第04章 钻头与钻井参数设计
钻头水力参数的设计
钻头水力参数的设计1.变量说明Va——假定环空返速Dh——钻头直径Dp——钻杆直径C——流量系数Kg——地面管汇B——常数dpi——钻杆内径Lp——钻杆长度upv ——钻井液塑性黏度ed ——钻井液泥浆密度Lc ——钻挺长度dci ——钻挺内径dc ——钻挺外径Pr ——额定泵压Ps ——实际泵压Qmin ——最低排量Kpi ——钻杆内耗系数Kci ——钻挺内耗系数Kca ——钻挺环空系数Kpa ——钻杆环空系数Kl ——循环压耗系数Qopt——最优排量Kp——钻杆压耗系数m ——单位钻杆长度的压耗系数Kc ——钻挺压耗系数a ——常数Dpc ——第一临界井深Dpa ——第二临界井深Qs ——泵的实际排量pl ——整个循环系统的压耗系数Pba ——假定钻头水功率A0 ——喷嘴截面积Pb——假定钻头水功率Ps ——实际泵压Nb ——实际钻头功率Ns ——实际泵功率V0——实际环空返速Kv ——常数Kf ——常数Fj ——射流冲击力Pb ——实际钻头水功率2.编程Private Sub Command1_Click()Va = 0.8Dh = 21.59Dp = 17.78C = 0.98Kg = 0.00107B = 0.51655dpi = 10.86Lp = 3880upv = 0.0047ed = 1.64Lc = 120dci = 7.14dc = 17.78pr = 16.5Ps = 14.85Qr = 35.4Qmin = 0.1 * 3.14 * (Dh ^ 2 - Dp ^ 2) * Va / 4Kpi = (ed ^ 0.8 * upv ^ 0.2 * Lp * B) / (dpi ^ 4.8)Kci = (ed ^ 0.8 * upv ^ 0.2 * Lc * 0.51655) / (dci ^ 4.8)Kca = ed ^ 0.8 * upv ^ 0.2 * Lc * ((0.57503) / ((Dh - dc) ^ 3 * (Dh + dc) ^ 1.8))Kpa = ed ^ 0.8 * upv ^ 0.2 * Lp * ((0.57503) / ((Dh - dc) ^ 3 * (Dh + dc) ^ 1.8))Kl = Kg + Kpi + Kci + Kca + KpaQopt = (Ps / (2.8 * Kl)) ^ (1 / 1.8)If Qopt < Qmin ThenQs = QminElseIf Qopt > Qr ThenQs = QrElseQs = QoptEnd Ifpl = Kl * Qs ^ 1.8Pb0 = Ps - plA0 = ((ed * Qs ^ 2) / (20 * C ^ 2 * Pb0)) ^ (0.5)Pb = (ed * Qs ^ 2) / (2 * C ^ 2 * A0 ^ 2)Text1.Text = PbPs = Pb + plText2.Text = PsNb = Pb * QsNs = Ps * QsText3.Text = NbText4.Text = NsRj = Nb / NsText5.Text = RjVa = 0.1 * Qs * 4 / (3.14 * (Dh ^ 2 - Dp ^ 2)) Text6.Text = VaKv = 10 * C * ((20 / ed) ^ 0.5)V0 = Kv * (Ps - pl) ^ 0.5 * 0.001Text6.Text = V0Kf = (C * (20 * ed) ^ 0.5) / 100Fj = Kf * Qs * (Ps - pl) ^ 0.5Text7.Text = Fjrwj = Nb / (A0 * 10000)Text8.Text = rwjEnd SubPrivate Sub Command2_Click()Text1.Text = ""Text2.Text = ""Text3.Text = ""Text4.Text = ""Text5.Text = ""Text6.Text = ""Text7.Text = ""Text8.Text = ""End Sub。
钻井工程设计管理规范.(DOC)
钻井工程设计管理规范第一章总则第一条钻井工程设计是钻井施工必须遵循的原则，是组织钻井生产和技术协作的基础，是甲方招标、结算的重要依据。
第二条钻井工程设计的科学性、先进性关系到一口井作业的成败和效益。
科学钻井水平的提高，在一定程度上依靠钻井工程设计水平的提高。
搞好钻井工程设计是提高技术管理和企业管理水平的一项重要措施，是钻井生产实现科学化管理的前提。
第二章钻井工程设计的基本原则和主要内容第三条钻井工程设计的基本内容应包括地质简况、钻井工程、钻井液、固井方案、取心、周期预测等19个方面的内容。
具体要求见《钻井工程设计规范》。
第四条钻井工程设计必须以钻井地质设计为主要依据。
必须依据地质设计的主要内容有：钻探目的、设计井深、目的层、完钻层位及原则、完井方法、全井地层孔隙压力梯度曲线及破裂压力梯度曲线、取资料要求、井身质量要求、油层套管尺寸及强度要求、阻流环位置及固井水泥上返高度、邻区邻井资料、试油压力资料、油气水及岩性特征、地层剖面、地层倾角及故障提示等资料。
新区探井按科学打探井技术规定，还需要参考五种必需的地质图件（设计井位区域构造及地理位置图、主要目的层的局部构造井位图、过井“十字”地震时间剖面图、过井地质解释横剖面图、设计柱状剖面图）。
第五条钻井工程设计要有利于取全取准各项地质、工程资料；有利于发现油气层、保护油气层，充分发挥每个产层的生产能力；要保证油气井井眼轨迹符合勘探开发的要求；要保证油气井的完井质量满足油田各种作业的要求，保证油气井长期开采的需要。
第六条钻井工程设计要充分体现和采用本地区及国内外钻井的先进技术，保证安全、优质、快速钻井，实现最佳技术经济效益。
第三章钻井工程设计运行程序第七条设计单位接到西指下发的钻井工程设计委托书后，应立即着手充分收集设计井的邻井钻井井史及其他有关钻井技术资料，为编制钻井工程设计提供重要的技术依据。
第八条设计单位在收到正式的钻井地质设计后5天内完成钻井工程设计送审稿，提交西指工程技术处组织评审。
钻井工程参数优选
一、目标函数的建立
衡量钻井技术经济效果的标准：
C pm = Cb + Cr (t + t r ) H
（4-28）
其中: Cpm—单位进尺成本，元/m；Cb—钻头成本，元/只；Cr—钻机作业费，元/h； tt—起下钻、接单根时间，h；t—钻头工作时间,h；H----钻头总进尺,m。
C F = h f + 1 h2 f 2
tf =
bB f nW 1.5
考虑牙齿磨损对 钻头磨速影响后 的钻头寿命系数。
5
tf =
F S
（4-39）
钻进参数优选
机械破岩参数优选
J Hf = E S
= F S
3.目标函数 目标函数
t
f
在此仅考虑 牙齿磨损决 定的寿命
C pm
J = C H C P K R (W − M ) S= E= A f (a1n + a2 n 3 ) Z 2 − Z1W C1 C −C h f + 2 2 1 ln(1 + C2 h f ) C2 C2 C1 2 hf 2
物理意义：考虑牙齿磨损对钻速和磨速影响后 的进尺系数。
则：H f =
J ⋅E S
J/S的物理意义：不考虑牙齿磨损影响时的理论进尺。
4
（4-36）
钻进参数优选
机械破岩参数优选
2.建立钻头寿命t与钻压、转速、 2.建立钻头寿命t与钻压、转速、磨损量等参数的关系 建立钻头寿命
由牙齿磨损决定 的钻头寿命
Af (a1n + a2n3 ) dh = dt (Z2 − Z1W )(1 + C1h)
钻井工程 第四章 钻进参数优选
第四章钻进参数优选1．某井用直径φ200mm24l型钻头钻进，钻压W＝196kN,转速n=70r/min,井底净化条件较好，钻头工作14h以后起钻，已知Af=2.33×10-3。
求牙齿磨损量hf。
答：2．某井用直径φ200mm21l型钻头钻进，钻压W＝196kN,转速n=80r/min,钻头工作14h以后起钻，轴承磨损到B6级，求轴承工作系数b。
答：求该地区的门限钻压M和转速指数。
答：4．某井使用215.9mm钻头钻进，喷嘴流量系数C＝0.96，井内钻井液密度为1.42g/cm3,排量为16L／s。
若要求井底比水功率为0.418kW/cm2,且三个喷嘴中拟采用一个直径为9mm,另两个为等径。
试求另两个喷嘴的直径，并计算射流水力参数和钻头水力参数。
答：5．某井钻进215.9mm井眼，使用127mm内平钻杆（内径108.6mm）,177.8mm钻铤（内径71.4mm）100m。
测得钻井液性能ρd=1.2g/cm3, PV =0.022Pa·s,Pg=0.34MPa,Q=22L/s。
试求m、a值及井深2000m时循环系统的压力损耗。
答：6．条件同题5，求允许泵压分别为17.3MPa时钻头所可能获得的压降及相应的喷嘴当量直径（喷嘴流量系统C＝0.96）和射流水力参数。
答：7．已知某井用215.9mm钻头钻进，井眼扩大处井径310mm,钻杆外径127mm,排量21L/s。
钻井液密度1.16g/cm3,其范氏粘度计600、300r/min的读数分别为65、39。
岩屑密度2.52 g/cm3，平均粒径6mm。
试校核岩屑举升效率。
答：8．某井采用215.9mm钻头钻进（喷嘴流量系数C＝0.98），177.8钻铤（内径71.4mm）120m,所用钻杆为127mm内平钻杆（内径108.6mm）。
井队配备有两台NB－1000钻井泵，根据经验，对整个循环系统而言，地面泵压以不超过18MPa较合适；Kg取值1.07×10-３MPa·s1.8。
钻井工程理论与技术课后题答案
第一章 钻井的工程地质条件2.简述地层沉积欠压实产生异常高压的机理。
答：异常高压的形成是多种因素综合作用的结果，对于沉积岩地层的异常高压，目前世界上公认的成因是由于沉积物快速沉降，压实不均匀造成的。
在稳定沉积过程中，若保持平衡的任意条件受到影响，正常的沉积平衡就破坏。
如沉积速度很快，岩石颗粒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，即无法增加它对上覆岩层的支撑能力。
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增加，孔隙中的流体必然开始部分地支撑本来应的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d c 指数随井深变化的规律。
答：在正常压实的地层中岩石的密度随井深的增加而增加；强度随井深的增加而增加；孔隙度随井深的增加而减小；声波时差随井深的增加而减小；d c 指数随井深的增加而增大。
5.某井井深2000m ，地层压力25MPa ，求地层压力当量密度。
解： ()()0.00981250.009812000 1.276h h P H ρ==⨯=(g/cm 3)答：地层压力当量密度是1.276 g/cm 36.某井垂深2500m ，井内钻井液密度为1.18 g/cm 3，若地层压力为27.5MPa ，求井底压差。
解：()27.52500 1.180.0098127.5 1.44b h P P P gh MPa ρ∆=-=-=⨯⨯-=答：井底压差是1.44MPa 。
7.某井井深3200m ，产层压力为23.1MPa ，求产层的地层压力梯度。
解： ()23.132000.0072/h h G P H MPa m ===答：产层的地层压力梯度0.0072MPa/m 。
9.岩石硬度与抗压强度有何区别？答：岩石硬度是岩石表面的局部抵抗外力压入的能力，抗压强度则是岩石整体抗压的能力。
10.岩石的塑性系数是怎么样定义的吗？简述脆性、塑脆性和塑性岩石在压入破碎时的特性。
钻井事故与复杂情况
第十三章钻井事故与复杂情况本章主要论述钻井作业中的井下事故和复杂情况发生的原因及其处理和预防，其次介绍常用打捞工具的结构、技术规格和使用方法。
自升式钻井平台、固定钻井平台、半潜式钻井平台和浮式钻井船在打捞工具选用、打捞方法及打捞操作方面基本上大同小异，但半潜式钻井平台在打捞作业中应注意以下几点：1．当井下事故发生时，应立即记录升沉标高尺上的标尺高度。
2．处理井下事故及打捞起下钻过程中，半潜式钻井平台漂移应控制在规定允许的范围内。
3．打捞起下钻时，打捞工具及落鱼通过隔水管伸缩节、水下防喷器和水下井口头处时要放慢速度，注意阻卡，必要时打开升沉补偿器缓慢起下。
4．当打捞工具下至鱼顶深度前4～6米时，先打开升沉补偿器，然后再进行打捞作业，打捞起钻到正常井段后才能锁上升沉补偿器。
第一节钻井事故原因及其处理和预防一．钻头事故原因、处理及预防海上钻井常用的是三牙轮钻头、PDC钻头和金刚石取心钻头。
PDC钻头和金刚石取心钻头较少发生事故。
主要是三牙轮钻头掉牙轮或整个钻头落井。
钻头事故主要发生在深部地层和研磨性地层，如钙质砂岩、石英质砂岩、含砾砂岩、钙质泥岩等地层。
1．钻头事故的原因：（1）在研磨性地层钻进时间过长，轴承发生损坏，极易导致牙轮落井。
（2）钻压过大，措施不当，导致牙轮蹩落井内。
（3）钻头选型与地层岩性不相适应，加上使用措施不当导致牙轮落井。
（4）井底有金属落物，未打捞就强行钻进导致牙轮蹩落。
（5）牙轮破碎掉落井内一一钻头制造中，由于牙轮热处理中残存有内应力或受伤，牙轮壳体淬火太老太脆，钻进中遇蹩跳钻导致一个牙轮部分或全部破碎落井（其余两个牙轮尚完好），也有三个巴掌间的焊缝质量不好导致巴掌连同牙轮一起落井的。
（6）溜、顿钻造成牙轮落井。
（7）钻头公扣根部断裂造成整个钻头落井。
（8）蹩钻严重，钻头螺纹倒扣，造成钻头落井。
（9）配合接头螺纹滑扣造成钻头落井一一钻头与钻铤之间的配合接头螺纹由于长期使用、磨尖及台肩磨薄或胀大，一遇蹩钻严重时就可能发生滑扣，把钻头遗留井底。
钻井工程理论与技术 第四章 钻进参数的优选
dh 1 dt 1 C1h
式中： C1 称为压齿磨损减慢系数， 与钻头类型有关，其数值见表4-2。
4、牙齿磨损速度方程
A f ( a1n a2 n 3 ) dh dt ( Z 2 Z1 )(1 C1h)
式中： A f 为地层研磨性系数。 需根据现场钻头资料统计计算确定。
与牙轮钻头尺寸有关。
当钻压等于 Z 2 / Z1 时，牙齿磨损速度无限大，
Z 2 / Z1 是该尺寸钻头的极限钻压。
2、转速对牙齿磨损速度的影响
增大钻速，牙齿磨损速度加快。
dh (a1n a2n3 ) dt
式中： a1 和 a2 是由钻头类型决定的系数。 见表4-2。
3、牙齿磨损状况对牙齿磨损速度的影响
的系数的确定方法：
M, , K R , C2 , A f , b
Z1 Z2 C1
可计算求得
a1 a2
可查表求得
第二节
机械破岩钻进参数优选
目的：寻求最优钻压、转速组合，使钻井过程达到最佳的经济技术
效果。
优选方法步骤：
确定标准 目标函数的极值点 参数。 建立目标函数 在各种约束条件下寻求 满足极值点条件的参数组合即为最优
Wmax 钻进同一地层，可得到两个不同钻速值 Vpc min ,Vpc max ，代
入钻速方程，联立求门限钻压M 。
（2）试验条件
试验中钻井液性能、水利参数恒定，一般取本地区常用值， 使 CH 、 C p 不变，且避免水力因素变化对门限钻压M的 影响。 试验井段或试验时间尽可能的短，以保证试验开始和结束时
。
第五步：钻压不变，用最小转速（Wmax , nmin）钻进 1m 或 0.5m; 记录钻速 。 第六步：用平均钻压和平均钻速（ W0 , n0 ）钻进1m 或0.5m; 记录钻速 。
钻井工程管理规定
1钻井工程管理规定中国石油天然气股份有限公司2005年11月— 2 —。
1目 录第一章 总则 (1)第二章钻井工程方案编制与实施…………………………………………1 第三章钻井设计管理…………………………………………………………5 第四章钻井过程管理…………………………………………………………8 第五章钻井与地质监督管理………………………………………………13 第六章钻井资料与信息化管理……………………………………………16 第七章技术创新与应用………………………………………………………17 第八章健康、安全、环境管理...................................................18 第九章 附则 (19)。
1第一章 总 则第一条 为了规范钻井工程管理，满足油田勘探开发需要，保证钻井工程质量，促进钻井技术提高，根据《油田开发管理纲要》，特制定本《规定》。
第二条 钻井工程管理应结合地质与工程难点，积极推进科技创新，加大瓶颈技术攻关和成熟技术的推广应用，引进新工艺、新技术，提高钻井速度和钻井质量。
第三条 钻井工程管理主要内容包括：钻井工程方案编制与实施、钻井设计管理、钻井过程管理、钻井与地质监督管理、钻井资料与信息化管理、工程技术研究与应用以及健康、安全、环境管理。
第四条 钻井工程管理在勘探阶段应以发现及保护油气层为主，在开发阶段应以保护油气层及用钻井方式提高单井产量、提高采收率为主要目的。
第五条 钻井施工过程中应强化安全生产，树立安全第一、预防为主、以人为本的理念，各项活动应符合健康、安全、环境（HSE ）管理体系的有关规定。
第六条 本《规定》适用于股份公司及所属油(气)田分公司、全资子公司（以下简称油田公司）的陆上油田开发活动。
控股、参股公司和国内合作的陆上油田开发活动参照执行。
第二章 钻井工程方案编制与实施第七条 钻井工程方案是油气田勘探开发方案的重要组成部分，是单井钻井设计的依据和基础。
钻井工程设计课程设计
东北石油大学华瑞学院课程设计年月日东北石油大学课程设计任务书课程题目专业XX学号主要内容、基本要求、主要参考资料等：1、设计主要内容：根据已有的基础数据，利用所学的专业知识，完成一口井的钻井工程相关参数的计算，最终确定出钻井、完井技术措施。
主要包括井身结构、钻具组合、钻井液、钻井参数设计和完井设计。
2、设计要求：要求学生选择一口井的基础数据，在教师的指导下独立地完成设计任务，最终以设计报告的形式完成专题设计，设计报告的具体内容如下：（1）井身结构设计；（2）套管强度设计；（3）钻柱设计；（4）钻井液设计；（5）钻井水力参数设计；（6）注水泥设计；（7）设计结果；（8）参考文献；设计报告采用统一格式打印，要求图表清晰、语言流畅、书写规X、论据充分、说服力强，达到工程设计的基本要求。
3、主要参考资料：王常斌等，《石油工程设计》，东北石油大学校内自编教材陈涛平等，《石油工程》，石油工业，2000《钻井手册（甲方）》编写组，《钻井手册》，石油工程，1990完成期限指导教师专业负责人年月日前言钻井工程设计是石油工程的一个重要部分，是确保油气钻井工程顺利实施和质量控制的重要保证，是钻井施工作业必须遵循的原则，是组织钻井生产和技术协作的基础，是搞好单井预算和决算的唯一依据。
钻井设计的科学性、先进性关系到一口井作业的成败和效益。
科学钻井水平的提高，在一定程度上依靠钻井设计水平的提高。
设计应在充分分析有关地质和工程资料的基础上，遵循国家及当地政府有关法律、法规和要求，按照安全、快速、优质和高效的原则进行，并且必须以保证实施地质任务为前提。
主要目的层段的设计必须体现有利于发现与保护油气层，非目的层段的设计主要考虑满足钻井工程施工作业和降低成本的需要。
本设计的主要内容包括：1、井身结构设计及井身质量要求：原则是能有效地保护油气层，使不同地层压力梯度的油气层不受钻井液污染损坏；应避免漏、喷、塌、卡等复杂情况发生，为全井顺利钻进创造条件，使钻井周期最短；钻下部高压地层时所用的较高密度钻井液产生的液柱压力，不致压裂上一层管鞋处薄弱的裸露地层；下套管过程中，井内钻井液柱压力之间的压差不致产生压差卡套管等严重事故以及强度的校核。
钻头与钻井参数设计(海洋手册)
第四章钻头与钻井参数设计钻头和钻井参数是影响钻井速度、钻井时效和钻井成本的重要的可变因素。
本章主要介绍的是牙轮钻头和金刚石钻头的分类、选型及磨损定级的方法，并结合现场实践，对钻井水力参数、机械参数和钻井液流变参数进行优选设计。
第一节牙轮钻头的分类一．牙轮钻头结构特点简介牙轮钻头有单牙轮、双牙轮和三牙轮钻头之分，而三牙轮钻头是石油钻井中用得最为广泛的一种。
牙轮钻头一般由牙掌、牙轮、切削齿、轴承、锁紧元件、储油密封系统、喷嘴装置等部件组成。
下面以三牙轮钻头为例，对其结构特点（见图4－1）作一简要介绍。
1．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，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。
（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，已在石油钻井得到了广泛的应用。
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。
钻进参数优选
• 钻井的定义和基本工作： • 钻井的目标和影响因素分类： • 钻进参数及其优选：优选是指在一定的客 观条件下，根据不同参数配合时对钻井目 标的影响规律，选择合理的钻进参数配合， 使钻井达到最优的技术经济效果。 • 本章内容：机械破岩参数和水力破岩参数 的设计
第一节 机械破岩参数设计
• 定义：钻压w(kN)和转速n(rpm)。 • 设计方法：数学优化法和经验 法。经验法是通过直接对机械 破岩参数设计影响因素的分析， 掌握其影响规律，再结合
现场经验来综合设计钻压和 转速。这种方法不用现场测 量许多数据，方便实用，油 田大都使用经验法。
1 机械破岩参数设计 的影响因素分析
• 1.1 地层性质 是影响机械破岩参数设计的 最基本和最重要的因素。地层 的各项机械力学特性对机械参 数的设计都有影响。
40下
42 42下 43 4下
3355 45
3380 25 3410 30 3460 50 3500 40
岩盐、油浸泥岩、灰色泥岩夹粉砂岩
灰色泥岩夹粉砂岩 岩盐、油浸泥岩、泥岩夹粉砂岩 灰色泥岩夹粉砂岩 岩盐、油浸泥岩、泥岩夹粉砂岩
序 层位 井段 号 （米） 型号
1 Q-N 0-151 P2 2 N-EI -900 P2
表5 江汉钻头长推荐的钻压和转速
钻头 IAD 正常钻压 转速 钻头 IAD 正常钻压 转速 r/min 型号 C代 r/min 型号 C代 kN/㎜ kN/㎜ 码 码 ATJ- 116 0.35-0.90 180-80 MAX 115 0.20-0.70 220-40 1 -G1
ATJ05C ATJ225 427 0.35-0.90 140-60 MAX 435 -11H 517 0.35-1.00 120-60 ATX- 435 11 0.20-0.70 350-80 0.20-0.70 200-80 0.50-0.70 150-160 0.60-0.90 80-40
钻井工程规范
浙江油田公司钻井工程技术管理规范二〇〇九年七月目录第一章总则................................................ 错误!未定义书签。
第二章钻井工程设计管理规范............................................... 错误!未定义书签。
第三章钻前工程技术规定 ......................................................... 错误!未定义书签。
第四章钻井液技术管理规范.................................................... 错误!未定义书签。
第五章钻井井身质量管理规范............................................... 错误!未定义书签。
第六章固井质量实施细则 ......................................................... 错误!未定义书签。
第七章钻井取心技术管理规范............................................... 错误!未定义书签。
第八章钻井交井质量管理规定............................................... 错误!未定义书签。
第一章总则第一条为了规范浙江油田公司（以下简称公司）钻井工程技术管理，提高钻井施工水平，保证工程质量和效益，结合公司的自身特点，特制定本规范。
第二条钻井工程技术管理应结合地质与工程难点，积极推进科技创新，加大瓶颈技术攻关和成熟技术的推广应用，引进新工艺、新技术，提高钻井速度和钻井质量。
第三条钻井工程技术管理规范主要内容包括：钻井工程设计管理规范、钻前工程技术规定、钻井液技术管理规范、钻井井身质量管理规范、固井施工实施细则、钻井取心技术管理规范、钻井交井质量管理规定。
钻井与完井工程(第一至第四章)
(a)脆性岩石
(b)塑脆性岩石
(c)塑性岩石
W 硬度： p y A
屈服极限： 0 W0
A
AF 面积OABC 塑性系数：k AE 面积ODE
第二节 岩石的研磨性与可钻性
一、岩石的研磨性
岩石研磨性概念：钻井过程中，钻井工具和岩石产生连续的或间歇的接触
和摩擦，从而在破碎岩石的同时，这些工具本身也受到岩石的磨损而逐渐变钝甚 至损坏。岩石磨损这些材料的能力称为岩石的研磨性。 研磨性磨损是由钻头工作刃与岩石相摩擦的过程中产生微切削、刻划、擦痕等 所造成，属表面磨损。这种研磨性磨损除了与摩擦副材料性的性质（如化学组成和 结构）有关外，还取决于摩擦的类型和特点、摩擦表面的形状和尺寸（如表面粗糙 度）及摩擦面的介质等因素。研磨性磨损是一个十分复杂的问题。
σ σ =σ
1
σ
1
2
3
σ
3
σ
(a)液压作用下的压（拉）试验 （常规三轴试验） σ
1
2
(b)用三个液缸的柱塞进行的 三面压缩试验（真三轴试验） σ
1
σ
σ
2
3
(c)液压作用下的压扭试验
(d)液压作用下的两面柱塞 压缩试验
σ
1
σ
3
（a）压缩试验
（b）拉伸试验
常规三轴试验
P=σ
1
=σ
2
τ
2. 三轴应力下岩石的强度和变形的特点
由岩石可钻性概念和研究方法可知，岩石可钻性会因条件不同，所以实际应用时就有一定 的困难。如果设法固定工作条件，使可钻性指标只反映岩石破碎难易程度，有可能就能克 服应用时的问题，采用微钻头可钻性是行之有效的研究方法。 所谓微钻头岩石可钻性是指在室内固定测试条件下，通过微钻头模拟试验，将所测得 的微钻头指标称之为微钻头岩石可钻性或条件可钻性。我国钻井界目前广泛采用的岩石可 钻性测定仪为华东Ⅲ型微钻头测定仪。测试条件为：钻压W＝889.7牛，转速N＝55转／分， 钻头直径D＝31.75毫米（它是由八片厚2.5毫米硬质合金材料组成的，硬度为HRC ≌ 58）。 实测记录钻孔深度H为2.4毫米所需的时间。测量精度要求控制在测量仪器本身允许的误差 范围以内。 由测量值表示的钻速公式可知，当以钻速作为可钻性指标时，钻进速度V与测量钻进深度 H和钻进时间T之间的表达式为：
水平井中的钻头、钻井液、钻井参数设计
水平井中的钻头、钻井液、钻井参数设计1．钻头选型(1).水平井钻头选型特点①．水平井的着陆控制和水平控制井段，较多地采用井下动力钻具（其钻压值一般较低，而钻头转速一般相对于钻盘钻钻井为高）。
②．在中曲率造斜段，要求钻头要有较好的造斜能力。
③．在钻水平井段时，要求钻头具有较好的稳平能力（当以定向方式调整井斜或方位时，又往往要求有适当的造斜能力）。
④．较多地采用油基钻井液。
⑤．当采用MWD进行测量时，对钻头水眼尺寸及钻头水眼压降有一定的要求和限制。
⑥．为满足携带岩屑的需要，对钻井液排量有一定的要求。
因此，在水平井中较普遍地选用PDC钻头，但也常用牙轮钻头。
(2).钻头选型的原则和依据①．地层条件。
地层条件是选择钻头类型和结构的首要依据。
地层条件包括地层类型、硬度、岩性和层位厚度。
②．钻井方式。
即：是用转盘钻进还是用井下动力钻具钻进，后者又可分为完全的定向钻进，还是导向钻进。
③．钻井条件。
钻井条件主要包括设备能力（机械部分与水力部分）、钻井液类型等。
所选的钻头类型应与设备能力相适应，也要考虑钻井液类型的影响。
④．钻井参数。
钻井参数包括：钻压、转速和水力参数（排量与压力）。
在水平钻井中，由于工艺要求往往对钻井参数已做出明确规定，这就要求钻头选型要与钻井参数相适应，确定钻头的切削结构、水力结构与保径尺寸。
⑤．邻井资料。
包括邻井地质测井资料和邻井钻头使用记录。
它对于钻头选型是极为重要、有效的技术参考资料，应予以足够重视。
(3).PDC钻头与牙轮钻头选型指南2．水平井钻井液(1).水平井与钻井液有关的特殊问题①携屑能力降低水平井、大斜度井和直井、常规定向井相比，在同样的条件下，钻井液的携屑能力明显降低。
很多文献都指出，当井斜角在40~55º时很容易形成岩屑床，增加钻进和起下钻磨阻，甚至会造成卡钻事故。
②井眼稳定性变差随着井斜角的增加，裸眼井段在易坍塌地层中的长度会大幅度增加；随着水平段加长，施工周期也相应较长。
钻井手册
《钻井手册》（第二版）（共2册）侧重于实际应用技术，具有理论知识和实践经验。
本手册分为两卷。
第一册主要内容包括：钻井设计、地层压力与井筒结构、套管设计与套管作业、固井完井、钻井液、钻头与钻井参数设计、井控技术、钻柱与井底部件设计；第二册主要内容包括：特种工艺井钻井、欠平衡钻井、海上钻井、深井和超深井钻井、钻井设备工具和地质条件综合质量评价、钻井HSE管理、井下复杂程度和事故、钻井新技术、附录。
内容有效性《钻井手册》（第二版）（2册）可供从事油气钻井工程的技术人员和管理人员使用，也可供有关专业技术人员、管理人员、相关院校师生参考。
书目录钻井手册目录：第一册第一章钻井设计第一节钻井设计基本要求第二节钻井设计的基本原则和程序第三节普通钻井设计主要内容第四节批量钻井设计的主要内容第五节钻井工程质量要求第六节钻井施工设计与规划第七节钻井设计监督实施附录一钻井设计规范附件二中国石油竖井工程设计资质管理办法附录3《钻井质量控制规范》（SYFI，5088-2008）第二章地层压力与井筒结构设计第一节几个基本概念第二节地应力第三节地层孔隙流体压力第四节地层破裂压力第五节地层坍塌压力与井眼稳定性第六节井筒结构设计参考第三章套管设计和套管作业第一节套管柱类型第二节套管设计的机械基础第三节套管载荷分析第四节API套管强度计算公式第五节双轴应力计算第6节套管特性第七节套管柱设计第八节特殊井套管柱设计第九节套管作业第十节套管井口设置计算附录一般相关标准第四章固井完井第一节油井水泥第二节水泥浆性能第三节油井水泥外加剂第四节前置液第五节水泥浆流变性第六节水泥浆设计第七节固井工艺第八节挤水泥浆塞第九节特殊固井技术第十节固井质量评定第11节固井设备、工具及附件参考第五章钻井液第一节概述第二节钻井液性能第三节钻井液性能测试仪器和方法第四节常用钻井液体系及其应用第五节钻井液原料及添加剂第六节钻井液体系、性能及配方设计。
第四章 钻进参数优选2
(4-53)
• （三）钻头水力参数
• 钻头水力参数包括钻头压力降和钻头水功率。
• 1.钻头压力降
• 钻头压力降是指钻井液流过钻头喷嘴以后钻井液压力降低的值。 0.05 d Q 2 pb • (4-54) C 2 A2
0
• 式中，pb——钻头压力降，MPa； ρ d——钻井液密度，g/cm3; C——喷嘴流量系数, 与喷嘴的阻力系数有关，C的值总是小于1。 • 如果喷嘴出口面积用喷嘴当量直径表示，则钻头压力降计算式为 •
p pi B d 0.2 L p Q1.8
0.8 4.8 dp
(4-75)
• 式中，ppi——钻杆内压耗，MPa; dp——钻杆内径，cm; B——常数，内平钻杆B=0.51655，贯眼钻杆B=0.57503； Lp——钻杆总长度，m。 下次课内容
• (3)钻杆外环形空间压耗
•
p pa 0.57503 d 0.2 L p Q1.8
L1 L3 L2 L4 1.8 Pg 0.51655 d 0.8 0.2 d 4.8 d 4.8 d 4.8 d 4.8 Q (4-74) 2 3 4 1
• 式中，Pg——地面管汇压耗，MPa; ρ d——钻井液密度，g/cm3; η ——钻井液塑性粘度，Pa· s; Q——钻井液排量，L/s。 L1 ， L2 ， L3 ， L4 和 d1 ， d2 ， d3 ， d4 分别为地面高压管线、立管、水龙带 （头）、方钻杆的长度和内径，长度单位为米，内径单位为厘米。 • (2)钻杆内压耗 •
• 一、喷射式钻头的水力特性
• （一）射流及其对井底的作用 • 1.射流特性
• • • • • • • 射流是指通过管嘴或孔口过水断面周界不与固体壁接触的液流。 射流分类： 按与周围流体介质的关系划分：ρ 射>ρ 介，非淹没射流， ρ 射<ρ 介，淹没射流 按射流的运动和发展是否受到固壁限制分：无固体边界—自由射流 有固体边界—非自由射流 按射流压力是否稳定划分：连续射流——压力平稳 脉冲射流——流量发生一定频率的脉动，射流产生周期性的动载 混合射流——既有连续部分，又有脉动部分 空化射流——气体进入液体产生空穴，空穴破裂产生很高的压力 • 自钻头喷嘴射出的射流为淹没非自由连续射流。
钻井参数设计
姓名：熊青山
长江大学 2015年1月
汇报内容
1 设计内容 2 水力参数设计 3 机械破岩参数 4 设计实例
一、设计内容
1.水力参数 2.机械破岩参数
二、水力参数设计
设计内容如下： 1. 排量； 6.喷嘴直径； 2. 泵压； 7.喷射速度; 3. 环空返速 8.水马力; 4. 循环压耗； 9.比水马力; 5. 钻头压降； 10.射流冲击力
14(n2)(1.4lg n)
Vpg Kg Q
7
1.4lg n
Kg
8.09104
lg n 2.5 m
4.088103 K
m
4.093
3n
n
1
n
7
二、水力参数设计 ②管内压耗
a.宾汉流型：
pi
Ki LQ1.8
0.12336m0.8
0.2 p
LQ1.8
d 4.8 i
b.幂律流型：
14(n2)(1.4lg n)
－
31
27
24
21
19
－
35
33
29
26
23
21
二、水力参数设计
1. 排量；
2. De2
4. 循环压耗：
5. 钻头压降：
二、水力参数设计 ①地面循环压耗（管汇压耗 ）
a.宾汉流型：
Vpg
KgQ1.8
3.767
104
m0.8
Q 0.2 1.8
p
b.幂律流型：
二、水力参数设计 总循环压耗：
pL pg pi pa
二、水力参数设计
钻井泵工作方式： 一般在软到中软地层采用最大射流冲
击力工作方式，在硬地层采用最大钻头水 功率工作方式。不同的工作方式其分配关 系不同。同种工作方式在临界井深前后又 有不同的优化方法。
第04章 钻头与钻井参数设计
第四章钻头与钻井参数设计第四章钻头与钻井参数设计 (2)第一节牙轮钻头的分类 (2)一．牙轮钻头结构特点简介 (2)二．牙轮钻头的发展趋势 (9)三．牙轮钻头的分类 (10)四．常用牙轮钻头的IADC分类 (14)第二节牙轮钻头的合理使用 (22)一．牙轮钻头的选型 (22)二．钻井参数的选择 (23)三．现场使用牙轮钻头的操作要点及注意事项 (28)四．确定合理的起钻时间 (30)五．钻头使用经济评价 (31)第三节金刚石钻头 (32)一．天然金刚石钻头 (32)二．聚晶金刚石复合片（PDC）钻头 (35)三．热稳定性聚晶金刚石（TSP）钻头 (43)四．全刚石钻头的分类方法 (43)五．常用全刚石钻头的选型表 (47)第四节钻头磨损分析 (53)一．IADC钻头磨损定级方法 (53)二．钻头磨损特征分析 (57)第五节水力参数设计 (61)一．钻井水力参数设计步骤与方洁 (61)第六节钻井液流变参数设计 (70)一．钻井液流变模式的选择 (70)二．钻井液流态的判别 (71)三．钻井液的携岩能力 (73)四．老屑浓度与有效钻井液密度 (75)五．选择钻井液流变参数的几个约束条件 (76)附件一标准的喷嘴尺寸及面积 (77)附件二．中国海上常用钻井泵的泵压和排量 (79)参考文献 (80)第四章钻头与钻井参数设计钻头和钻井参数是影响钻井速度、钻井时效和钻井成本的重要的可变因素。
本章主要介绍的是牙轮钻头和金刚石钻头的分类、选型及磨损定级的方法，并结合现场实践，对钻井水力参数、机械参数和钻井液流变参数进行优选设计。
第一节牙轮钻头的分类一．牙轮钻头结构特点简介牙轮钻头有单牙轮、双牙轮和三牙轮钻头之分，而三牙轮钻头是石油钻井中用得最为广泛的一种。
牙轮钻头一般由牙掌、牙轮、切削齿、轴承、锁紧元件、储油密封系统、喷嘴装置等部件组成。
下面以三牙轮钻头为例，对其结构特点（见图4－1）作一简要介绍。
1．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。
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第四章钻头与钻井参数设计第四章钻头与钻井参数设计 (2)第一节牙轮钻头的分类 (2)一．牙轮钻头结构特点简介 (2)二．牙轮钻头的发展趋势 (9)三．牙轮钻头的分类 (10)四．常用牙轮钻头的IADC分类 (14)第二节牙轮钻头的合理使用 (22)一．牙轮钻头的选型 (22)二．钻井参数的选择 (23)三．现场使用牙轮钻头的操作要点及注意事项 (28)四．确定合理的起钻时间 (30)五．钻头使用经济评价 (31)第三节金刚石钻头 (32)一．天然金刚石钻头 (32)二．聚晶金刚石复合片（PDC）钻头 (35)三．热稳定性聚晶金刚石（TSP）钻头 (43)四．全刚石钻头的分类方法 (43)五．常用全刚石钻头的选型表 (47)第四节钻头磨损分析 (53)一．IADC钻头磨损定级方法 (53)二．钻头磨损特征分析 (57)第五节水力参数设计 (61)一．钻井水力参数设计步骤与方洁 (61)第六节钻井液流变参数设计 (70)一．钻井液流变模式的选择 (70)二．钻井液流态的判别 (71)三．钻井液的携岩能力 (73)四．老屑浓度与有效钻井液密度 (75)五．选择钻井液流变参数的几个约束条件 (76)附件一标准的喷嘴尺寸及面积 (77)附件二．中国海上常用钻井泵的泵压和排量 (79)参考文献 (80)第四章钻头与钻井参数设计钻头和钻井参数是影响钻井速度、钻井时效和钻井成本的重要的可变因素。
本章主要介绍的是牙轮钻头和金刚石钻头的分类、选型及磨损定级的方法，并结合现场实践，对钻井水力参数、机械参数和钻井液流变参数进行优选设计。
第一节牙轮钻头的分类一．牙轮钻头结构特点简介牙轮钻头有单牙轮、双牙轮和三牙轮钻头之分，而三牙轮钻头是石油钻井中用得最为广泛的一种。
牙轮钻头一般由牙掌、牙轮、切削齿、轴承、锁紧元件、储油密封系统、喷嘴装置等部件组成。
下面以三牙轮钻头为例，对其结构特点（见图4－1）作一简要介绍。
1．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，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。
（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，已在石油钻井得到了广泛的应用。
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比楔形齿高，适用地层较广，在中硬地层使用效果最好。
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2．轴承结构 （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311.1mm 以上的大尺寸钻头上。
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），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，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。
滑动轴承可用各种密封圈作径向或者端面密封。
与滚动轴承相比，滑动轴承的承压面积大，接触疲劳应力小，使用寿命较长。
在常规的转速条件下，滑动轴承能承受更高的钻压。
但除金属密封滑动轴承外，普通滑动轴承的转速范围一般在60～140r／min，比滚动轴承低。
除了前面所谈的两种结构形式的滑动轴承外，瑞德工具公司还研制出了一种新型的滑动轴承，即带浮动套的滑动轴承，如图4－5所示。
浮动套轴承是在轴承大轴颈与牙轮内孔之间加了两个可作相对运动的浮动式衬套，并在小轴上套有两个止推垫圈。
浮动套与垫圈表面都作镀银处理，这样大大地降低了摩擦力，又不致使耐磨能力减低，使轴承转速和工作寿命大为提高。
3．牙轮锁紧方式（1）钢球锁紧钢球锁紧如图4－6所示，是在组装牙轮和牙掌时，将一排钢球从塞销孔道装进轴承跑道，再用塞销封住钢球通道，使钢球能在轴承跑道内自由滚动，既锁住了牙轮还能承受轴向载荷。
钢球锁紧的轴承能承受较高的转速，但由于钢球与轴承的接触应力大，轴承失效快，容易掉牙轮。
（2）卡簧锁紧卡簧锁紧元件是一个开口的弹性钢丝挡圈，如图4－7。
挡圈的外径比牙轮内孔的卡簧槽大。
卡簧放入牙轮内腔之后，靠自身的弹性锁紧牙轮，并与牙掌轴颈组成一对滑动副，实现了全滑动的轴承。
卡簧锁紧的特点是零件少，轴承结构简单，增加了滑动轴承的工作面积，轴承的工作寿命较长，但不能承受高转速。
（3）丝扣环锁紧除上述两种常见的牙轮锁紧方式之外，瑞德工具公司还研制出了一种新的锁紧元件──哈夫丝扣环锁紧元件，如图4－8所示。
丝扣环锁紧实际上是由两个半圆形钢圈组成。
这两个钢圈带有丝扣，装入轴承的锁紧槽内组成一个整环，用一个顶针从牙轴背后进入轴承环上的狭槽，暂时将环固定不动，再将牙轮通过丝扣和牙掌上紧，直至密封。
取出顶针后，轴承锁紧环便能自由转动，如牙轮上的一个整体部件，而且牙轮工作时的旋转方向与丝扣环相反，使轴承紧压密封，保证了牙轮不会从丝扣环上脱落。
丝扣环锁紧牙轮的优点是：①丝扣环锁紧元件是作为整体部件附在牙轮上，不会从牙轮脱落，从而降低了掉牙轮的风险。
由于不用担心掉牙轮，使用者能将钻头用得更合理、更彻底，而不必在钻头未用到家时过早地起钻。
②丝扣环与轴承是面接触，而不是传统的滚动点接触或线接触。
接触面积增大，轴承受力均匀，不易发生疲劳破坏。
③能承受更高的转速④增大了牙轮壳体的厚度，牙轮抵抗碎裂的强度增大，能更深地嵌入牙轮体内部，增强了切削结构，降低了掉牙齿的可能性。
⑤在定向井等环境比较恶劣的井中，这种锁紧方式的钻头能承受更高的侧向载荷，提高了恶劣条件下的钻井能力。
4．密封元件密封元件是影响轴承密封及使用效果的主要零件之一，一般分三种：（1）蝶形橡胶密封圈，如图4－9所示。
这种密封圈形状如蝶形，外层是橡胶，中间是一蝶形波纹弹簧片。
弹簧片与橡胶硫化成一体，增强了密封圈的弹力及耐磨性。
蝶形密封圈多用于滚动轴承钻头，它起端面密封的作用（2）O形橡胶密封圈，见图4－10。
它是用耐油、耐酸碱、耐高温而富弹性的丁睛橡胶制成，其横截面为圆形。
O形橡胶密封圈既用于滑动轴承钻头，也用于滚动密封轴承钻头，起着径向密封的作用。
（3）金属密封环，如图4－11所示。
它是美国休斯公司研制的新式密封元件。
金属密封环由上、下两个金属环组成，上环处于牙轮内，其外径小于牙轮密封槽的直径。
下环装在牙掌上，其内径大于牙掌大轴密封面的直径。
两个环可以在牙轮与牙掌之间浮动。
上、下两个金属环靠两个O形橡胶增能圈固定于牙轮和牙掌的密封面上，橡胶圈产生压缩和拉伸变形，向金属环施加轴向压力，保证了两个金属环的密封面始终接触着。
金属环发生磨损后，橡胶圈还能以其弹力继续压紧它们，实现了面密封和动密封。
金属环的抗温、耐压能力强，抗磨损性能好，加上与橡胶圈之间的巧妙配合，使金属密封的牙轮钻头能在高转速及恶劣条件下工作，大大地提高了钻头的各项工作指标。
5．喷嘴（1）普通喷嘴的型式代号及型号表示方法常用的喷嘴有标准型和保护盖型两种，如图4－12所示。
标准型喷嘴没有凸台保护锁紧挡圈，装卸较方便，常用于软地层钢齿钻头。
而保护盖型喷嘴的顶部有凸台保护，可以减少钻井液中的研磨性物质对锁紧挡圈的冲蚀。
保护盖型喷嘴能在高压喷射条件下长时间工作，安全可靠。
喷嘴的型式代号以英文字母表示，如表4－2所示。
表4－2 喷嘴型式代号如L18表示的是用于直径为374.6～660.4rnm（143/4～26in ）钻头的标准型喷嘴，其水眼直径为18 /32（14.29mm ）。
而W11则是指用于直径为212.7～349.2mm （83／8～133/4in ）钻头的保护盖型喷嘴，其水眼直径为11／32in（8.73mm ）。
（2）新型喷嘴简介①加长喷嘴和中长喷嘴加长喷嘴，如图4－13所示。
它有一段加长管，使喷嘴出口与井底的距离更近。
普通喷嘴出口离井底距离一般为110～140mm ，而加长喷嘴离井底的距离与喷嘴直径之比为2.5～4，使喷嘴液流出口更接近井底。
加长喷嘴主要用于软地层钻头及直径大于241.3mm 的大尺寸钻头上，它能提供更大的喷射冲击能量，使井底钻屑更易于清除，防止了钻头泥包，提高了破岩效率。
统计资料表明，在相同的钻井条件下，使用加长喷嘴的钻头机械钻速可提高30～50％。
中长喷嘴又称半加长或微加长喷嘴，其作用机理与加长喷嘴是一样的。