递为瞬时的， 接触时间短，减少了牙齿的磨损，延长牙齿的寿命。 (5）牙齿与岩石接触的时间短，因接触摩擦而产生的热量
3、牙轮钻头的牙齿
镶齿
镶齿是硬合金齿，主要用于坚硬地层，也用于中硬和软地层。
镶齿体部都是圆柱体，其露出的牙齿外形有：楔形齿、锥形 齿、球形齿、平顶形齿。 楔形齿用于塑性小的中硬及硬的研磨性地层。 锥形齿用于坚硬的和研磨性大的地层。
球形齿适用于高研磨性坚硬地层。
工程钻探学课件
三、牙轮钻头的工作原理
1、牙轮钻头在孔底的运动
(a)
工程钻探学课件
(b)
(c)
二、牙轮钻头的结构
2、牙轮钻头的基本参数
3) 牙轮轴线与钻头轴线夹角β β 角的大小影响钻头牙轮空 间体积的大小和轴承受力
的状况。一般β角为
510~590。软地层钻头的β 角较大，硬地层钻头的β角 较小。
工程钻探学课件
牙轮钻头简介
牙轮钻头的选择方法
地层适应性
选择适合特定地层的牙轮 钻头，如软地层、硬地层 、研磨性地层等。
Hale Waihona Puke 尺寸与规格根据钻井设备的尺寸和规 格选择合适的牙轮钻头， 以确保与钻杆、马达等设 备的配合。
耐磨性与寿命
考虑牙轮钻头的耐磨性和 寿命，选择具有较长使用 寿命和较低维护成本的牙 轮钻头。
牙轮钻头的使用方法
安装与调试
牙轮钻头的结构
牙轮钻头的结构可以分为三大部分： 上部、中部和下部。
上部主要包含轴承座和轴承，中部是 牙轮和钻头体，下部则是喷嘴和密封 件等。
牙轮钻头的分类
根据牙轮数目，牙轮 钻头可分为单牙轮钻 头和多牙轮钻头；
根据结构特点，可分 为常规牙轮钻头和新 型牙轮钻头。
根据使用条件，可分 为软地层牙轮钻头和 硬地层牙轮钻头；
根据不同的牙轮钻头类型和规格，进行正确的安 装和调试，确保与钻杆的配合良好。
使用条件
确保牙轮钻头在使用过程中保持适当的转速和压 力，避免过度磨损和破裂。
维护与保养
定期检查牙轮钻头的磨损情况，及时更换磨损严 重的牙轮，保持钻头的良好状态。
牙轮钻头的发展趋势与研究方
05
向
牙轮钻头的发展趋势
01
高效化
牙轮钻头的工作原理
02
牙轮钻头的工作过程
01
旋转运动
牙轮钻头在旋转过程中，每个牙轮都会围绕钻头轴线旋 转，同时也会绕自身的轴线旋转。这种旋转运动使得牙 轮能够有效地破碎岩石。
02
轴向压力
在钻进过程中，牙轮钻头会受到轴向压力，帮助破碎岩 石。这种压力可以由液压系统或机械系统提供。
03
剪切力
牙轮钻头在旋转过程中，相邻牙轮之间会产生剪切力， 这种剪切力能够使岩石破裂。
pdc钻头与牙轮钻头的区别
pdc钻头与牙轮钻头的区别随着石油勘探和采油技术的不断发展，钻井技术也在不断创新与改进。
在钻井作业中，钻头是最为重要的工具之一。
在众多钻头中，PDC钻头和牙轮钻头是常见的两种类型。
它们在结构、用途等方面存在着一些区别。
本文将以PDC钻头与牙轮钻头的区别为主题，进行论述。
一、结构差异1. PDC钻头PDC钻头，即聚晶体脱碳钻头，具有聚晶脱碳片作为切削牙的特点。
其切削牙片由多个聚晶脱碳片组成，聚晶脱碳片表面覆盖有金属钎料。
这些片状的切削牙片均匀分布在钻头的切削部分上。
2. 牙轮钻头牙轮钻头是由多个牙齿环绕钻头的周边构成，每个牙齿由硬质合金制成。
牙轮钻头的结构类似于传统的手动牙轮，因此得名牙轮钻头。
二、切削原理1. PDC钻头PDC钻头的切削原理是采用多个聚晶脱碳片进行边界切削，并由金属钎料支撑和固定切削牙片。
PDC钻头的结构使得其在钻井作业中具有较高的钻进效率和切削质量。
2. 牙轮钻头牙轮钻头的切削原理是通过牙轮上的牙齿进行旋转切削，类似于手动牙轮的工作原理。
牙轮钻头的切削效果主要取决于牙齿的质量和设计。
三、用途差异1. PDC钻头PDC钻头适用于各种地质环境下的岩石层钻进作业，尤其是对于硬质岩石和砾石层具有良好的适应性。
在水平井钻进和定向井钻进中，广泛采用PDC钻头。
2. 牙轮钻头牙轮钻头主要适用于软质地层的钻进作业，对于较硬的地层适应性较少。
它通常被应用在一些非常规井眼或具有特定地质特征的油气井中。
四、性能对比1. 切削能力PDC钻头由多个切削牙片组成，每个牙片都有较高的切削效率和耐磨性。
它能够在不同岩石层中实现快速和高效的钻进，提高钻井作业效率。
牙轮钻头适用于较软的地层，其切削能力相对较弱。
在遇到较硬的地层时，牙轮钻头容易受到损坏，需要频繁更换。
2. 钻头寿命由于PDC钻头切削牙片覆盖有金属钎料，具有较高的耐磨性和抗磨损能力，因此其寿命相对较长。
牙轮钻头的寿命相对较短，因为牙齿容易受到地层中颗粒物的磨损和损坏。
牙轮钻头详解
运动速度v 均为v v 的合成，即： v =
gx
bx、 cx
gx
v +v ；V 呈直线分布，它与ba交于m点，m点
bx cx gx
vbx
的合成速度为零，为纯滚动点。而其它位置合
成速度不为零，在滚动的同时产生滑动。
vcx
由此可知：超顶牙轮的牙轮钻头在井底工
作时，牙轮上的牙齿在井底以m点为中心产生
切向扭转滑动。
内排齿
保径齿 修边齿
硬质合金堆焊层
图3.15铣齿的切削结构
图3.16 铣齿的结构
铣齿牙轮钻头特点：
铣齿牙轮钻头的牙齿用金属材料直接加工 成型，齿形、齿宽、齿高可根据地层特性设计加 工，因而在软地层中机械钻速高。
铣齿牙齿材料受到牙轮材料的限制，虽经敷 焊硬质合金层，但其耐磨性仍显不足，在硬、研 磨性强的地层中，使用寿命很低。
辅助破岩
图3.29 水力结构的作用
③喷嘴的结构（图3.28)： 喷嘴又称水眼，为硬质合金材料制成，
内部流道形状多样，可拆卸。
水眼 （喷嘴）
图3.28喷嘴的结构
④喷嘴的数量与尺寸 喷嘴数量和尺寸是由水力学参数优化设计结果确定的。喷嘴
的当量直径可由排量和设计钻头压降计算得到：
∇P
=
0.05ρQ2
A2
③圆锥形齿 锥形有长锥、短锥、单锥、双锥等多种形状，强度高于楔形齿。 锥角60一70°的中等锥形齿用来钻中硬地层，如灰岩、白云岩、砂
岩等。90°锥形及120 °。双锥形齿用来钻研磨性高的坚硬岩石，如 硬砂岩、石英岩、燧石等。 ④球形齿
顶部为半球体，适合高研磨性的坚硬地层，如燧石、石英岩、玄 武岩、花岗岩等，强度和耐磨性均高。
第一节 牙轮钻头
牙轮钻头资料重点
(b) 轴承的储油密封润滑
牙轮钻头轴承的储油密封润滑结构是在 一牙轮巴掌的组合体上增加一套储油密封系 统。它由轴承腔的压力补偿系统和密封元件 等组成。其作用是将牙轮内腔与外界的洗井 液分开，并在钻头工作时，随时向轴承腔补 充润滑脂，从而改善轴承的工作条件。
(c) 滑动轴承
滑动轴承钻头主要是指滑动轴承取代 大轴滚柱轴承的牙轮钻头。其结构为滑动轴 承一滚珠轴承一滑动轴承。滑动轴承把牙轮 轴颈与滚柱的线接触改变成滑动摩擦面间的 面接触，承压面积大大增加，比压大大减小。 同时，不存在滚柱对轴颈的冲击作用。由于 去掉了滚柱就可以把轴颈尺寸加大，牙轮壳 体增厚，这样提高了整个轴承的强度，从而 有利于增大钻压，大大提高了钻头的工作寿 命。
此外，还有两道承受牙轮轴向载荷的 止推轴承，即小轴端部为第一道止推轴承， 它由小轴端部堆焊耐磨合金，并在牙轮内腔 相对应部位镶装耐磨合金；小轴颈底端的台 肩面为第二道止推轴承，它在小轴颈底端的 台后面堆焊耐磨合金，同时也在牙轮内腔相 对应部位镶装耐磨合金。
常用的轴承结构有：滚柱轴承一滚珠轴承一 滑动轴承和滚柱轴承一滚珠轴承一滚柱轴承两 种。前种结构多用在直径 152－244mm的小 尺寸钻头中，后一种结构多用在直径244 mm以上的大尺寸钻头中。普通轴承由于没有 密封装置，当钻头在井内工作时，洗井液与泥 砂极易进人牙轮内腔，很快将轴承腔内的润滑 脂冲蚀掉，加剧了轴承磨损，导致普通牙轮钻 头工作寿命很短。
非自洁式又称重叠式，其特点是各牙轮上可 任意布置齿圈，不受相邻牙齿的影响，故可加 密齿圈。重叠式牙轮钻头适应于硬及研磨性较 高的地层。
牙齿的加硬。钻进中，在钻头破碎岩石的同 时牙齿逐渐被磨损，影响牙齿磨损的主要因素 是地层岩石的研磨性、钻井技术参数、牙齿材 料与齿形、加工工艺技术等。
pdc钻头与牙轮钻头的区别
pdc钻头与牙轮钻头的区别在石油勘探和钻井领域，钻头是不可或缺的工具。
PDC钻头和牙轮钻头是常用的两种钻头类型，它们在结构、性能和适应环境等方面有着不同的特点。
本文将从多个角度详细探讨PDC钻头和牙轮钻头的区别。
一、结构和原理的区别PDC钻头：PDC钻头，即聚晶金刚石复合钻头，它的切削牙齿是由高硬度的人造聚晶体-聚晶金刚石制成。
整个钻头由钻体和PDC切削牙齿组成，PDC切削牙齿固定在钻体上。
PDC钻头的主要工作原理是通过切削牙齿对地层进行切削和破碎。
牙轮钻头：牙轮钻头，又称为固体钻头，它的主要特点是由多个齿轮结构组成。
齿轮通过旋转将力传递给钻头，使钻头产生切削作用。
牙轮钻头的切削齿轮通常由高耐磨合金制成，使得钻头能够抵抗地层的强度和磨损。
二、性能和应用的区别1. PDC钻头的性能和应用：- 高效性能：PDC切削牙齿的硬度和强度高，具有出色的切削能力，能够快速破碎地层。
- 适应性广泛：PDC钻头适用于中等到硬地层，如岩石、砂岩和石英岩等。
- 卧井应用：由于PDC钻头切削效率高，因此在大多数卧井（水平和倾斜井）中应用广泛。
2. 牙轮钻头的性能和应用：- 耐磨性能：牙轮钻头的齿轮由高耐磨合金制成，具有良好的耐磨性能，适用于长时间作业。
- 适应性有限：牙轮钻头适用于软到中等硬地层，如泥岩、砂质泥岩和页岩等。
- 垂直井应用：牙轮钻头由于其结构和性能的限制，主要适用于垂直井钻探作业。
三、优缺点的比较1. PDC钻头的优点：- 高效率：PDC钻头具有高切削效率，能够快速完成钻探作业。
- 高度自动化：PDC钻头可与自动化钻井系统配合使用，提高工作效率。
- 适应性广泛：PDC钻头适用于各种地质环境和复杂井型。
缺点：- 对强度较高的地层效果有限。
2. 牙轮钻头的优点：- 耐磨性好：牙轮钻头由于合金齿轮的使用，具有更好的耐磨性能。
- 适用性广泛：牙轮钻头适用于不同硬度的地层，有较广泛的应用范围。
缺点：- 切削效率相对较低。
三牙轮钻头特征
三牙轮钻头特征摘要：牙轮钻头是石油钻井中使用最广泛的钻头。
这是由于三牙轮钻头旋转时具有冲击、压碎和剪切破碎岩石的作用，牙齿与井底的接触面积小，比压高、工作扭矩小、工作刃总长度大等。
因而使牙轮钻头能适用于多种性质的岩石，成为使用最广泛的钻头。
牙轮钻头可按牙轮数目的多少分为单牙轮钻头，双牙轮钻头、三牙轮钻头和多牙轮钻头等。
目前普遍使用的是三牙轮钻头。
一、三牙轮钻头的结构三牙轮钻头可分为五个部分，即钻头体、巴掌、牙轮、轴承和水眼。
密封喷射式钻头除上述基本部分外，还有储油补偿系统。
1、钻头体钻头体上部车有丝扣用于连接钻柱，下部带有巴掌。
钻头体上镶装喷嘴。
牙轮钻头可分为有体式和无体式两类。
钻头体与巴掌分别制造，然后将巴掌焊接在钻头体下侧的叫做有体式钻头，这种钻头的上部丝扣均为母扣；巴掌与三分之一钻头体做为一体，然后将三部分合焊在一起的叫做无体式钻头，无体式钻头均为公扣。
2、巴掌巴掌与牙轮轴相连，上面有轴颈，用于支承牙轮。
3．牙轮牙轮是一个外面带有牙齿，内腔加工成与轴颈相对应的滚动体跑道（或滑动磨擦面）的锥体，分单锥与复锥两种结构，如图5-5所示。
仅有主锥和背锥两个不同锥度的牙轮叫单锥牙轮，适用于硬或研磨性较强的地层；除主、背锥外还有1～2个副锥的牙轮叫复锥牙轮，适用于软或中硬地层。
牙轮表面的牙齿，由牙齿毛胚铣削加工或钻孔镶嵌两种方式制成。
牙齿是钻头破岩的主要元件。
由牙轮毛胚铣削加工而成的牙齿叫铣齿，这种钻头叫铣齿钻头。
将金属材料加工成一定形状的牙齿，镶嵌并固定在轮壳上的钻头叫镶齿钻头。
]4、轴承牙轮钻头的轴承结构有滚动轴承和滑动轴承两种。
目前广泛采用大轴承滑动副一滚珠轴承—第二道止推一小轴滑动副的滑动密封轴承结构。
其类型有四种：（1）普通滑动轴承，目前国产镶齿密封滑动轴承喷射钻头，大多采用这种类型的结构；（2）带固定衬套的滑动轴承；（3）带浮动补套的滑动轴承；（4）简易滑动轴承。
5、水眼牙轮钻头在牙轮之间设计有水眼，根据需要可在水眼内安装不同类型、不同直径和不同数量的喷嘴。
牙轮钻头型号特征与失效形式介绍
12、钻头出芯
钻头中心部位的齿磨损或断落, 使 井底相应地层未被切削而留下岩心。钻 头轮尖断落会引起牙轮基体迅速的严重 损坏，机械钻速猛降。其原因大致有： 1、岩层的研磨性超过了钻头中心齿的 抗磨能力； 2、牙轮壳体被冲蚀后齿脱落； 3、井底有金属碎屑引起中心齿破裂； 4、井底形状变化大，更换新钻头后修 整井底的措施不当或时间太短。
14、牙轮破裂
牙轮破裂即指牙轮破成两半或几块， 但大部分牙轮仍在钻头上，牙轮破裂可 以是多种原因造成的，以下是牙轮破裂 的一些原因： 1、牙轮打架，一个轴承失效后，牙轮 相碾压使一个或多个牙轮破裂； 2、顿钻、溜钻使牙轮受到猛烈冲击； 3、井内硫化氢的腐蚀，导致氢脆； 4、热处理不当使牙轮壳体产生微 裂纹，在钻头工作时，由于疲劳冲击 载荷作用，裂纹扩展而导致牙轮破裂.
I O D LB G OR 4 4 WT A F 1/16 FC TQ
上表为：内、外排齿磨损1/2；主要钝化特征是牙齿 磨损，位置是所有齿圈；密封已失效；钻头直径磨损
1/16英寸；齿顶磨平；因扭短增大而起钻。
五、典型失效形式分析
钻头失效分为正常失效和非正常失效： 在正常工况下钻头使用时间在预期的范围
序号 轴承及密封主要结构 标准系
特殊系列
特征
列
T（特别保径） S（大井底覆盖）
1 滑动轴承橡胶密封 HA
HAT
HAS
2 滑动轴承金属密封
HJ
HJT
HJS
3 浮动轴承橡胶密封
FA
FAT
FAS
4 浮动轴承金属密封
FJ
5 滚动轴承橡胶密封 GA
6 滚动轴承金属密封
牙轮钻头详解
第六章破岩工具及其破岩机理引言石油钻井使用的破岩工具主要有四类：1.牙轮钻头；2.聚晶金刚石钻头；3.单晶金刚石钻头；4.刮刀钻头。
破岩工具不同，其结构、破岩机理不同。
了解和掌握不同破岩工具的结构及其破岩机理，对于破岩工具的选型、结构优化设计、钻井参数的优化及破岩工具应用等都具有重要意义。
第一节牙轮钻头牙轮钻头是石油钻井工程中应用最为广泛的一种钻头。
具有适应地层广，机械钻速高的特点。
牙轮钻头的分类：按牙齿的固定方式分为：镶齿和铣齿（图3.8)；按轴承类型分为：滚动轴承和滑动轴承（图3.9)；按密封类型分为：橡胶密封和金属密封（图3.10)；按牙轮数量分为：单牙轮钻头、双牙轮钻头和三牙轮钻头（图3.11)。
图3.8镶齿和铣齿牙轮钻头滑动轴承结构滚动轴承结构图3.9滚动轴承和滑动轴承牙轮钻头橡胶密封金属密封图3.10橡胶密封和金属密封三牙轮钻头双牙轮钻头单牙轮钻头图3.11 单牙轮钻头、双牙轮钻头和三牙轮钻头一、牙轮钻头结构一、牙轮钻头的结构图3.12 牙轮钻头结构描述牙轮钻头牙爪（巴掌）牙轮钻头结构可分为以下主要部分描述(图3.12)：①接头：钻头上部车有丝扣，供与钻柱连接用；②牙爪(也称巴掌)：上接壳体，下带牙轮轴(轴颈)；③牙轮与牙齿；④轴承系统；⑤储油密封补偿系统；⑥水力结构：喷嘴数量、尺寸形状、空间结构参数。
一)牙轮及牙齿1.牙轮牙轮是用合金钢经过模锻而制成的锥体(如图3.13) ，牙轮锥面或铣出牙齿（铣齿钻头)，或镶装硬质合金齿(镶齿钻头)，牙轮内部有轴承跑道及台肩，牙轮外锥面具有两种至多种锥度。
单锥牙轮仅由主锥和背锥组成；复锥牙轮由主锥、副锥和背锥组成，有的有两个副锥（图3.14）。
轴承跑道铣齿镶齿位置图3.13 牙轮结构示意牙轮图3.14 牙轮锥面结构形式2.铣齿铣齿牙轮钻头的牙齿是由牙轮毛坯经铣削加工而成的，主要是楔形齿，齿的结构见图3.15，根据齿位置的不同分为保径齿、内排齿和修边齿。
牙轮钻头
(b) 轴承的储油密封润滑 牙轮钻头轴承的储油密封润滑结构是在 一牙轮巴掌的组合体上增加一套储油密封系 统。它由轴承腔的压力补偿系统和密封元件 等组成。其作用是将牙轮内腔与外界的洗井 液分开，并在钻头工作时，随时向轴承腔补 充润滑脂，从而改善轴承的工作条件。
(c) 滑动轴承 滑动轴承钻头主要是指滑动轴承取代 大轴滚柱轴承的牙轮钻头。其结构为滑动轴 承一滚珠轴承一滑动轴承。滑动轴承把牙轮 轴颈与滚柱的线接触改变成滑动摩擦面间的 面接触，承压面积大大增加，比压大大减小。 同时，不存在滚柱对轴颈的冲击作用。由于 去掉了滚柱就可以把轴颈尺寸加大，牙轮壳 体增厚，这样提高了整个轴承的强度，从而 有利于增大钻压，大大提高了钻头的工作寿 命。
d.牙轮钻头的轴承 决定钻头工作寿命最关键的因素是轴承。 通常轴承先于钻头牙齿及其他部分而报损 （称为轴承的先期损坏），密封润滑的滑动 轴承钻头大大提高了牙轮钻头的使用寿命。 目前普遍使用的是硬质合金齿喷射式密封滑 动轴承牙轮钻头。
(a)普通轴承（滚动不密封轴承） 牙轮钻头的普通轴承由牙爪轴颈、牙轮内 腔、滚动体组成。在牙轮内腔及轴颈上加工了 相对应的三个不同尺寸的滚动体跑道，构成三 副轴承。大轴承主要承受由钻压引起的径向载 荷，小轴承起扶正及承受少量径向载荷的作用， 中间的滚珠轴承主要起锁紧定位作用，它将牙 轮及牙爪轴颈锁在一起并承受部分轴向载荷。
(4)牙轮钻头的工作原理 钻进中牙轮钻头在井底的运动及破岩 机理取决于钻头的结构、钻进参数配合、 井底状态等多方面的因素。为了能够根据 不同地层岩性，合理选择与使用钻头，就 必须了解牙轮钻头在井底的运动及破岩机 理。
a.牙轮钻头在井底的运动 牙轮钻头在井底的运动，决定着牙轮与 牙齿的运动，从而直接决定了牙齿对地层岩 石的破岩作用。钻头在井底的运动有公转、 自转、纵振、滑动。钻头在井底运动的同时 牙轮在井底的运动也有公转、自转、纵振和 滑动。
牙轮钻具的特点以及组成部分
⽛轮钻具的特点以及组成部分
⽛轮钻具的特点以及组成部分
实践明，如能合理地确定钻机的钻孔⼯作制度，就能提⾼钻孔速度，延长钻头寿命和降低钻孔成本。
⽛轮钻机的分类⽛轮钻机的种类很多，按⼯作场地的不同，可分为露天矿⽤⽛轮钻机和地下矿⽤⽛轮钻机。
按回转和加压⽅式的不同，⽛轮钻机可分为：底部回转间断加压式（也称卡盘式）、底部回转连续加压式（也称转盘式）和顶部回转连续加压式（也称滑架式）3种基本类型。
⽛轮钻具的特点⽛轮钻机的钻具，主要包括钻杆、⽛轮钻头两部分。
它们是⽛轮钻机实施钻孔的⼯具。
⽛轮钻机在⼯作时，为了扩⼤其钻孔孔径，陶粒砂旋窑或者为了减少来⾃钻具的冲击振动负荷，钻凿出⽐较规整的爆破孔，在⽛轮钻具上还常安装扩孔器、减振器、稳定器等辅助机具，这些都归为钻具部分。
钻杆的上端拧在回转机构的钻杆连接器上，下端和⽛轮钻头连接在⼀起。
由减速器主轴来的压⽓，经空⼼钻杆从钻头喷出吹洗孔底并排出岩碴钻孔时，⽛轮钻机利⽤回转机构带动钻具旋转，并利⽤回转⼩车使其沿钻架上下运动。
通过钻杆，⽔泥机械将加压和回转机构的动⼒传给⽛轮钻头。
在钻孔过程中，随着炮孔的延伸，⽛轮钻头在钻机加压机构带动下不断推进，在孔底实施破岩。
牙轮钻头结构范文
牙轮钻头结构范文牙轮钻头是一种常用的钻具，主要用于石油、天然气、地热等勘探和开发过程中的钻井作业。
它由钻头头部和钻杆连接部分组成，具有一定的结构特点。
牙轮钻头的头部通常是由钢质齿轮和刀具组成。
钢质齿轮是牙轮钻头的核心部件，它通过与岩石、土层等工作层面接触，起到钻孔的作用。
齿轮上通常会安装有硬质合金齿片，以提高钻头的穿刺能力和耐磨性。
齿片一般采用钻石、金刚石或其他超硬材料制成，能够在高负荷和高温环境下保持较好的工作性能。
钻头的连接部分通常由联轴器、承载器和定位销等构件组成。
联轴器用于连接钻头和钻杆，通过传递转矩和承载钻杆的重力，使钻头能够旋转并不断下钻。
承载器是钻头连接部分中的一种重要组件，它能够承受来自地层和钻头旋转时产生的巨大压力和冲击力，保证钻头的正常工作。
定位销用于固定联轴器和承载器的相对位置，以便钻头能够准确地沿着预定的方向前进。
为了提高钻头的工作效率和寿命，牙轮钻头通常还会配备润滑系统和冷却系统。
润滑系统能够在工作过程中给钻头的关键部位提供充分的润滑，并带走摩擦产生的热量，减少齿轮和刀具的磨损。
冷却系统主要通过喷水、喷液等方式，将钻头及时冷却，降低工作温度，以保证钻头的正常运行。
此外，牙轮钻头还具有防失稳和反卡功能。
防失稳是指钻头在工作过程中，通过合理的结构设计和工作参数控制，使钻头能够保持稳定的下钻过程，避免失稳和偏斜现象的发生。
反卡功能则是通过设计合理的凹槽数量和位置，在遇到障碍物或工作层面发生卡钻情况时，能够实现钻头的自动反转，以解除卡钻状态。
总之，牙轮钻头的结构是经过精心设计和优化的，以适应不同的地质环境和钻井作业要求。
通过合理的结构设计和配备相应的功能部件，牙轮钻头能够有效地提高钻井作业的效率和质量，为油气开发和勘探提供有力的技术支持。
钻头及钻柱
一、钻铤 钻挺接在钻头上面,主要是给钻头施加钻压和防止井斜，因此它壁厚而粗大，单 位长度重量大。壁厚一般是38~53毫米,相当于同尺寸钻杆的4~6倍。它的直 径一般与钻杆接头直径相等。这样可以增强刚度，受压时不易弯曲，因而有 利于钻直井眼。 二、钻杆 钻杆是钻柱的基本组成部分。它是用无逢钢管制成，壁厚一般为9~11mm。其主 要作用是传递扭矩和输送钻井液,并靠钻杆的逐渐加长使井眼不断加深。因 此,钻杆在石油钻井中占有十分重要的地位。 三、方钻杆 方钻杆位于钻柱的最上端,有四方形和六方形两种。钻进时,方钻杆与方补心、 转盘补心配合,将地面转盘扭矩传递给钻杆，以带动钻头旋转。 四、稳定器 在钻铤柱的适当位置安装一定数量的稳定器，组成各种类型的下部钻具组合， 可以满足钻直井时防止井斜的要求，钻定向井时可起到控制井眼轨迹的作用。 此外,稳定器的使用还可以提高钻头工作的稳定性,从而延长使用寿命，这对 金刚石钻头尤为重要。
钻 杆Biblioteka 钻 铤稳定器 钻 铤 稳定器
钻
铤
钻头
三、金刚石钻头 在坚硬而研磨性高的地层钻进,金刚石钻 头比其它类型钻头的钻速和总进尺高,能减 少起下钻次数,降低钻井成本。近年来大庆 油田中深井钻井口数在不断增加，随着钻 井技术的不断改进，追求更高的钻井经济 效益，金刚石钻头的使用非常普遍。
钻 柱
在钻井过程中,将方钻杆、钻杆、钻铤等用各种接头连接 起来组成入井的管串称为钻柱。钻柱有如下基本作用： （1）通过它把钻头下到井底和提升到地面。钻井过程中, 无论钻头能钻多深,都必须通过钻柱来实现。 （2）钻柱的钻挺部分是加钻压用的,使钻头能更有效地吃 人地层（禁止用钻杆部分来加压,否则钻杆磨损快、断 裂快），并能防斜。 （3）把旋转运动传给钻头，钻杆可以看作是一根由转盘 驱动的传动轴。 （4）钻柱将钻井液从地面传送到钻头处,因而,钻柱也是 一根竖直的导管。 （5）进行特殊作业,如挤水泥、处理井下事故等。钻柱是 联通地面和地下的枢纽,工作条件十分复杂,正确的管理、 使用钻柱是非常重要的。
江钻钻头介绍及 应 用 参 数
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------江钻钻头介绍及应用参数一、牙轮钻头 1、结构 1）钻头的结构特点三牙轮钻头是由牙掌、牙轮、轴承、锁紧元件、储油密封系统、切削齿和流道喷嘴水力结构等二十多种零部件组成。
2、工作原理 1) 钻头的公转钻头的公转速度就是转盘或井下动力钻具的旋转速度。
钻头公转时，牙轮也绕钻头轴线旋转，牙轮上各排牙齿绕钻头轴线旋转的线速度不同，外排齿的线速度最大。
2) 钻头的自转钻头旋转时，牙轮绕牙掌轴线作反时针旋转的运动叫自转。
牙轮的自转速度决定于钻头的公转转速，并与牙齿对井底的作用有关，是岩石对牙齿的吃入破碎作用产生阻力作用的结果。
3) 钻头的纵振（轴向振动）冲击压碎作用轮心位置的变化使钻头沿轴向作上下往复运动，就是钻头的纵向振动，它与牙齿的齿高、齿距等钻头结构参数及岩性有关。
软地层振幅小，硬地层振幅大。
振动频率与齿数和牙轮转速成正比。
4) 钻头的滑动剪切破碎作用破碎不同类型的岩石，要求钻头有不同的滑动量，滑动量由钻头结构参数决定。
软地层钻头滑动量大，硬地层应尽量小或不滑动。
1/ 93、江钻牙轮钻头表示方法江钻三牙轮钻头型号由四部分组成：钻头直径代号钻头系列代号钻头分类号钻头附加结构特征代号示例：8 1/2MD517X 8 1/2：钻头直径 8.5 英寸（215.9mm） MD：高速马达钻头系列代号 517：适合低抗压强度和高可钻性地层的镶齿钻头 X：主切削齿为凸顶楔形齿 1) 钻头直径代号：用数字（整数或分数）表示，单位一般为英寸。
2) 钻头系列代号：对于三牙轮钻头，按其适用功能、轴承及密封结构主要特征等方面，分为 13 个标准系列。
钻头应用表钻头应用 MD HF SWT Q YC HJ/GJ HA/GA SKF SKH/SKGSKW 高转速● ● 高温● ● 高研磨性● ● 防泥包● ●小井眼● ● 硬地层-低转速● ●硬地层-螺杆● 软地层-螺杆● ●● 低研磨性● ● ● ● ● ● 空气泡沫钻井● 高钻压● ● ● 配套系统轴承和性能钻头应用 MD HF SWT Q YC HJ GJ SKF 滑动轴承● ● ●● ● 滚动轴承● ● 浮动轴承●---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ ● 镶套轴承● ● 滚滑轴承金属密封● ● ● 橡胶密封● ● ● ● 加强水力设计方案● ● 3) 三牙轮钻头分类号、江钻牙轮钻头与 IADC 编码对应表和钻头类型与地层级别对应关系表：分类号采用 SPE/IADC 23937 的规定，由三位数字组成，首位数为切削结构类别及地层系列号，第二位为地层分级号，末位数为钻头结构特征代号。
牙轮钻机工作原理及结构特
牙轮钻机工作原理及结构特征双击自动滚屏一、牙轮钻机的工作原理牙轮钻机钻孔时，依靠加压、回转机构通过钻杆，对牙轮钻头提供足够大的轴压力和回转扭矩，牙轮钻头在岩石上同时钻进和回转，对岩石产生静压力和冲击动压力作用。
牙轮在孔底滚动中连续地挤压、切削冲击破碎岩石；有一定压力和流量流速的压缩空气，经钻杆内腔从钻头喷嘴喷出，将岩渣从孔底沿钻杆和孔壁的环形空间不断地吹至孔外，直至形成所需孔深的钻孔。
二、牙轮钻机的主要结构特征1、钻具牙轮钻机钻具主要有牙轮钻头、钻杆和稳杆器。
1）牙轮钻头。
牙轮钻具工作原理：钻机通过钻杆给钻头施加足够大的轴压力和回转扭矩，牙轮钻头转动时，各牙轮又绕自身轴滚动，滚动的方向与钻头转动方向相反。
牙轮齿在加压滚动过程中，对岩石产生碾压作用；由于牙轮齿以单齿和双齿交替地接触岩石，当单齿着地时牙轮轴心高，而双齿着地时轴心低，如此反复进行，使岩石受到周期性冲击作用；又由于牙轮的超顶、退轴（3个牙轮的锥顶与钻头中心不重合）、移动（3个牙轮的轴线不交于钻头中心线）和牙轮的复锥形状、使牙轮在孔底工作时还产生一定的滑动，对岩石产生切削作用。
因此，牙轮钻头破碎岩石实际上是冲击、碾压和切削的复合作用。
（1）牙轮钻头的分类与基本结构。
牙轮钻头按牙轮的数目分，有单牙轮、双牙轮、三牙轮及多牙轮的钻头。
单牙轮及双牙轮钻头多用于直径小于150mm 的软岩钻进。
多牙轮钻头多用于炮孔直径180mm以上岩心钻进，矿山主要使用三牙轮钻头，三牙轮钻头又可分为压缩空气排渣风冷式及储油密封式两种。
压气排渣风冷式牙轮钻头（简称压气式钻头）是用压缩空气排除岩渣的。
此种钻头使用于露天矿的钻孔作业。
通常钻凿炮孔直径为150～445mm，孔深在20m 以下。
压气式钻头由3片牙爪及在其轴颈上通过轴承（滚柱、钢球、滑动衬套）装配3个互相配合的牙轮所组成。
牙爪尾部螺纹与钻杆相连接。
牙轮上镶嵌硬质合金柱齿，起着直接破碎岩石的作用。
牙爪借助滚柱、钢球和衬套绕爪轴口转，钻机钻压通过轴承传递给牙齿并作用于岩石。
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牙轮钻头的特点
牙轮钻头在钻井开井工程中是非常重要的一种工具，牙轮钻头是一种在不断实践中产生的工具，所以实用性非常的高。
今天小编就重点介绍一下它的几个方面，希望对大家有所帮助。
一、牙轮钻头
牙轮钻头是使用最广泛的一种钻井钻头。
牙轮钻头工作时切削齿交替接触井底，破岩扭矩小，切削齿与井底接触面积小，比压高，易于吃入地层；工作刃总长度大，因而相对减少磨损。
牙轮钻头能够适应从软到坚硬的多种地层。
二、牙轮钻头的种类及用途
牙轮钻头按牙轮数量可分为单牙轮钻头、三牙轮钻头和组装多牙轮钻头。
按切削材质可分为钢齿（铣齿）和镶齿牙轮钻头。
国内外使用最多、最普遍的是三牙轮钻头。
在石油、地以及各种钻探行业中牙轮钻头是不可缺少的重要部分，但是牙轮钻头对一些钻探行业来说价格实在太高，这就促使一些钻探行业对二手牙轮钻头产生了很大兴趣，其价格低，质量可靠（在石油钻探中只使用了其寿命的1/3），为钻探行业降低了大量成本，所以二手牙轮钻头已经成为一些钻探行业中的一重要部分。
牙轮钻头的主要用途：钻井，勘探，石油，钻头，钻井配件。
三、牙轮钻头的特点
1、钢球锁紧牙轮，适应高转速。
2、采用可耐250°C高温、抗磨损的新型润滑脂。
3、采用可限制压差并防止钻井液进入润滑系统的全橡胶储油囊，为轴承系统提供了良好的润滑保证。
4、采用高精度的金属密封。
金属密封由一副精心设计加工的金属密封环作为轴承轴向动密封，两个高弹性的橡胶供能圈分别位于牙掌和牙轮密封区域内作为静密封，优化的密封压缩量确保了两个金属环密封表面始终保持良好接触。
5、镶齿钻头采用高强度高韧性硬质合金齿，优化设计的齿排数、齿数、露齿高度和独特的合金齿外形，充分发挥了镶齿钻头高耐磨性和优异的切削能力。
钢齿钻头齿面敷焊新型耐磨材料，在保持钢齿钻头高机械钻速的同时，提高了钻头切削齿寿命。
6、采用浮动轴承结构，浮动元件由高强度、高弹性、高耐温性、高耐磨性特点的新材料制成，表面经固体润滑剂处理。
在降低轴承副相对线速度的同时，减少摩擦面温升，能有效提高高钻压或高转速钻井工艺条件下的轴承寿命和轴承可靠性。
本文摘自变宝网-废金属_废塑料_废纸_废品回收_再生资源B2B交易平台网站；
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