牙轮钻头钻压选择
钻井工程-5-钻头
（4）金刚石粒度、出刃和排列方式 粒度： 0.5 ~ 15粒/克拉（0.2g) 出刃： 最大出刃量为直径的1/3 排列方式：
a ．钻头外形；b．交错排列；c．圆周排列；d．脊圈排列
（二）金刚石钻头的破岩机理
概括地讲，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流动， 脱离岩石基体，形成岩屑，称作犁削。 (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. 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）：
C pm
Cb C r (t t t ) H
一、牙轮钻头（Roller Bit）
（一）牙轮钻头结构
牙轮钻头由钻头体、牙抓（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。
Bit）
两类PDC切削元件
钢体PDC钻头
胎体PDC钻头
（一）PDC钻头的结构特点
1. 切削元件—聚晶金刚石复合片（PDC）
特
性
Φ13.4， Φ19
PDC既具有金刚石的硬度和耐磨性。 弱点是热稳定性差，350℃以上加 速磨损。抗冲击能力较差。
2. 工作剖面形状
双锥形
浅锥形
抛物线形
B 形
特点
• 内外锥有利于钻
江汉三牙轮钻头使用说明
H系列密封滑动轴承钢齿三牙轮钻头使用说明HA系列密封滑动轴承改进型钢齿三牙轮钻头使用说明1H、HT、HD、HB系列密封滑动轴承镶齿三牙轮钻头使用说明2HA系列密封滑动轴承改进型镶齿三牙轮钻头使用说明HAT、HAB、HAD系列密封滑动轴承改进型钢齿及镶齿三牙轮钻头使用说明4HJ系列金属密封滑动轴承镶齿及钢齿三牙轮钻头使用说明5注：钻头型号后的字母代表钻头附加结构特征：C—中心喷嘴，H—金刚石保径，E—加长水孔，G—掌背强化，L—掌背扶正块，Y—圆锥形齿。
江汉三牙轮钻头使用注意事项：61、钻头下井前用户应认真查验其外观各部位，并核实钻头端面与钻头包装箱及合格证上的出厂编号是否一致；钻头牙掌外表有无凸起的JZ江钻牌商标标记，以防假冒。
2、钻头应按规定的下井操作程序实施。
钻头下到井底，必须轻压慢转（钻压10～20KN，转速60rpm）跑合30min 方可正常钻进。
3、钻压与转速选择应在推荐参数范围内，不可同时使用高转速、高钻压。
4、根据钻头设计，建议选配三个喷嘴通过钻头水孔入口端面的泥浆流速应控制在21.4m/s以内，选择泥浆排量和喷嘴组合应符合下列关系式：Q（d2max/de2）〈16.81×10-3D2，式中：Q—排量，l/s；dmax—最大的喷嘴直径，mm；de—钻头喷嘴当量直径，mm；D—喷嘴座入口直径，mm。
若超过21.4m/s可选用江钻流道刷镀强化钻头，以防冲蚀。
5、如出现非正常损坏钻头，请与我公司联系，并将该钻头的包装箱、合格证及原始使用资料，使用后的钻头（喷嘴不要卸掉）应保存完好。
6、钻头应存放在10～33℃的室内，保持干燥、通风，防止日晒和雨淋，在以上条件下存放，保持期为四年。
7、用户应按本说明书选择钻头适用地层和使用参数。
8、地面设备和泥浆性能须满足施工要求，起下钻和钻进操作应平衡。
9、井底必须清洁，钻头不得大段扩、划眼。
10、禁止在钻头上加热（如焊接、煮沸、火烤等），新钻头不能用油浸泡和强行活动牙轮。
[资料]三牙轮钻头特点
![[资料]三牙轮钻头特点](https://img.taocdn.com/s3/m/9a54417f24c52cc58bd63186bceb19e8b8f6ec11.png)
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。
钻头基本知识和选型(技术员培训)
钻头基本知识和选型
Technology Development Centre ( EOTDC).Southwest.Drilling company of Zhongyuan Petroleum Engineering Co.Ltd Sinopec
量的问题。
使用环境因素对钻头性能的影响
影响PDC钻头机械钻速的因素： 钻头本身的因素和使用环境因素 钻头本身因素（或内因）包括：
钻头选型 PDC钻头对地层相对比较敏感，根据地层情况选择合适的钻头 型号或根据地层情况进行针对性的设计钻头，是非常重要的，也是PDC 钻头能否取得较好经济指标的前提和关键。
钻井工程数据
– 井身结构 – 井眼轨迹 – 泥浆性能 – 钻具组合 – 钻井参数
邻井钻头使用资料
岩石力学分析及应用
常用测井方式、代码和单位
测井代码 DT, DTc RHOB, DEN GR, GRc Pe CAL RES S-POR，S-PORc D-POR，D-POR N-POR ND-POR UCS-psi CCS-psi
钻头设计参数和制造工艺； 切削齿性能及质量；
使用环境因素对钻头性能的影响
使用环境因素包括：
地层岩性和压实强度； 使用的钻井参数；包括钻压、转速和排量等。
✓ PDC的刚脆性要求钻头旋转要平稳、减少振动，钻具组合时最好加上减振器， 减少振动，防止跳钻和溜钻；
✓ PDC的热敏性要求选择合适的排量，以达到清洗和冷却切屑齿。通过水力参 数计算，一般选择的排量要求钻头喷嘴的射流冲击力要达到40米/秒以上，钻 头比水马力要达到1.5马力/in2以上，以满足清洗岩屑和冷却PDC的要求，泥 浆环空最低返速达到0.6-1米/秒。
三、HJ系列油用三牙轮钻头的可选...
江钻油用牙轮钻头江钻股份公司1982年开始使用国外先进的J、X、R系列钻头制造技术，以后又陆续引进了ATJ、ATM、ATX、MAX、GT等系列钻头技术。
经公司科技人员二十多年来卓有成效的研究，不仅发展了原引进的系列产品，而且还先后开发出具有自主知识产权的浮动轴承技术、大井底覆盖技术、双流道技术、等磨损齿技术、单牙轮钻头技术等多项技术，并形成系列钻头新产品江钻油用牙轮钻头结构新颖，品种齐全，现有9个标准系列25种规格600多个品种，可适用于软到极硬的各类不同地层。
江钻油用牙轮钻头型号介绍江钻油用牙轮钻头型号由四部分组成：钻头直径代号：用数字（整数或分数）表示，其数字表示钻头直径英寸数。
钻头系列代号：对于三牙轮钻头，按其轴承及密封结构主要特征，分为9 个标准系列。
除轴承和密封外，钻头结构上比较大的改进作为特殊结构，标准系列与特殊结构或特殊结构的组合组成特殊系列。
对于单牙轮钻头，钻头系列代号以“Y×”表示，“Y”指一个牙轮，“×”为设计编号，代表不同的钻头设计特征，油用钻头系列代号见下表1。
表1钻头分类号：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。
钻头附加结构特征代号：为了满足钻井及地层的某些特殊需要，钻头需改进或加强时，则在分类号后加附加结构特征，采用1个或多个字母表示。
钻头附加结构特征代号如下表3。
表3示例：8 1/2HJT537GL钻头8 1/2：钻头直径为8.5英寸（即215.9mm）HJT:滑动轴承金属密封、特别保径。
537:低抗压强度，软至中地层镶齿钻头。
G:掌背强化。
L:掌背扶正块。
钻头附加特征技术介绍（注：每个特征后附照片）C：表示在钻头中心位置布置有喷嘴。
中心喷嘴能够有效清洗牙轮，减少钻头的泥包现象，提高钻头的机械钻速。
它适合极软到软地层的钻井。
H：表示金刚石复合齿保径。
钻探技术参数
钻探技术参数钻压钻压选择：a) 钻进节理发育岩石和产状陡立、松散破碎、软硬互层、强研磨性等地层及钻孔弯曲、超径的情况下，应适当减压；b) 经初磨的新钻头，采用正常钻压可获得高钻速。
钻进中随着金刚石磨钝，钻速下降，应逐渐平稳增大钻压。
绳索取心钻头比普通双管钻头钻压稍大，见表表表20 不同规格钻头适用钻压单位为千牛表格转速转速选择：a) 钻进坚硬弱研磨性地层、裂隙破碎地层、软硬互层及产状陡立易斜地层时，应适当降低转速；在软岩层中钻进，亦应限制转速；b) 钻孔结构和钻具级配要合理，钻杆与孔壁间隙小，适于采用高转速。
钻孔结构复杂，换径多，环状间隙大，钻具回转的稳定性差，不宜开高转速。
转速范围见表。
表绳索取心钻探适用转速单位为转每分表格泵量泵量选择：a)钻进坚硬、颗粒细的岩层，钻速低，岩粉少，泵量可小些；钻进软及中硬岩层，钻速高，岩粉多，泵量应大些。
钻进裂隙，有轻微漏失地层，泵量应稍大于正常情况。
钻进研磨性强的岩层，泵量可增大；b)应保持上返流速为0.5m/s～1.5m/s。
表镶钻头采用的泵量应比孕镶钻头稍小。
孕镶钻头泵量范围见表表不同规格孕镶钻头泵量单位为升每分表格泥浆钻进操作要求a) 提下钻应先取出内管总成；b) 控制提下钻速度；c) 提钻和打捞内管时，应向孔内回灌冲洗液；d) 采用冲洗液压送内管时，泵量不宜过大。
钻杆内壁结垢防治措施a) 在不降低钻速的条件下，尽量降低钻具转速；b) 应采用固相控制措施，以清除占90%左右大于20µm粒度的固相颗粒；c) 结垢已经影响打捞时，在提钻前半小时采用稀释原浆循环，冲刷泥垢，增大流动通径；或者先提出上部结垢严重的钻杆再下打捞器；d) 使用防止结垢的专用冲洗液。
冲击回转钻探技术特点和适用条件坚硬、破碎地层液动冲击回转钻进，可减轻岩心堵塞，增加回次进尺，提高机械钻速。
冲击回转钻进通常可减缓钻孔弯曲。
绳索取心液动冲击回转钻进还可减轻绳索取心钻杆内壁结垢现象。
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。
钻井现场技术规定
第一部分钻进阶段技术管理规定一、钻表层1.表层井深应根据设计和到井套管的数量来确定。
表层井深应等于到井表层套管的总长度＋表层套管联入＋1～2米的口袋。
表层联入应根据设计要求和完井井口要求来确定。
2.钻表层前，钻井队技术员应落实好钻头、接头、井口工具、固表层工具、固井水、到井表套和钻具，校正好指重表，向班组明确表层钻深和最后一根单根号及方入，明确钻表层的参数，开好单井施工技术措施交底会，排好单井施工运行，把单井施工技术措施和运行图张贴上墙。
3.表层开眼时，应先用方钻杆接上钻头，前3根钻铤采用 5～10KN的钻压、65rpm 的转速、30L/S 的排量的参数钻进，以确保表层井眼开正，30米以下采用低钻压、120rpm 的转速、50-60L/S 的排量的参数钻进。
4.钻表层应按设计要求接够钻铤，随着井下钻铤单根数量的增加，钻表层钻压可由10KN逐步增加至50KN，但最大钻压不得超过50KN，以确保表层井眼吊直。
5.钻表层必须采用钻井液开钻。
在含砾的表层中钻进时，钻井液必须有较高的粘度和切力。
6.钻表层过程中，每接 3根钻杆或 1根钻铤要校对一次指重表，以确保指重表反映的钻压真实可靠。
7.钻表层要选择好钻头水眼，以起钻泵压达到8～10MPa为宜。
8.钻到预定井深，至少要循环2周，然后短起下钻至钻铤，下钻到底仍要循环2周以上，起钻前井筒内要替入粘度60秒左右稠泥浆，起钻要灌好泥浆，防止井口垮塌；超过600米深的表层，要起钻用单扶正器钻具组合通井。
9．如果表层内就开始造斜，起钻前封闭泥浆内要混入润滑剂。
二、全面钻进(一)钻头选择与喷咀组合1.凡是二开上直段井，二开第一只钻头应尽量4刀翼大切削齿PDC钻头。
2.在不含砾石、玄武岩、花岗岩、黄铁矿等硬质岩性的中深地层中应选用机械钻速高的PDC钻头钻进。
3.定向、扭方位、导向钻进时，应选用能适合井下马达高转速的钻头，如：(1)在井深小于1000米的上部地层中定向时，应选用P2或HAT127牙轮钻头；(2)在井深超过1000米的地层中定向时，应选用HAT127、HJT517牙轮钻头或 PDC钻头。
岩石可钻性测试实验
中国石油大学（岩石可钻性的测定）实验报告实验日期： 2014.10.21 成绩：班级： 石工11-11 学号：11021525 姓名： 徐银亮 教师： 郭辛阳 同组者： 夏平 张栋 杜顺明 刘磊岩石可钻性的测定一、实验目的1、了解岩石的可钻性；2、掌握岩石可钻性的测量方法。
二、实验原理1、实验设备实验中使用岩石可钻性测试仪来测量岩石的可钻性，如下图1所示。
设备的具体技术指标参见《岩石可钻性测定及分级方法-SY/T 5426-2000》。
2、测量原理使用特制微钻头（牙轮钻头或PDC 钻头），以一定的钻压（牙轮钻头为890N±20N ，PDC 钻头为500N±10N ）和转速（55r/min±1r/min ）在岩样上钻三个特定深度的孔（牙轮钻头为2.4mm ，PDC 钻头为3mm ），取三个孔钻进时间的平均值为岩样的钻时（d t ），对d t 取以2为底的对数值作为该岩样的可钻性级值d K ，计算公式如下所示：t K d 2l o g求得可钻性级值后，再查岩石可钻性分级标准对照表（如下表1所示）进行定级。
测量原理详见《岩石可钻性测定及分级方法-SY/T 5426-2000》。
三、实验步骤1、试样用石油钻井所取井下岩心或地面采的岩石，岩样制备成圆柱体（直径40-100mm ，高度30-80mm ）或长方体（长宽各100mm ，高度20-100mm ），端面平行度公差值≦0.2mm ，试验前将试样放在温度设定为105-110℃的干燥箱内烘烤24小时；2、将手轮上移至最上端，取下岩心支架、钻头和接屑盘并清扫干净；3、装上接屑盘，将所选的微型钻头安装在花键轴上端（注意：钻头上键槽应对准花键轴上端的键！），安装好钻头后，将岩心支架回归原位；4、关闭所有钻井模式（牙轮模式和PDC 模式），打开总电源 ，打开相应钻进模式开关（牙轮模式或PDC 模式，开关如图2所示），打开电机调速器上的电机开关，开动电机，调电机至规定转速55转/分（注意：教师进行此项调速操作，学生请不要调电机转速，避免产生危险！），然后关闭电机开关；5、选择好相应的钻压砝码（牙轮钻头用两个砝码，PDC 钻头只用一个下部大砝码），放在砝码支架上；6、将准备好的试样放在岩心支架上，手轮下移，稍用力夹紧岩样，如果钻头高出岩心支架，应在轻轻夹紧岩样的同时，逆时针转动小手摇泵手轮，卸掉液压系统压力（注意：要确保岩样的钻井面一定为平面！）。
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。
牙轮钻头技术交流
牙轮钻头技术交流内容江钻技术开发部一牙轮钻头工作原理与结构简介二江钻牙轮钻头产品概述三目前最新个性化产品四四川油田钻头选型建议五三牙轮钻头的使用六国外钻头新技术简介一三牙轮钻头工作原理与结构简介在石油钻井中，牙轮钻头使用最多，并能适应各种地层的钻井。
牙轮与牙齿的运动，也决定牙齿对地层岩石的破碎作用。
（一）三牙轮钻头工作原理1、钻头的公转钻头绕自身轴线作顺时针方向旋转的运动叫公转。
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，在纯滚动条件下，牙轮自转的转速是钻头公转转速的1.5倍。
3、钻头的纵振（轴向振动）冲击压碎作用钻头工作时，牙齿与井底的接触是单齿、双齿交替进行的。
单齿着地时，牙轮的轮心处于最高位置，双齿着地时轮心下降。
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，避免牙齿早期损坏。
但实际钻井中，即使设计的纯滚钻头仍然存在着滑动。
5、钻压对岩石破碎速度的影响岩石的破碎过程分三个区段：Ⅰ表面破碎阶段、Ⅱ疲劳破碎阶段、Ⅲ体积破碎阶段。
如下图左，表面破碎时，钻压远小于岩石硬度；随着钻压增大逐渐接近岩石的硬度，通过牙齿多次对岩石的冲击，使岩石出现微裂纹而产生体积破碎，为疲劳破碎；当钻压达到或超过岩石硬度时，牙齿每次冲击都能使岩石产生体积破碎，为体积破碎。
当产生体积破碎时，机械钻速迅速增加。
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。
石油钻井之钻头介绍
二、刮刀钻头
2、刮刀钻头的正确使用
刮刀钻头适用于软地层和粘软地层。钻进时需要适当控 制钻压与转速，注意防斜、防蹩、防止刀翼断裂。由于刮 刀钻头在软地层中的机械钻速较快，岩屑量较大，宜采用 大排量钻进，充分清洗井底和冷却钻头。刮刀钻头钻进时 ，刀翼外侧线速度较高，磨损速度较快，钻头容易磨损成 锥形，此时要特别注意防斜和防止井径缩小。
三、牙轮钻头
2）国产牙轮钻头分类 国产牙轮钻头按其结构特征分为八个系列，分别用代号Y、P 、MP、MPB、HP、HPB、XMP、XH表示，各代号的意义如下 ： Y-普通齿牙轮钻头； P-喷射式齿钻头； MP-滚动密封轴承喷射式齿钻头； MPB-滚动密封轴承喷射式保径钻头； HP-滑动密封轴承喷射式铣齿钻头； HPB-滑动密封轴承喷射式保径钻头； XMP-镶齿滚动密封轴承喷射式钻头；
四、金刚石钻头
在脆性较大的地层中钻进时，金刚石破碎岩石的作用主要是"压 碎"，在钻压和扭矩作用下所产生的应力可使刃下岩石沿最大剪 应力面开裂，在金刚石移动的后部形成被压裂了沟槽，这种情 况下岩石破碎的体积远大于金刚石吃入后破碎的体积，岩石破 碎具有体积破碎的性质，破岩效率较高。在坚硬地层（如燧石 、硅质白云岩等）中，一般采用将细颗粒金刚石包镶在胎体内 部的孕镶式金刚石钻头钻进，其破岩过程同砂轮的磨削相似。 钻头上每一个包孕的金刚石都是小刃齿，钻头可看作有无数个 刃的刀具。钻头钻进岩石时，钻头上出露的棱角锋利的金刚石 刃齿以微切削、刻划等方式来破碎岩石。磨削破岩属于表面破 碎，破岩效率较低。
三、牙轮钻头
一般地，钻软到中硬地层的 钻头兼有超顶、复锥和移轴； 钻中硬到硬地层的钻头在设计 上有超顶和复锥；钻极硬和研 磨性较强地层的钻头常采用单 锥牙轮，不超顶也不移轴。
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
HA系列油用三牙轮钻头的可选尺寸、型号：
0.35～1.05
120～60
齿面、背锥硬面强化
低抗压强度的软至中软地层或软岩层中有较硬的夹层，如硬石膏、软石灰岩、砂岩等
HA137
齿面、背锥硬面强化，背锥镶齿
HA216
0.5～1.20
90～50
牙轮背锥面和牙齿全部表面进行硬面强化
抗压强度较高的中等硬度，并有硬夹层，如硬页岩、砂岩、石灰岩等
6 1/8
155.6
HAT117、HAT127、HA136、HAT137、HA216、HA217、HAT217、HA517G、HA527GY、HA537G、HAT537G、HA547GY、HAT547G、HA617G、HAT617G、HAT627G
6 1/4
158.8
HA116、HA117、HAT117、HA126、HAT126、HA127、HAT127、HA217、HAT217、HAT437、HA517G、HAT517G、HAT537G、HA547GY、HA617GY、HAT637G
149.2
HA116、HA126、HA136、HAT217、HA437、HA517G、HA527GY、HA537G、HA617G、HAT617G、HA637G
3 1/2
9.5～12.2
6
152.4
HA116、HAT126、HAT127、HA136、HAT137、HA216、HAT217、HA427、HA437、HA517G、HA537G、HAT537G、HA617G、HAT617G、HA637G、HA727G
8 3/4
222.3
HA116、HA117、HA127、HA217、HA437、HA447G、HA517G、HA527G、HA537G、HA547G、HA617G、HA627G、HA637G
牙轮钻头型号、工作原理、受力分析、注意事项
牙轮钻头一、江汉牙轮钻头型号表示方法（一）、三牙轮钻头型号表示方法.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 代号四局部组成。
例如： 8 1/2 HJ 537 Y附哪结构特征代号系列代号.钻头直径代号钻头直径代号用数字（整数或分数）表示，代表钻头直径英寸数，各种规格 的钻头直径应符合SY/T5164的规定。
特殊情况下，用户定制的非标尺寸钻头可 以直接用公制尺寸表示。
例如：直径代号为8 1/2,表示钻头直径为8 l/2in 、公制尺寸215. 9mm 。
3、钻头系列代号钻头系列及代号见表1。
系列代号由一至三个字母组成。
对于H 、HA 、HJ 、FA 、FJ 、GA 、GJ 、W 等系 列，其含义如下：第1个字母表示轴承结构特征。
现有3种轴承结构：一 H-滑动轴承；一G-滚动轴承；一 F -浮动轴承；注：W 系列-非密封滚动轴承。
第2个字母表示密封结构。
现有3种密封结构，其中W 系列无第2个字母，表示为非密封。
化，以提高其耐磨性。
2.牙齿对岩石的破碎效率及影响因素钻井时岩石的破碎过程是异常复杂的，因为破碎工具的形状是多种多样的, 而施加的又是动载，其大小及方向均随时间而改变。
在井底的岩石还受岩石围压、 钻井液压等多种直径代号 直径代号力的作用。
通过实验室的模拟实验，对钻井过程中岩石破碎的特点进行分析说明：“压入的破碎”在破碎过程中起主要作用。
牙轮钻头的牙齿在轴向载荷作用下压入岩石（冲击动载过程），使齿面下的岩石产生体积破碎，形成坑穴；由于牙齿沿井底的滚碾作用，使破碎的坑穴不断扩大，加上水力作用不断剥离和清除岩屑，冲蚀并扩大岩石的破碎体积。
对于切削或磨削型的钻头（刮刀钻头或金刚石钻头），既有在钻压作用下对岩石的压入，又有在钻头扭矩的作用下对岩石的切削。
所有同时与井底岩石相接触的齿顶面积总和构成了牙轮钻头的承压面积。
钻井时岩石破碎的效率决定于牙齿上的比载荷和钻头的转速。