第4章 岩石与钻头
第四章冲击及冲击回转钻进
第一节、钢丝绳冲击钻进 二、钢丝绳冲击钻进所使用的钻具
1）用来破碎岩石和取样排屑的工具—钻头、冲击钻杆、 钢丝绳接头、捞砂筒和取样器等。
工程钻探学Leabharlann 件一字形钻头第一节、钢丝绳冲击钻进 二、钢丝绳冲击钻进所使用的钻具
1）用来破碎岩石和取样排屑的工具—钻头、冲击钻杆、 钢丝绳接头、捞砂筒和取样器等。
第四章 冲击及冲击回转钻进
采用回转钻进方法钻进坚硬和研磨性较高的岩石时，由于岩 石抗压入强度高，切削具必须在很大的压力下才能切入岩石， 而大的轴心压力将导致切削具的急剧磨损，从而使钻进效率 大大降低。实践表明，破碎坚硬岩石时，冲击钻进比回转钻 进更为有效，这是由于岩石的剪切强度只相当于抗压强度的 1/6~1/12，冲击钻进使岩石产生剪切破碎。此外，在冲击载 荷作用下，岩石表面可产生瞬时接触应力，在动应力作用下， 岩石易产生裂纹，并且随冲击速度的提高，岩石的脆性将增 大，有利于岩石中裂纹的发育。因此，用不大的冲击力，便 可以达到破碎坚硬岩石的效果。
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第二节、冲击回转钻进
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第二节、冲击回转钻进 施工工地照片
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第四章 冲击及冲击回转钻进 第一节、钢丝绳冲击钻进
钢丝绳冲击钻进的基本原理是， 借助于一定重量的钻头，在一定 的高度内周期地冲击井底，使岩 石破碎而获得进尺。在每次冲击 之后，钻头在钢丝绳带动下，回 转一定的角度，从而使钻孔得到 规则的圆形断面。
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钢丝绳冲击钻机
钢丝绳冲击钻机
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第一节、钢丝绳冲击钻进 三、冲击钻进规程
冲击钻进规程是研究如何合理地、有效地运用冲击钻具进行钻 进，从而能达到提高效率、保持质量和降低成本的问题。
第三、第四章：钻井、沉井法
第三章钻井法施工钻井法是钻头刀具破碎岩石，用泥浆技能型洗井护壁和排渣，当井筒钻至设计直径和深度后，再进行永久支护的一种机械化凿井方法。
我国第一口煤矿钻井是69年元旦开始在淮北矿物局朔里南风井，（φ4.3m，H90m）1984年在济西西风井钻井直径9,深度508.2m井筒。
钻井法所用机械——钻机：国产：AS—9/500，洛阳矿山机械厂生产国外：西德维尔特公司L40/80型，φ4m，φ8m，l＝1000m，美国休斯公司生产钻头一、工艺流程立井钻机凿井的施工液分为三个基本工艺流程，即钻进，洗井，和支护。
1、钻进——钻机以钻头刀具连续破碎岩石，钻成井筒空间的工艺过程，大直径井筒钻进，因受钻机设备能力的限制，多采用分级扩孔方式，即先钻进一个直径较少的超前钻孔至设计深度，然后再分数次逐级扩孔钻进到设计直径，φ3.0m，φ5.5m，φ9.0m。
2、洗井——泥浆钻井过程中破碎下来的岩渣，用循环泥浆压入地面——洗井，因泥浆充填整个井筒，还起到维护井帮的稳定作用，还可以冷却钻头的作用。
3、支护——当井筒钻进到设计直径和深度，完成全部钻井工作之后，将地面预制好的井筒移至井口，在泥浆中漂浮下沉井壁，最后再进行壁后注浆充填等工作。
二、钻井设备——以钻机为主体，分刀具，旋转，提吊，和洗井四大功能系统。
1、钻具系统——钻头，钻杆钻头——由刀具，刀盘，中心管，加重块，稳定器等部分组成。
钻杆——用以提吊钻头，传递扭矩作为输送压气，循环泥浆和排出岩渣的通道。
2、旋转系统——产生和传递扭矩，使钻具旋转，钻头破岩的系统。
由转盘，主动钻杆组成。
转盘——在直流电机或液压马达驱动下，产生扭距，使钻头旋转，主动钻杆——称为钻杆，安装在钻具的最上部，上与水龙头连接，下与一般钻杆连接，将转盘产生扭矩传递给钻杆。
3、提吊系统——由钻塔，绞车，复滑轮组，大钩等组成。
用于提吊起升和下下放钻具，支护时用于提吊下放井壁。
4、洗井系统——洗井系统，在钻井过程中，起到循环泥浆，冲洗井底和排除岩渣的作用，主要用水龙头，压气排液器等组成。
第四章 冲击及冲击回转钻进
5) 切削具的出刃形式多为平底形，且出刃量较大。
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第二节、冲击回转钻进
二、冲击回转钻进用的钻头
2、液动冲击回转钻进用钻头 ① 取心式硬合金钻头 普通大八角硬合金钻头 可带肋骨或不带肋骨。肋骨厚3mm 以增大通水面积，合金采用 10×10×16mm大八角柱八粒，内、 外出刃3mm，底出刃5mm，刃尖角
4) 钻头是以自由落体方式冲击岩石的。冲击钻头利用高的
冲击速度产生很大的冲击力，能有效破碎坚硬岩石。
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第一节、钢丝绳冲击钻进 一、钢丝绳冲击钻进的特点： 冲击钻进，总的来说是一种钻进速度低的老方法。它利用 钻具自由落体式进行钻进，因而只能钻进垂直的钻孔；与 现代先进钻进方法相比，钻进效率较低。因此，冲击钻进
（2）的中心通道而流人孔底，作经常性冷却钻头及吹粉，
②作为动力的主气流则沿缸壳(12）中的气槽，进人活塞 （冲锤）的中间环腔，并经缸壳上的下气槽进入锤下气室， 推动活塞上行。
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第二节、冲击回转钻进
一、冲击器
2、风动冲击器 ③在活塞上行中，当下段活塞封闭下气槽的入口后，就停 止向下气室进气，但锤下气室内的压气便膨胀井在惯性作用 下继续推动活塞上升。
冲击器钻进中硬岩石。
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第二节、冲击回转钻进
二、冲击回转钻进用的钻头
2、液动冲击回转钻进用钻头 ① 取心式硬合金钻头
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第二节、冲击回转钻进
二、冲击回转钻进用的钻头
2、液动冲击回转钻进用钻头 ②金刚石钻头 (1）现在金刚石冲击回转钻进方法仍以回转作用为主，冲击 为辅，所以选择钻头类型时，表镶或孕镶钻头都可以用；
2、风动冲击器 ⑥在活塞上行的过程中，当活塞的尾端离开轴承环(19）时， 活塞下气室中的膨胀气体经钻头中心孔排于孔底， ⑦当活塞下行至离开配气机构的尾管后，锤上气室的气体
牙轮钻头破岩原理
牙轮钻头破岩原理
牙轮钻头是一种常用的岩石钻探工具，它通过旋转和冲击来破
碎岩石，实现岩石的钻孔作业。
牙轮钻头的破岩原理是基于其特殊
的结构和工作方式，下面我们来详细介绍一下牙轮钻头的破岩原理。
首先，牙轮钻头的结构包括钻头体、切削结构和牙轮。
钻头体
是整个钻头的主体部分，通常由合金钢制成，具有足够的硬度和耐
磨性。
切削结构是钻头上的切削刃，通常呈锥形或圆锥形，用于切
削岩石。
牙轮是钻头上的齿状结构，可以增加钻头与岩石之间的摩
擦力，提高钻进效率。
其次，牙轮钻头的工作方式是通过旋转和冲击来破碎岩石。
当
钻头旋转时，切削结构不断切削岩石，同时牙轮产生的冲击力也在
不断作用于岩石表面。
这种旋转和冲击的组合作用，可以有效地破
碎岩石，使得钻头能够顺利地钻进岩层。
最后，牙轮钻头的破岩原理可以总结为旋转切削和冲击破碎的
综合作用。
旋转切削主要是通过切削结构对岩石进行切削，而冲击
破碎则是通过牙轮产生的冲击力对岩石进行破碎。
这两种作用相互
配合，使得牙轮钻头能够高效地完成岩石钻探作业。
综上所述，牙轮钻头的破岩原理是基于旋转切削和冲击破碎的综合作用，通过钻头结构和工作方式的设计，实现对岩石的高效钻探。
牙轮钻头在矿山、隧道、地下工程等领域有着广泛的应用，对于岩石钻探作业具有重要的意义。
钻井工程理论与技术(第二版)课后题简答题答案
第一章钻井的工程地质条件1.简述地下各种压力的基本概念及上覆岩层压力、地层孔隙压力和基岩应力三者之间的关系。
答：静液压力：是由液柱自身的重力所引起的压力，它的大小与液体的密度、液柱的垂直高度或深度有关。
地应力：钻井工程施工之前存在于地下某点的应力状态为原地应力状态。
地层孔隙压力：岩石孔隙中流体所具有的压力。
也称地层压力。
上覆岩层压力：是指由上覆岩层重力产生的铅垂方向的地应力分量。
该处以上地层岩石基质和岩石孔隙中流体的总重力所产生的压力。
基岩应力：是指由岩石颗粒间相互接触支撑的那一部分上覆岩层压力。
也称有效上覆岩层压力或骨架应力。
地层破裂压力：地层某深度处的井壁产生拉伸破坏时的应力地层坍塌压力：地层某深度处的井壁产生剪切破坏时的应力上覆岩层的重力是由岩石基质（基岩）和岩石孔隙中的流体共同承担的，即上覆岩层压力是地层压力与基岩应力的和2、简述地层沉积欠压实产生异常高压的机理。
答：在稳定沉积过程中，若保持平衡的任意条件受到影响，正常的沉积平衡就被破坏。
如果沉积速度很快，岩石颗粒就没有足够的时间去排列，孔隙内流体的排出受到限制，基岩无法增加它的颗粒与颗粒之间的压力。
由于上覆岩层继续沉积，负荷增加，而下面基岩的支撑能力没有增加，孔隙中的流体必然开始部分地支撑本来应由岩石颗粒所支撑的那部分上覆岩层压力，从而导致了异常高压。
3、简述在正常压实的地层中岩石的密度、强度、孔隙度、声波时差和dc指数随井深变化的规律。
答：所以随井深的增加，地层中岩石密度逐渐变大，而岩石的孔隙度变小。
随着井深的增加，岩石的强度增大。
在正常地层压力井段，随着井深增加，岩石的孔隙度减小，声波速度增大，声波时差减小。
在正常地层压力情况下，机械钻速随井深增加而减小，d指数随井深增加而增大。
所以dc指数也随井深的增加而增大。
4、解释地层破裂压力的概念，怎样根据液压实验曲线确定地层破裂压力。
答：在井下一定深度的裸露地层，承受流体压力的能力是有限的，当液体压力达到一定数值时会使地层破裂，这个液体压力称为地层破裂压力。
综合录井-杨琎 第四章 钻时录井技术
第四章钻时录井技术1 钻时石油天然气钻井过程中，每钻进单位进尺所需要的纯钻进时间。
1．1 单位进尺，即录井间距，这是地质设计中按照各类探井录取资料的有关标准确定的，不能随意更改。
1．2 纯钻进时间，即“钻时”是指钻进单位进尺所消耗的总时间中减去由于各种原因停止钻进的时间之后的实际钻井时间。
即钻时＝钻到时间－开钻时间－停钻时间。
1．3 “钻时”单位常用“min／m”表示，取整数。
它不同于工程钻速m/h （米／小时）。
2 钻时的实用价值钻时表示地下岩层的可钻性，也反应了岩石的某些地质特性。
钻时又是整个钻探地质录井中获得的首项地下地质资料。
因此其实用价值十分重大。
2．1 录井地质人员利用钻时，可以初步判别岩性及划分对比地层；在岩屑描述中用于归位岩性及油气水层厚度与分界深度；卡取心位置，卡地层界面及潜山顶界；判别缝洞层段、放空、井漏、井喷位置；校对迟到时间等。
2．2 钻井工程人员利用钻时统计纯钻时间，作时效分析；判定钻头使用情况，改进钻井措施；作破碎压力试验及压力预测参考等。
3 引起钻时变化的因素钻时是直观反映岩层可钻性参数，同时又是钻井工程施工状态参数。
钻时不仅取决于岩层可钻性这一客观因素，还与施工状态这一主观因素密切相关。
所以钻探人员要十分清楚引起钻时变化的主客观因素，才能有效地利用钻时解决工程地质问题。
3．1 钻井方式：涡轮钻比旋转钻的钻时低得多。
一般涡轮钻转数比旋转钻转数约大10倍。
3．2 钻头类型及其新旧度：钻探工程发展到现在，从实践中不断总结，制造了不同类型钻头对付不同岩层。
在钻井中，如果工程人员能够根据录井人员的地层预告，选用了与地层特点相适应的钻头型号，就能得到最佳钻进速度。
一般讲，新钻头比旧钻头钻进快，但新钻头刚下钻到底活动钻头时钻进较慢。
钻头用到后期，牙齿已钝，起钻前的钻时一般都慢。
大钻头切削面积大，钻进慢。
反之小钻头切削面积小，钻进快。
3．3 钻进参数：钻进同一地层，转速越快，钻压及排量越大、泵压越高，钻进越快。
石油矿场机械4
⒉ 工作中的检查
• 启动转盘要平稳操作，启动后要检查转台是否跳动，声音 是否正常。每班应至少检查一次转盘的固定情况。在钻进和起 下钻过程中，应避免猛蹩、猛顿，严禁使用转盘崩扣。
新转盘使用一个月应更换机油，以后每使用三个月换油一 次。防跳轴承和锁紧装置上的销轴每月应至少注入一次润滑脂
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⒊ 润滑的检查
三、转盘的结构组成
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ZP7—520
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ZP7—520
1. 底座 壳体是结构比较复杂而紧固的铸钢件，内腔形成两个油池；外形 上便于安装固定和运输，便于工人进行井口操作。 2. 转台总成： 主要有转台迷宫圈、转台、固定在转台上的大锥齿轮、主轴承、 辅轴承、下座圈、大方瓦和方补心等组成。主轴承起承载和承转 作用；辅轴承起径向扶正和轴向防跳的作用。 3. 快速轴（水平轴总成）： 主要由动力输入链轮（链轮驱动）或连接法兰（万向轴驱动—— 传递负荷，改变运动方式）、水平轴、小锥齿轮、轴承套和底座 上的小油池组成。 水平轴头部装有小锥齿轮，尾部装联接法兰(万向轴传动时)或链 轮(链传动时)。轴通过一付双列调心轴承和套筒座在壳体中，套 筒的作用是使水平轴能进行整体式装配。轴中部有制动棘轮，通 过壳体上的棘爪可实现转台的制动。水平轴下方壳体构成一独立 油池，使水平轴轴承得到良好的润滑。
3
钻具系
钻具系指方钻杆、钻杆、钻杆接头、接箍、钻铤和钻头等主要钻井工
具。 钻具有关安装顺序：游车大钩—水龙头（上部与鹅颈管、水龙带相连， 随大钩上提下放）—方钻杆—钻杆—钻铤—钻头。 几个概念： 水龙头——是钻机的旋转系统设备，起着循环钻井液的作用。 方钻杆——位于钻柱最上端，上接水龙头，穿过转盘，承受全部入井钻 具重量，传递扭具、输送泥浆。 钻铤——高级合金钢的厚壁无缝钢管，其作用给钻头加压，输送泥浆， 连接钻杆与钻头。 钻头——用来旋转破碎岩石，主要有刮刀钻头（两翼、三翼、四翼）、 牙轮钻头（钻头体上装几个能灵活转动的牙轮，分单、双、三、多牙 轮）、金刚石钻头（PDC、TSP）和特殊用途的钻头。
地质钻钻头工作原理
地质钻钻头工作原理
地质钻钻头是用于地质勘探和矿产开采的工具，其工作原理是利用旋转和冲击力将岩石破碎并进行钻孔。
具体工作原理如下：
1. 旋转力：地质钻钻头通过连接在钻杆上，由钻机或钻探设备提供旋转力。
当旋转力施加到钻头上时，钻头开始旋转，以增加钻进速度和穿透力。
2. 切削岩石：钻头的前端通常设置有硬质合金切削齿或钻具。
当钻头旋转时，切削齿会切削、破碎和磨损岩石，使得岩石颗粒被钻孔中的冲洗液带出。
3. 冲击力：钻杆与钻头之间通常会通过冲击装置传递冲击力。
冲击力能够帮助增加钻头的穿透力，尤其在遇到较硬岩石或其他障碍物时。
冲击力的施加方式可以通过液压冲击装置、压缩空气或电动力装置来实现。
4. 冲洗液：为了减少摩擦、冷却钻头和清除岩屑，冲洗液（通常为水、泥浆或稀土）被注入钻杆中，通过钻头孔洞进入岩层。
冲洗液的流动和压力有助于将破碎的岩石颗粒带至地面并保持钻索通畅。
以上即是地质钻钻头的工作原理，通过旋转、冲击和冲洗液的配合，钻头能够有效地钻进不同类型的岩石，实现地层分析和矿产勘探。
钻井工程第四章
1. 粘土的吸附性能
（1）粘土颗粒表面电荷种类及原因
1) 永久电荷。它是由于粘土在自然界形成时发生晶格取代所产生的。
例如，Si-O四面体中Si4+被Al3+所代替，或Al-O八面体中的Al3+被Fe2+或Mg2+ 等取代，就产生了过剩的负电荷。这种负电荷的数量取决于晶格取代的多少， 而不受pH值的影响，因此称为永久负电荷。
(2) 影响粘土水化膨胀的因素
影响粘土水化膨胀的因素有： 1) 粘土晶体的部位不同，水化膜的厚度不相同。粘土晶体 所带的负电荷大部分都集中层面上，吸附的阳离子多，因此 水化膜厚。在粘土晶体的边面上带电荷较少，因此水化膜薄。 2) 粘土矿物不同，水化作用的强弱不同。蒙脱石的阳离子 交换容量高，水化最好，分散度也最高；而高岭石阳离子交 换容量低，水化差，分散度也低，颗粒粗；伊利石由于晶层 间K+的特殊作用也是非膨胀性矿物。 3) 粘土吸附的交换性阳离子不同，其水化程度有很大差 别。如钙蒙脱石水化后晶层间距最大仅为1.7 nm，而钠蒙脱 石水化后晶层间距可达1.7～4.0 nm。
电荷。多数人认为其原因是由于裸露在边缘上的Al-O八面体在碱性条件从介 质中接受质子引起的。 粘土的负电荷与正电荷的代数和即为粘土的净电荷数，由于粘土的负电 荷一般都多于正电荷，因此粘土一般都带负电荷。
(2) 粘土的吸附性能
吸附现象在钻井液中是经常发生的，化学处理剂改善钻井液性能，侵入
物损坏钻井液的性能都是通过吸附改变粘土表面的性质而起作用的。钻井液 中粘土的吸附作用，可分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附三种。
二、 粘土的吸附及水化作用
粘土的吸附作用： 粘土的吸附作用：
钻井液中粘土颗粒和分散介质的界面上，自动浓集介质中分 子或离子的现象称为粘土的吸附。
第四章 岩石物理力学性质和可钻性
六、岩石的硬度
1、岩石的硬度的基本概念：岩石的硬度反映岩石抵抗外部 更硬物体压入（侵入）其表面的能力。 2、硬度与抗压强度的区别与联系 （1）岩石的硬度与抗压强度一般存在正比例关系；
（2）抗压强度是固体抵抗整体破坏时的阻力，而硬度则是
固体表面对另一物体局部压入或侵入时的阻力。 （3）硬度指标更接近于钻掘过程的实际情况。
第二节 岩石在外载下的破碎机理
0、碎岩工具与岩石作用的主要方式
根据刃具与岩石作用的方式和碎岩机理，可把碎岩刃具分： 切削一剪切型、冲击型、冲击一剪切型三类。 1、切削一剪切型 钻头碎岩刃具以速度vθ 向前移
动而切削(剪切)岩石。工作参数是：
移动速度vθ 、轴向力Pz和切向力 Pθ 以及介质性质。
2、冲击型 冲击型刃具给孔底岩石以直接的冲击动载，碎岩的过程可 用工具动能Tk和岩石变形位能U 的方程式来表达（ T＝U ）：
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第四章 岩土的物理力学 性质及岩石的可钻性
一、岩石的物理力学性质概述 ★ 二、岩石在外载作用下的的破碎机理 三、岩石的可钻性及可钻性指标及坚 固性系数 ★
第一节岩石的物理力学性质概述 ★
岩石的组成与分类
岩石是矿物的集合体。矿物是具有一定成分和物理性质的无 机物质。根据其成因，岩石可分为三类： 1、岩浆岩：岩浆岩是内力地质作用的产物，由地壳深处 的岩浆沿地壳裂隙上升冷凝而成。 2、沉积岩：沉积岩是在地表条件下母岩(岩浆岩、变质岩 或早先形成的沉积岩)风化剥蚀的产物，经搬运、沉积和硬结 等成岩作用而形成的岩石。。 3、变质岩：变质岩是岩浆岩、沉积岩甚至是变质岩本身 在地壳中受到高温、高压及活动性流体的影响而变质形成的 岩石。
3、影响岩石硬度的因素
（1）岩石中坚硬矿物愈多、胶结物的硬度越大、岩石的颗粒 越细、结构越致密，岩石的硬度越大。而孔隙度高、密度低、 裂隙发育的岩石硬度将会降低。 （2）岩石的硬度具有明显的各向异性。层理对岩石硬度的 影响与对岩石强度的影响相反。垂直于层理方向，硬度值 最小； 平行于层理方向，硬度最大；两者之间可相差1.05～1.8倍。
油藏地质学第4章油藏描述资料
㈤岩心录井资料应用
1. 考察古生物特征； 2. 确定地层时代，进行地层对比； 3. 研究储层岩性、物性、含油性的关系，以及与电性的关系 4. 掌握生油特征及其他地化特征； 5. 观察岩性、沉积结构与构造、判断沉积环境； 6. 了解构造和断裂情况，如地层倾角、接触关系、断层位置等； 7. 检查开发效果，了解开发中所必须的资料数据。
四、油藏描述资料
基础前提：各种资料齐全准确 1.直接资料：岩心、岩屑录井资料、分析鉴定数据 2.间接资料：物探、测井、试油、试采 归纳起来包括：钻井地质资料
物探资料 测井资料 试油试采资料 动态资料
§1 钻井地质资料
地质录井的主要项目有：岩心录井、岩屑录井、钻时录井、钻 井液录井、气测录井。 一、岩屑录井资料
气测录井方式有两种：随钻气测与循环气测 应用：记录钻井液中可燃气体含量，
及时发现油气， 预报井喷。
§2 物探资料
一 地震勘探原理与方法
㈠概念
地震勘探（Seismic Exploration）：就是人工手段激发地震 波，通过研究地震波在地层中的传播情况，以查明地下地质 构造，寻找油气藏的技术方法。
㈣ 油气水分布及性质 1. 油气水分布 2. 油气水界面与过渡带 3. 流体分布的控制因素 4. 流体性质
㈤ 地层压力、温度系统
㈥ 渗滤物理特征
1. 润湿性 2. 相对渗透率 3.毛细管力 4. 水驱油效率 5. 敏感性研究
㈦ 驱动能量和驱动类型
1.天然水头能量 2. 边、底水能量 3.弹性能量 4.气顶能量 5.溶解气能量 6. 重力能量
第4章 钻眼机械4
3）液压凿岩机 以液压为动力，通过配油机构，是高压油交替作用于活 塞两端，形成压差，迫使活塞在缸体内往返运动，完成 冲击钎子、破碎岩石的功能。 转钎机构采用独立的外回转机构，压力水排粉。
4）电动凿岩机（电钻） 以电能作为动力 按使用条件分为煤电钻和岩石电钻 （1）煤电钻 一、构造： 电动机、减速器、散热装置、开关、手柄、外壳等组成。 二、工作原理： 煤电钻钻眼属于旋转式钻眼法。人为对钻头施加轴向压 力，将钎刃压入岩石中，同时钎头不断旋转，产生扭矩， 推动钎刃产生切削力向前切削岩石，使孔底岩石连续的 沿螺旋线破坏。 三、使用条件 用于较软岩层或煤层中
风水联动装置
（4）润滑部分（注油器）
（一）分类： 分为悬挂式和落地式两种。 悬挂式的悬在风管弯头处，容油量小； 落地式注油器放在离凿岩机不远的进风管中部，容油量 大，其结构基本相同。 注油器内管与进风软管相连。当压气在内管中通过时， 经横管上的小孔1进入由内管和外管夹层构成的油室2， 使油面压力增大，润滑油就沿着导管4经针形阀从横管上 的小孔3喷出，并被压气吹散成雾状，与压气混合一起进 入凿岩机。凿岩机内凡是压气能到达的地方，油雾也能 到达，使凿岩机零件能够得到良好的润滑。
气缸直径
活塞结构行程 凿岩冲击频率 冲击能 凿岩耗气量 空转转速 噪音 使用水压 输气胶管内径
76mm
55mm ≥35Hz ≥65J ≤80L/s ≥300r/mi n ≤120dB(A) 0.2～ 0.3MPa φ25mm
钎尾配套尺寸
YT24A-76-2气腿 重 气腿长度 推进深度 最大轴推力 HT200ml/h型雾 油器重 贮油量
（一）内棘轮和螺旋棒转钎机构 1—螺旋棒；2—棘爪；3—内棘轮；4—活塞； 5—转动套；6—钎子
钻头必备知识点总结
钻头必备知识点总结一、钻头的分类1. 按照用途分类：(1) 岩石钻头：用于钻探岩石、混凝土、砖瓦等硬质材料。
(2) 石油钻头：用于石油和天然气勘探和开采。
(3) 水井钻头：用于水井钻探。
(4) 其他特殊用途钻头：用于其它特殊工程和领域。
2. 按照结构分类：(1) 固体合金钻头：由钻头上部的合金头部和下部的连接工具组成，适用于一般钻探作业。
(2) 钻齿钻头：通过转动和下压钻头完成钻孔工作，适用于岩石、地层等硬质材料。
(3) 三翼扩孔钻头：通过转动和提升的方式完成扩孔工作，适用于土层和煤层。
3. 按照工作原理分类：(1) 机械钻头：通过钻头直接对物质进行撞击或切削，完成钻孔工作。
(2) 液压钻头：通过液压系统提供动力，驱动钻头完成钻孔工作。
(3) 钻屑提取钻头：通过钻屑提取系统实时清除孔内钻屑，提高钻孔效率。
二、钻头的主要部件1. 钻头头部：由切削工具、切削齿、耐磨材料等构成，用于与地层或物质接触，完成切削和撞击作用。
2. 钻头连接工具：用于连接钻头和钻杆，传递旋转和下压力。
3. 钻头液压系统：用于提供动力和控制驱动钻头进行旋转和下压。
4. 钻头钻孔控制系统：用于实时监测钻孔情况，调整钻头下压力和旋转速度，确保钻孔效果和安全。
5. 钻头清洁系统：用于清除孔内钻屑，保持良好的钻孔环境。
三、钻头的选择与使用1. 根据工程和物质特性选择合适的钻头类型和规格。
2. 根据地层和孔深选择合适的钻头结构和工作原理。
3. 在使用过程中，注意保持钻头清洁，及时更换磨损严重的部件。
4. 在使用过程中，注意及时调整钻孔控制系统，保持稳定的钻孔效果。
四、钻头的保养和维护1. 定期检查和清洁钻头的各个部件，保持良好的工作状态。
2. 注意保护切削工具和切削齿，防止磨损和损坏。
3. 定期更换钻头的磨损部件，确保钻头的正常使用寿命。
4. 注意保护钻头连接工具，防止断裂和脱落。
五、钻头的安全使用1. 在使用钻头时，注意个人安全防护，包括头部、眼睛、手部等。
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砾岩(颗粒直径>1毫米)
石灰岩(炭酸岩)
4.1 岩石的机械性质
砂岩按粒径大小又可分为：
粗砂岩(颗粒直径：0.5～1毫米) 中砂岩(颗粒直径：0.25～0.5毫米) 细砂岩(颗粒直径：0.1～0.25毫米) 粉砂岩(颗粒直径：10微米～100微米)
4.1 岩石的机械性质
二、岩石的机械力学性能
4.2 钻头
切削齿尺寸选择原则： 岩石硬度 抗压强度(psi) 切屑齿尺寸
很低硬度 中等硬度
高硬度 极高硬度
0～8000 8000～16000
16000～32000 32000～50000 布齿密度原则：
19～24mm 16～19mm
13～16mm 8～13mm（超强齿)
岩石硬度 很低硬度
抗压强度(psi) 0～8000
第4章 岩石与钻头
4.1 岩石的机械性质
4.2 钻头
4.1 岩石的机械性质
钻井的对象是岩石，其性质尤其是机械性质与钻井的关系很大， 研究岩石的机械性质具有重要意义。
一、岩石按其成因的分类：
分为：火成岩、沉积岩、变质岩 沉积岩又分为： 泥岩(颗粒直径<10微米) 砂岩(颗粒直径：10微米～1毫米)
分为：抗拉强度(抗拉伸破坏能力) — 最高
抗剪强度(抗剪切破坏能力) — 居中 抗压强度(抗压缩破坏能力) — 最低 如：
抗压 砂 岩 100 抗剪 10～12 抗拉 2～5
石灰岩
100
15
4～10
4.1 岩石的机械性质
2. 硬度：抵抗其他物体压入的能力。
① 莫氏硬度(定性)：根据一种矿物刻划另一种矿物的经验办
配合压入孔内。
12-1/4″ YFS1905（钢体式PDC钻头）
4.2 钻头
胎体钻头用碳化
钨粉末烧结而成
，用人造聚晶金 刚石复合片钎焊 在碳化钨胎体上 ，用天然金刚石 保径。碳化钨胎 体耐冲蚀、耐磨 、强度高、保径 效果好。
4.2 钻头
钢体PDC钻头制造比较简便，主要靠机加工，但钻头表面不 耐冲蚀(尽管有些钢体钻头表面有抗磨敷层)，规经易于磨小。
三 牙 轮 钻 头
4.2 钻头
(1) 牙轮 用合金钢经过模锻而成的锥体，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。
按牙齿材料不同分为：铣齿钻头和镶齿钻头
镶 齿 钻 头
铣 齿 钻 头
4.2 钻头
(2) 铣齿 牙齿是由牙轮毛坯径铣削加工
而成，主要是楔形齿。不同的
4.2 钻头
一、刮刀钻头
1. 分类：
两翼型，三翼型，四翼型，正反阶梯型。
刮刀钻头
4.2 钻头
2. 主要参数是刀翼的结构角 刃尖角β；切削角α
4.2 钻头
3. 破岩原理： 主要是切削 脆和塑脆性岩石与塑性岩 石的破岩过程少有区别
4.2 钻头
(1) 脆和塑脆岩石： 碰撞 挤压压碎(小剪切) 大剪切。(图3-7)
4.1 岩石的机械性质
返 回
返 回1
地层齿的结构参数(齿高、齿宽、
齿距)不同。
4.2 钻头
(2) 镶齿 在牙轮表面钻出孔后，将硬质材料制成的齿镶入孔中。可
以制成不同形状的齿，以适应不同的地层。
4.2 钻头
(二) 工作原理
1. 牙轮的自转和公转
2. 钻头的纵向振动及对地层的冲击、 压碎作用 3. 牙齿对地层的剪切作用(超顶与移 轴引起齿的滑动) 4. 牙轮钻头的自洗(齿圈相互啮合)
法区分矿物的软硬性质。
滑石硬度最小，定为1；金刚石最高，定为10。
金刚石 10 刚玉 9 黄玉 8 石英 7 长石 6 磷灰石 5 萤石 4 方解石 3 石膏 2 滑石 1
② 硬度计测量的硬度(定量)
4.1 岩石的机械性质
3. 脆性和塑性：破碎前只发生弹性变形，为脆性岩石；受
力后即发生永久变形(塑性)，破碎点不明显，为塑性岩
石；介于两者之间为塑脆性岩石。与受力状态，温度，
加载速度有关。
4. 研磨性：磨损钻头的能力为岩石的研磨性。 5. 可钻性：被钻头破碎的能力，一般用机械钻速表示，与 许多因素有关。可用岩石可钻性测定仪测定(微钻头实 验)。
4.1 岩石的机械性质
三、岩石硬度与塑性的测定
用圆柱压入法测定岩石硬度与塑性系数(苏联、史立涅尔)， 接近钻井实际情况。
1. 硬度计
10kN油压机：油压产生压力P 压模吃入岩石 P与吃深
Δh有关，即变形曲线。 按P — Δh曲线形状可分为：脆性、塑脆性、塑性岩石。
4.1 岩石的机械性质
2. 硬度(硬度计测得的) 1) 脆性岩石(如石英石)
P Py S
Py — 硬度(Pa)
P — 脆性破坏时载荷(N)
S — 压模型面积(m2)
钻井的重要工作实际上就是破碎岩石，因此关心的主要是 岩石的力学性能(机械性能)，是钻头选型的重要依据。
机械性能：岩石在外力作用下，由变形到破碎过程中表现出来
的性质。取决于组成矿物的性及质胶结情况。包括：强度、硬
度、脆性和塑性、研磨性、可钻性。
4.1 岩石的机械性质
1. 强度：抵抗外力破坏的能力。
孔隙度大 颗粒接触面积小 强度低(容易破坏) 胶结物不同强度不同：硅质、石灰质、铁质、泥质胶结物(强度逐渐减小)
布齿密度 低布齿密度
中等硬度 高硬度 极高硬度
8000～16000 16000～32000 32000～50000
中等布齿密度 高布齿密度 高布齿密度(超强齿)
4.2 钻头
PDC钻头命名：
要表达出一下四个特征： M=胎体PDC钻头；S=刚体PDC钻头 切削齿尺寸: 刀翼数:
冠部形状:
如PDC钻头M1963： 胎体、切削齿尺寸19mm、6刀翼、冠部形状为长 抛物线型
4.1 岩石的机械性质
2) 塑脆性岩石
计算法同上
3) 塑性岩石(如软泥岩)
只发生变形不发生脆性破坏
P0 Py S
P0 — 发生屈服时的载荷
4.1 岩石的机械性质
3. 塑性系数K K＝面积OABCEO/面积OADEO
面积OABCEO — 岩石破碎前耗总功
面积OADEO — 弹性变形功(包含弹性区和塑性区中的弹性变形功)
K越大，塑性越大：塑性岩石K＝∞，脆性岩石K＝1
4.1 岩石的机械性质
四、岩石按力学性能分类
1. 按硬度分类 类别 级别
kg/mm3
软
1 2
10～ 25
中软
3
25～ 50
中硬
5
100～ 150
硬
7
200～ 300
坚硬
8 9
400～ 500
极硬
11
600～ 700
4
50～ 100
6
150～ 200
10
牙轮布置方案
4.2 钻头
三、金刚石钻头
用金刚石作切削刃 — 可钻极硬岩石，研 磨性钻头，分为两类：
表镶式(外露1/3，0.6～1.2mm)，价格高
孕镶式(细小颗粒与胎体材料一起烧结)， 价格低。 适用地层：硬地层 ( 高转速，趋于与涡 轮钻配合使用)。
金刚石钻头
4.2 钻头
四、PDC钻头
4.2 钻头
(2) 塑性岩石： 切削(连续的塑性流动)。图3－8
4. 特点： 结构简单，成本低，但扭矩大(钻柱易损坏) — 适用于软、 中软地层
4.2 钻头
二、牙轮钻头
是目前使用最为广泛的钻头。有单牙轮、双牙轮、
三牙轮、四牙轮钻头。三牙轮钻头最为普遍。 (一) 结构：钻头体、巴掌、牙轮轴、牙轮、轴承、密封 件、水眼等部分组成。
人 造 聚 晶 金 刚 石 复 合 片 钻 头 － Polycrystaline Diamond Compact Bit PDC钻头是用人造聚晶金刚石切削块嵌于钻头钢体(或焊于 钻头胎体)而成的一种新型切削型钻头，它以锋利、高耐磨、能 够自锐的金刚石切削块作为切削刃。从而能够在低钻压下(4吨
左右)取得高进尺(为牙Hale Waihona Puke 钻头的4～6倍)和高转速(高于牙轮钻头
胎体钻头因一个钻头一套模具，故可灵活改变设计，做出比
较复杂的结构外形，胎体钻头除表面耐冲蚀外，还在规经部位
烧结天然金刚石以保持钻头直径尺寸。
4.2 钻头
钻头外形影响钻头的稳定性及井斜控制，也影响井底清 洗，目前主要有长抛物线型、中等抛物线型、短抛物线型三 种（代号1～9）。
钻头冠部形状确定原则 岩石硬度 很低硬度 中等硬度 高硬度 抗压强度(psi) 0～8000 8000～16000 16000～32000 冠部形状 长抛物线 中等抛物线 短抛物线 冠部形状代码 1～3 4～6 7～9
500～ 600
12
≤10
300～ 400
>700
4.1 岩石的机械性质
2. 按塑性系数k分类 塑脆性 低塑性高塑性 2 1～2 3 4 5 2～3 3～4 4～6 塑性 6 >6
脆性 级别 K 1 1
4.2 钻头
直接破碎岩石的工具，按破岩原理分为三类：
1. 切削型
2. 冲击压碎剪切型 3. 研磨性
2 倍以上) ，这种钻头适用与钻进软到中硬地层，目前还不适用 于硬及研磨性地层。
4.2 钻头
PDC钻头
4.2 钻头
PDC钻头分两大类：钢体PDC钻头与碳化钨胎体PDC钻头。 钢 体 PDC 钻 头 是 将 优
质 NiCrMo 钢车制成形
，在钻头冠部及规径 部分钻孔，热处理， 然 后 将 焊 有 PDC 切 削 块的碳化钨柱块以紧