牙轮钻头型号特征与失效形式介绍
牙轮钻头分类及新技术介绍
钻头分类 钻头系列 及命名
轴承和密封
交流内容
钻头水力学
钻头保径
切削结构
Smith 牙轮钻头产品系列
Smith 牙轮钻头产品系列
钻头分类 钻头系列 及命名
轴承和密封
交流内容 谢谢 !!!
钻头水力学
钻头保径
切削结构
Bit Sizes 3½” - 12¼”
滑动轴承特性
180 160 140 120 100 80 60 60 40 20 0 Be. Copper Spinodal Spinodal-2 97
抗拉强度
168
2.5 2
% 延伸率
2.3
1.6 1.5 1 0.5 0 Be. Copper Spinodal Spinodal2 1
4
Normalized Impingement Press.
3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0
S-Flo(TM) 3 98 Series S-Flo(TM), 3 95 Series
NOTE: Identical TFA conditions.
喷嘴冲击区域
Flow rate
普通喷嘴 (S-Flo) 井底冲击压力
Shamal™ 轴承系统
Cone Cone
Journal Standard Clearance
Journal Shamal™ Clearance
Bit Sizes 16” - 28”
滚柱轴承与双密封分解图
Bit Sizes 16” - 28”
Bit Sizes 12” - 14½”
滑动轴承与密封
主轴承(外) 辅轴承(内) 球轴承 密封
钻头分类 钻头系列 及命名
轴承和密封
IADC牙轮钻头的分类及编号
IADC牙轮钻头的分类及编号IADC意思是国际钻井承包商协会。
英文全称：International association drilling contractor由于近年来国际上趋向于采用国际钻井承包商协会IADC的牙轮钻头分类和编号，更能方便快键识别和选用。
根据地层钻头分为软、中、硬、极硬4大类，而每一类又分为4个等级，根据钻头结构特征分为9类，根据钻头附加结构分为11类。
IADC规定，每一种钻头用四位字码进行分类及编号，各字码的意义如下。
第一位字码为系列代号（共有8个系列），表示钻头牙齿特征及所适应的地层：1--铣齿，软地层（低抗压强度，高可钻性）；2--铣齿，中-中硬地层（高抗压强度）；3--铣齿，硬、研磨性或半研磨性地层；4--镶齿，软地层（低抗压强度，高可钻性）；5--镶齿，软-中硬地层（低抗压强度）；6--镶齿，中硬地层（高抗压强度）；7--镶齿，硬、研磨性或中等研磨性地层；8--镶齿，极硬（高研磨性地层）。
第二位字码为岩石级别代号，表示在第一位数码表示的所钻地层中再依次从软到硬分成1、2、3、4共4个等级。
第三位数码为钻头结构特征代号，用9个数字表示，其中1～7表示钻头轴承及保径特征，8与9留待未来的新结构钻头用。
1～7表示的意义如下：1--非密封滚动轴承；2--空气清洗、冷却，滚动轴承；3--滚动轴承，保径；4--滚动密封轴承；5--滚动密封轴承，保径；6--滑动、密封轴承；7--滑动、密封轴承，保径。
第四位字码为钻头附加结构特征代号，用以表示前面三位数字无法表达的特征，用英文字母表示。
目前IADC已定义了11个特征：A--空气冷却；C--中心喷嘴；D--定向钻进；E--加长喷嘴；G--附加保径/钻头体保护；J--喷嘴偏射；R--加强焊缝（用于顿钻）；S--标准铣齿；X--楔形镶齿；Y--圆锥形镶齿；Z--其他形状镶齿。
有些钻头其结构可能兼有多种附加结构特征，则应选择一个主要的特征符号表示。
钻头的认识与使用
二、 三牙轮钻头 （三）牙轮钻头的使用 3、钻头尺寸与喷嘴 （4）喷嘴选用原则
三等径不如三组合
三组合不如双组合
二、 三牙轮钻头 （四）钻头选型原则
1、地层的软硬程度和研磨性。软地层选择牙齿长的钻头， 硬地层选择齿短、齿密的钻头。 2、钻进井段的深浅。井浅时，选用机械钻速高的钻头；井 深时，选用总进尺多的钻头。 3、易斜地层。不移轴量小的钻头，有利于防斜。 4、软硬交错地层。 选用适合硬地层使用的钻头，就高不就 低。
优点：有利于破碎岩石，提高钻井速度。 缺点：钻头轴承早期损坏；
硬质合金齿崩碎； 钻柱疲劳损坏。
二、 三牙轮钻头 （二）牙轮钻头的工作原理 3、剪切作用
剪切作用是由牙轮在井底滚动的同时还产生牙齿对井底的 滑动实现的。
产生滑动的原因是由牙轮钻头的超顶、复锥和移轴三种结 构特点引起的。
二、 三牙轮钻头 （二）牙轮钻头的工作原理 3、剪切作用
190～222.3 431/ 41/2REG 16.3～21.7
9-1/2～13-3/4 241.3～349.3 631/ 65/8REG 38～43.4
14-1/2～26 368.3～660.4 731/ 75/8REG 46.1～54.2
二、 三牙轮钻头
（三）牙轮钻头的使用 3、钻头尺寸与喷嘴 （1）喷嘴型号表示
首位数
表示意义
岩性
1
铣齿，低抗压强度高可钻性的软地层
软
2
铣齿，高抗压强度的中到硬地层
中硬
3
铣齿，中等研磨性或研磨性的硬地层
硬
4
镶齿，低搞压强度高可钻性的软地层
软
5
镶齿，低抗压强度的软到中硬地层 软至中硬
6
镶齿，高抗压强度的中硬地层
石油钻井设备与工具-王镇全 第三节 牙轮钻头
量的情况下，增大碳化钨的粒度，可以提高硬质合金的韧性，而其
硬度和耐磨性不变。
镶齿牙轮钻头齿的形状
镶齿牙轮钻头齿的形状是根据地层条件设计的。一般情况下，
尖、长齿适应于软地层，短、钝齿适合硬地层。具有代表性的齿 形描述如下：
①楔形齿
齿形呈“楔子”状，齿尖角由65°～90°不等。适用于破碎具有高塑 性的软地层以及中硬地层，齿尖角小的适合软地层，齿尖角大的适合较
3、镶齿
镶齿牙轮钻头是在牙轮上钻出孔后，将硬质合金材料制成的齿镶
入孔中。
牙轮钻头上使用的硬质合金是碳化钨(WC)一钴(Co)系列硬质合金。 它是以碳化钨粉末为骨架金属、钴粉末为粘结剂，有时加入少量的
钽或铌的碳化物用粉末冶金方法压制、烧结而成的。合金中随着钴
的含量的增加，密度有所下降，硬度逐渐降低，即耐磨性能降低， 但抗弯强度逐渐增大，且冲击韧性也提高。在不改变碳化钨和钴含
硬地层。
②勺形齿 美国休斯公司80年代推出的新齿形。它是一种不对称的楔形齿，其 切削地层的工作面是内凹的勺形，背面是微向外凸的圆弧形。这种结构 改善牙齿的受力状况，既提高了破碎效率又增强了齿的强度，可高效破 碎极软至中软地层岩石。
③圆锥形齿
锥形有长70°的中等锥形齿用来钻中硬地层，如灰岩、白云岩、砂
第三节 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。牙轮钻头按牙齿的固定方式可分为镶齿和铣齿两种
类型。
镶齿 铣齿
按轴承类型分为：滚动轴承和滑动轴承两类； 按密封类型分为：橡胶密封和金属密封两类。
橡胶密封
金属密封
一、 牙轮钻头结构简介 一、牙轮钻头的结构
牙轮钻头结构描述：
钻头上部车有丝扣，供与钻柱连接用；
牙轮钻头简介
1.1.3、轴承结构（续）
金属密封环：它采用优质不锈钢经过多道工 序特殊精密加工而成。其结构由上、下两个 金属环组成，上环装于牙轮，其外径小于牙 轮密封槽直径；下环装于牙掌，其内径大于 牙掌大轴密封面直径。
1.1.3、轴承结构（续）
金属环的两个密封平面靠高精度的表面加工质 量、严格控制其平面度及表面粗糙度，来达到优良 的密封效果。这两个金属环是靠两个O形橡胶供能 圈固定在牙轮和牙掌密封面上，借助弹性好、压缩 永久变形小的橡胶圈，产生压缩和拉伸变形，给金 属环以轴向压力，这个压力可以保证两个高耐磨金 属环的密封面经常接触。即使金属环磨损后，橡胶 圈仍可靠其弹力继续压紧两个金属环，实现面密封 和动密封。
1.1.2、切削结构：牙轮和牙齿（续）
钢齿形状多为楔形，为了加强钻头保径， 外排齿往往设计成“T”、“L”、“Π”形，为 克服钢齿在破碎时易磨损的缺点，需要在牙 齿的工作面及背锥面敷焊耐磨材料。
1.1.3、轴承结构
牙轮钻头轴承由牙轮内孔、牙掌轴颈、锁 紧元件等组成。轴承副有大、中、小轴和止推 面等四个，大、小轴承受径向载荷，中轴主要 用来锁紧和定位，止推面则承受轴向载荷。 根据轴承副结构，钻头轴承一般分为滚动 和滑动轴承两大类；根据轴承的密封，可分为 密封和非密封（目前我公司还有浮动密封轴 承）。
示
8 1/2HJ537GL钻头
例
8 1/2：钻头直径为8.5英寸（即215.9mm） HJ：滑动轴承金属密封 537：低抗压强度，软到中地层镶齿钻头 G：掌背加强 L：掌背扶正块
谢
谢
1
低抗压强 度高可钻 性的软地 层 高抗压强 度的中到 中硬地层 半研磨性 及研磨性 的硬地层
钢齿 钻头
2
3
321
牙轮钻头磨损分级情况
措施: 1. 选硬型号钻头；齿出露高度低； 2. 合理钻压和转速；使用减震器； 3. 小钻压，低转速，＞６英寸； 4. 规范钻井操作； 5. 调整钻井条件．
３. Balled Up (BU)---泥包
原因: 1. 粘性地层（水解性粘土等）； 2. 水力参数不合理； 3. 喷嘴组合不合理； 4. 操作不当（钻压大，井眼清洗）； 5. 钻头选型不合理；泥浆性能不佳．
21. Self Sharpening Wear (SS)---齿自锐磨损
原因: 1. 选型不合理－钻头偏软； 2. 钻头齿硬耐磨保护层磨损过快； 3. 钻头钻入研磨性地层．
措施: 1. 选硬型号钻头；耐磨损齿； 2. 加强齿耐磨保护层的耐磨性； 3. 缩短钻头在研磨性地层工作时间．
22. Tracking (TR)---跟踪破碎坑
18. Plugged Nozzle (PN)---堵喷嘴
原因: 1. 未开泵，钻头冲入沉砂，软地层； 2. 泵入外来材料； 3. 接单根时地层碎块进入喷嘴； 4. 钻具内的渣滓堆积在喷嘴部位； 5. 水力清洗不好．
措施: 1. 规范钻井操作； 2. 使用钻具滤清器； 3. 钻具中使用单流阀； 4. 把入井钻具通径； 5. 改善水力清洗．
19. Rounded Gauge (RG)---保径被磨圆
原因: 1. 选型不合理－钻头偏软； 2. 在研磨性地层划眼井段过长； 3. 钻头转速过高； 4. 钻头偏心磨损．
措施: 1. 选硬型号钻头；耐磨损齿； 2. 用小钻压，低转速划眼； 3. 钻头转速与所钻地层匹配； 4. 减少钻头工作时间，加强钻头保径．
措施: 1. 选合适型号钻头，减少密封失效； 2. 小钻压，低转速划眼； 3. 选择合适的装卸器和装卸技术； 4. 套管通径； 5. 规范钻井操作．
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。
钻头失效形式与失效原因分析07资料
钻
头
失
产品质量
效
主
要
使用方式
因
素
误操作
三牙轮钻头失效形式与失效原因分析
喷嘴冲蚀
重复使用碳化钨喷嘴，这种情况经常出现。如果一个或多个喷嘴 被堵死，那么未被堵死的喷嘴很可能由于下列原因而冲蚀：
1、泥浆中含沙量过高 ; 2、相对喷嘴尺寸喷速太高。如果喷嘴取下再用，其内径很可能冲 大或喷嘴入口冲蚀。
表现：钻速逐渐变慢直至起钻，如果不起钻强行钻进将磨损胎 体导致钻头报废
应对措施：低转速高钻压；采用大排量携岩，防止因携岩不充 分导致二次磨损；选择布齿密度高的钻头、抗研磨性强的进口 复合片
冲击损毁（脱层、断齿、碎裂）
冲击损毁（脱层、断齿、碎裂）
损坏原因：PDC复合片因受到过大的冲击载荷而导致的损坏方式。 过大的冲击载荷来自两方面，一是地层中的硬质点，如砾石层， 铁矿石等硬夹层，二是操作过程中钻具组合和参数不当，致使 憋钻和跳钻。在延长组的砾石、石盒子组杂色硬质泥岩中使用 的钻头多出现冲击损坏。
齿折断、碎裂
对于镶齿： 1、选型错误； 2、轴承失效，牙轮打架； 3、牙齿与齿孔配合不当, 牙齿可以在齿孔中转动导致断齿； 4、合金齿有缺陷； 5、钻压和/或转速太高； 6、下钻时碰撞井壁台肩或井底； 7、井底有落物；
外径磨损
外径磨损是指保径区域的 外部磨损；原因与地层的 研磨性，钻头型号和钻井 参数有关。
牙掌折断
由于钻头通过小井眼，受井壁侧向力作用，在掌背磨损后，牙 掌所受的弯矩过大，掌背与井壁摩擦产生的热裂纹等是造成牙掌 折断的原因。
掉齿/牙齿松动
多数情况下是因为齿和齿孔 之间固齿力不够，牙轮壳体冲蚀 也会导致牙齿松动掉齿。有时是 因为牙轮钢材太软（牙轮未经过 适当的热处理），固齿力不足。
牙轮钻头磨损评定方法
牙轮钻头磨损评定方法SY 5415—91牙轮钻头磨损评定方法1主题内容与适用范围本标准规定了牙轮钻头磨损类别及分级、特征及代号、测量方法及描述。
本标准适用于石油钻井用牙轮钻头磨损分级。
2磨损类别及分级2.1牙齿磨损对于铣齿钻头和镶齿钻头的牙齿磨损，均以旧钻头与新钻头齿高磨损比值和总齿数比值的八分之几的数值来描述钻头牙齿磨损程度。
2.1.1铣齿钻头：是以齿被磨去的高度与新齿高度的比值作为定级依据。
齿高磨损比值按（1）式计算：C1=8（H1-H2）/H1 (1)式中：C1——齿高磨损比值；H1——与磨损牙轮对应齿排新钻头齿高平均数，mm；H2——磨损最严重牙轮上某排齿高的算术平均数，mm；2.1.2镶齿钻头：是以旧钻头上脱落、折断总齿数与新钻头总齿数（不包括背锥齿）的比值作为定级依据。
钻头脱落、折断总齿数比值按2）式计算：C2=8N2/N1 (2)式中：C2——脱落、折断总齿数比值；N2——旧钻头缺少的齿数，个；N1——新钻头总齿数，个。
2.1.3牙齿磨损分级：牙齿磨损分为8级，见表1。
表1齿高磨损比值＞0＞1/8＞2/8＞3/8 ＞4/8 ＞5/8＞6/8＞7/8 （掉断齿数比）0≤1/8 ≤2/8≤3/8≤4/8≤5/8≤6/8≤7/8≤8/8（＞0（＞1（＞2（＞3（＞4 （＞5（＞6（＞7 C1或C2 0≤1）≤2）≤3）≤4）≤5）≤6）≤7）≤8）牙齿磨损分级0 1 2 3 4 5 6 7 82.2轴承磨损对于滚动和滑动轴承的磨损，均以旧钻头已用轴承寿命与该钻头可用轴承寿命的比值的八分之几的数值为轴承磨损定级依据。
轴承寿命比值按（3）、（4）式计算：Z=8T2/T1 (3)N B W BT1=( )B1.( )B2.T B (4)N S W S式中：Z_——轴承寿命比值；T2——在N S和W S下已用去的轴承寿命，h；T1——在N S和W S下的轴承寿命，h；N S——旧钻头实际转速，r/min；W S——旧钻头实际钻压，kN；N B——统计的标准转速，r/min；W B——统计的标准钻压，kN；T B——在N B、W B参数下统计的轴承寿命，h；B1、B1——轴承磨损指数，详见表2。
牙轮钻头产品简介2012.2.1
12 1/4
SGT115GW SGT125GW SGT135G SGT435G SGT515G SGT535G
13 5/8
SGT115GW SG125GW SGT435G SGT515G
16
SGT115GW
17 1/2 SGT115GW SG125G SG135G SGT435G SGT515G SGT525G SGT535G SGT545
在中低钻压下能实现较高转速，适合软到中软地层钻进。
S（T）系列滚动轴承橡胶密封三牙轮钻头尺寸、型号及推荐参数
尺寸（in）
型号
5 7/8
S214
7 1/2
S124C S134C S244C
7 7/8
S124 S124 S134
8 3/8
S215
8 1/2
S124W S134
9 1/2
S124G
9 5/8
采用高精度配合的径向滑动、两道止推轴承，钢球锁紧。牙爪大轴颈和二止面焊有耐磨合金、牙 轮大孔和二止面镶嵌特殊合金并镀银，增加轴承副的耐磨性和抗咬合能力，提高轴承副适应高转速的 能力。 密封润滑：
采用多重保径结构：牙轮外排镶修边齿（GT 齿），轮背和 爪背都镶有硬质合金齿，加强爪尖及前侧敷焊，大大提高了钻 头的保径能力。
3
轴承结构： 为了使钻头适应较高转速钻进，采用径向滚动轴承。钢球锁紧牙轮，优化牙爪和牙轮 R 槽尺寸
和钢球配合间隙，把井下掉牙轮事故几率降至最低。 密封润滑：
轴承密封选用“O”形高性能氢化丁氰胶密封圈，最佳密封压缩量，弧形密封结构，有效地提高 了轴承密封的性能。采用进口钻头专用润滑脂。 产品适用
轴承密封选用“O”形高性能氢化丁氰胶密封圈，最佳密封压缩量，弧形密封结构，有效地提高 了轴承密封的性能。采用进口钻头专用润滑脂。
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。
钻井机具《钻头的认识与使用 》
三牙轮钻头的认识与使用钻井公司李卫岭三牙轮钻头的认识与使用一、钻头的分类二、三牙轮钻头的认识二三牙轮钻头的认识三、钻头的使用和优选三钻头的使用和优选四、钻头失效分析四钻头失效分析目前石油钻井中使用的钻头分为刮刀钻头目前石油钻井中使用的钻头分为刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头三大类型。
牙轮钻头金刚石钻头三大类型河南油田所使用的钻进钻头主要是牙轮钻头和少量的金刚石复合片－－－PDC钻头。
刮刀钻头已淘汰不用。
刮刀钻头刮刀钻头有双翼刮刀、三翼刮刀、四翼刮刀之分，最常见的为三翼刮刀钻头的为三翼刮刀钻头。
牙轮钻头牙轮钻头按牙轮数目分有单牙轮钻头、双牙轮钻头、三牙轮钻头、多牙轮钻头。
最常见的为三牙轮钻头。
轮钻头多牙轮钻头最常见的为三牙轮钻头金刚石钻头金刚石钻头按金刚石来源分为天然金刚石钻头、人造金刚石钻头两大类。
石钻头两大类三牙轮钻头的认识与使用一、钻头的分类二、三牙轮钻头的认识二三牙轮钻头的认识三、牙轮钻头使用和优选三牙轮钻头使用和优选四、钻头失效分析四钻头失效分析二二、三牙轮钻头的认识钻头结构钻头认识工作原理二、三牙轮钻头的认识牙轮钻头主要有巴掌、轴承、牙轮、水眼、储油系统等部分组成。
部分组成二二、三牙轮钻头的认识三牙轮钻头结构牙轮钻头结构轴承结构切削结构储油系统钻头喷嘴㈠牙轮钻头的结构1、轴承结构：钻头轴承有三种：滚动轴承、滑动轴承、卡簧滑动轴承。
卡簧滑动轴承是主要为国外厂家产品，国内牙轮钻头的轴承绝大多数只有滚动轴承和滑动轴承二种。
轴承二种㈠牙轮钻头的结构1、轴承结构㈠牙轮钻头的结构1、轴承结构问题：GA114、HJT517G钻头的轴承属于哪种？二二、三牙轮钻头的认识三牙轮钻头结构牙轮钻头结构轴承结构切削结构储油系统钻头喷嘴㈠牙轮钻头的结构2、切削结构-----牙轮与牙齿牙轮是一个锥体，分为单锥和复锥两种。
单锥由主锥和背组成，单锥牙轮在井底的运动为纯滚动，适应于硬地层钻井；复锥由主锥、副锥和背锥三部分组成，这种牙轮在井底工作除了滚动外，还产生滑动，适应于较软地层钻井。
江钻牙轮钻头简介
一、江钻油用牙轮钻头型号介绍1、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。
2、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 个标准系列和一个"王者之风"E系列钻头新产品。
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。
油用钻头系列主要有以下标准系列和新品E系列：3、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。
4、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见下表：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。
油用浅井牙轮钻头油用浅井牙轮钻头由上海江钻生产，钻头品种齐全，现有从8 1/2″--26″的3个标准系列的近200个品种，其中8 1/2″--12 1/4″适用于2000米以上浅部地层，13 5/8″--26″可适用于极软到极硬的各类不同地层。
油用浅井牙轮钻头型号介绍1、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。
2、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3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。
油用浅井牙轮钻头系列：江汉三牙轮钻头结构特点如下表：二、江汉三牙轮钻头介绍1、HJ系列三牙轮钻头2、HA系列三牙轮钻头结构特点：1、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。
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
牙轮钻头型号特征与失效形式介绍
钻头附加结构特征代号
代号 C H E G L Y K X J 附加结构特征 中心喷嘴 金刚石保径 加长喷嘴座 掌背强化 掌背扶正块 圆锥形齿 宽顶勺形齿 椭圆截面楔形齿 高效射流喷嘴座
示例： 1/2HJT537GL钻头 示例：8 1/2HJT537GL钻头 钻头直径为8.5英寸（ 215.9mm） 8.5英寸 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； HJT:滑动轴承金属密封、特别保径； 滑动轴承金属密封 537:低抗压强度，软至中地层镶齿钻头； 537:低抗压强度，软至中地层镶齿钻头； 低抗压强度 掌背镶齿强化保径； G: 掌背镶齿强化保径； 掌背扶正块镶齿强化保径与扶正。 L: 掌背扶正块镶齿强化保径与扶正。
8、齿槽磨损
当牙轮轴承失效后， 当牙轮轴承失效后， 与另一个或两个牙轮的齿 以及齿槽接触， 以及齿槽接触，造成齿槽 磨损。 磨损。齿槽磨损往往使壳 体表面产生龟裂。 体表面产生龟裂。 严重的井壁缩径有时 也会导致一个牙轮的齿以 另外的牙轮齿槽接触， 另外的牙轮齿槽接触，造 成齿槽磨损。 成齿槽磨损。
普光 1 井
普光 7 井
1912.84— 1912.84 2432.11
519.2
7
357.59
74.18
51.08
1.45
3、可提供的尺寸和型号 钻头尺寸范围： 1/2″1/2″； 钻头尺寸范围：6 1/2″-17 1/2″； 型号：IADC为517和537型号钻头后附加GK特征。 型号：IADC为517和537型号钻头后附加GK特征。 型号钻头后附加GK特征 4、钻头的使用参数 钻压：0.35～ mm钻头直径 钻头直径（ 钻压：0.35～1.05KN/ mm钻头直径（塑性地层推荐 0.65～ mm钻头直径 钻头直径） 0.65～1.05KN/ mm钻头直径） 转速：40～220转 转速：40～220转/分（塑性地层推荐50～80转/分） 塑性地层推荐50～80转 50
三牙轮钻头的失效分析
三牙轮钻头的失效分析童永安（首钢岷山机械厂，甘肃天水７４１０００）摘要：结合三牙轮钻头破岩机理，作了钻头的失效分析。
认为：止推面失效机理为冲击疲劳，轴承部位失效则是热疲劳，造成的主要原因是该部位强度和硬度较低。
对合金齿脱落、断裂和磨损３种失效形式的分析认为，冲击剥落、磨粒磨损、冲击疲劳和冲击热疲劳等交叠作用是导致合金齿失效的原因。
关键词：牙轮钻头；硬质合金齿；失效分析；裂纹；断裂中图分类号：Ｐ６３４．４文献标识码：Ａ１三牙轮钻头产品简介三牙轮钻头是广泛用于石油、天然气的勘探、开采及铁矿、有色金属矿山钻凿炮眼等地矿工程的系列工具钻头，其设计结构主要由主体、牙轮、牙爪和轴承等部分组成。
其中主体主要用来连接牙爪与钻柱，牙爪用来支撑牙轮，牙轮是破碎岩石的部件，牙轮上合金齿是破碎井底岩石的工作刃，轴承由牙轮内腔，牙爪轴颈和滚动体组成，结构示意图见图１。
２三牙轮钻头工作原理的分析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。
冲击回转钻进对不同岩性的岩层有不同的主要破碎手段。
当钻进脆性岩石时，主要利用冲击动载荷破碎岩石，瞬间产生的极大冲击力使岩石局部区域应力高度集中，来不及向周围岩石传递，当作用力达到岩石的弹性极限时就破碎。
同时回转力对凸起的岩石又产生了剪切作用，使岩石剪切分离并被碾碎。
但当钻头钻进塑性岩石时，上述效应就不明显，冲击功大部分消耗在岩石的塑性变形上，而剪切力此时就起主要作用。
冲击回转钻进是斜冲击破碎岩石。
由于钻头合金齿同时存在两个方向的运动，这就形成了切削刃总是与岩石表面成某一角度切入岩石。
角度的选择影响着破岩效果。
３钻头本体失效分析３．１钻头止推面失效分析牙轮与牙爪接触的止推面，主要承受撞击作用，宏观表现形式主要是表面下凹。
失效类型以冲击疲劳为主。
在实际工作中，牙轮与牙爪止推面的接触表面不可能全面接触，接触面上的作用力方向也不一定与二者的轴线重合，所以必然存在偏心撞击并使接触面的局部应力集中产生塑性变形。
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。
牙轮钻头产品知识
钻头产品知识一、常用钻头种类1、概述(1) 钻头类型：*按结构及工作原理分类: 刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头*按功能分类: 全面钻进钻头、取芯钻头、扩眼钻头(2) 钻头尺寸系列: 3-3/4 -- 362、钻头的工作指标：钻头进尺：在钻头寿命内，其钻进的井段长度，单位为m；钻头工作寿命：在整个使用过程中，钻头在井下的纯钻进时间(包括划眼——在已钻出的井眼内旋转送钻、修整井壁的过程)，单位为h机械钻速：用钻头的进尺除以纯钻进时间，即单位纯钻进时间的钻头进尺，表示钻头破碎岩石的能力和效率，单位为m／h。
钻头的工作指标：单位进尺成本—每米钻井成本二、刮刀钻头1、刮刀钻头的结构:上钻头体、下钻头体、刀翼、水眼两刀翼的称作两刮刀钻头三刀翼的称作三刮刀钻头四刀翼的称作四刮刀钻头刮刀钻头刀翼底部形状a.平底b. 正阶梯c. 反阶梯d. 反锥形2、工作原理：工作时其刀翼在钻压作用下吃入岩石，并在扭矩作用下剪切破碎岩石。
破岩方式：以刮削、挤压和剪切为主要破岩方式适用地层：松软地层3、刮刀钻头的应用：刮刀钻头制造工艺简单、成本低；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；刮刀钻头目前逐渐被PDC钻头取代。
三、三牙轮钻头1、三牙轮钻头的分类：钢齿（铣齿）三牙轮钻头，镶齿三牙轮钻头2、三牙轮钻头的工作原理：牙轮钻头在钻压和钻柱旋转的作用下，牙齿压碎并吃入岩石，同时产生一定的滑动而剪切岩石。
当牙轮在井底滚动时，牙轮上的牙齿依次冲击、压入地层，这个作用可以将井底岩石压碎一部分，同时靠牙轮滑动带来的剪切作用削掉牙齿间残留的另一部分岩石，使井底岩石全面破碎，井眼得以延伸。
3、三牙轮钻头在井底的运动钻头公转：牙轮随钻头一起旋转钻头自转：牙轮绕牙轮轴线逆时针方向旋转（1.5倍）钻头的纵振：牙轮在滚动过程，其中心上下波动，使钻头做上下往复运动。
牙轮钻头
三牙轮钻头
a.钻头体与巴掌
钻头体上部车有螺纹与钻具相连，下部 带有三个巴掌与牙轮的轴颈相连，起支撑牙 轮的作用。钻头体的底端中部镶焊水眼板或 安装喷嘴。根据钻头体与巴掌的连接情况可 将其分为有体式和无体式钻头。
有体式钻头是钻头体与巴掌分别制造， 然后将巴掌焊接在钻头体下侧的钻头。该种 钻头直径一般在 346mm以上，其上部螺纹绝 大多数为内螺纹。无体式钻头是巴掌与三分 之一钻头体做成一体，然后将加工好并装接 上牙轮的三部分合焊起来的钻头。该钻头直 径一般在311mm以下，其上部绝大多数为外 螺纹。
(d)滑动 为了适应破碎不同岩石的需要，在钻头工 作时，使其产生一定的滑动。钻头的滑动就是牙 轮的滑动。通常情况下，软地层钻进时钻头具有 较大的滑动量；在硬地层及高研磨性地层钻进时， 所用钻头其滑动量要尽量减小，以避免牙齿的迅 速磨损。 钻头在井底工作时，上述四种运动同时产生， 钻头的运动是上述四种运动的复合运动。
齿 加快钻速，宽度要小些；硬地层为保证强 度，宽度要大些。同时，还要根据钻头大 小而定，一般小钻头齿尖宽度为0．75－ 1mm；大钻头齿尖宽度为2mm。
牙齿的排布方式。牙齿在轮壳上的排 列布臵方式是影响钻进效率的重要因素。 布齿时首先保证钻头每转一圈牙齿全部破 碎井底，不留下未被破碎的凸起部分。根 据岩性不同牙轮上 齿圈的排列有自洗式和 非自洗式。
软及中硬地层中钻进，要求牙轮钻头 具有更大的滑动量以提高破岩效率。在设计 制造牙轮钻头时，通常采用具有超顶、复锥、 移轴结构的牙轮钻头以增大钻头在井底工作 时的滑动量。
超顶
所谓牙轮钻头的超顶是指牙轮的锥顶超 过钻头中心的现象。锥顶超过钻头中心的距 离叫做超顶距。牙轮的超顶距越大，钻头的 滑动剪切作用也越大。
复锥
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J高效射流钻头水力系统分析
水孔倾斜角度大，泥浆射流紧贴牙轮齿尖，到达 井底靠近井筒的交接处。目的是在清洗牙轮的同时， 通过井壁的阻挡作用，反向冲洗井底，达到更好的 洗井效果。
该种水孔的布置方法与传统方法明显不同，具有 显而易见的优势。J高效喷射钻头在设计的过程中 利用这种思想，达到提高机械钻速的目的。
二、GK宽齿钻头
1、结构特点： 1）采用宽顶勺形齿为主切削齿， 提高了牙齿的井底破碎体积和井 底覆盖率； 2）同时在钻头设计中采用优化 的钻头结构参数，提高牙齿在井 底的剪切滑移距离，可增大钻头 对塑性岩石的破碎体积功。
宽齿钻头
宽齿钻头与常规钻头井底仿真对比图
宽齿钻头井底仿真图 常规钻头井底仿真图
0.65～1.05KN/ mm钻头直径） 转速：40～220转/分（塑性地层推荐50～80转/分）
三、J高效射流钻头
该类型钻头运用新型定向喷射理论，对钻头的 水力系统进行了全新的设计。通过对水孔喷射角η、 水孔座偏距Hm、水孔座中心线偏角Qw的优化， 增大了泥浆在井底的横流效果，对于清洗井底和 提高钻头的机械钻速将起到良好的作用。
2571912.84 519.2 7 357.59 74.18 51.08 1.45 HJT537G
—
K
2432.11
3、可提供的尺寸和型号 钻头尺寸范围：6 1/2″-17 1/2″； 型号：IADC为517和537型号钻头后附加GK特征。
4、钻头的使用参数 钻压：0.35～1.05KN/ mm钻头直径（塑性地层推荐
2、使用情况
普光1井与普光7井下沙溪庙井段技术指标对比
井号
普光 1井
普光 7井
地层： 下沙溪庙
总 进 尺
钻 头 总纯钻 数 时间 量
单只 平均 进尺
单只 平均 纯钻 时间
平均 机械 钻速
钻头 型号
1975.88 600.5 20 962.67 30.03 48.13 0.62 HJ537
—
HJT537(
FJS GAS GJS
8 滑动轴承橡胶密封单 YA 牙轮钻头
9 滑动轴承橡胶密封强 YC 化型单牙轮钻头
钻头附加结构特征代号
代号 C H E G L Y K X J
附加结构特征 中心喷嘴 金刚石保径 加长喷嘴座 掌背强化 掌背扶正块 圆锥形齿 宽顶勺形齿
椭圆截面楔形齿 高效射流喷嘴座
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: 掌背镶齿强化保径； L: 掌背扶正块镶齿强化保径与扶正。
江汉牙轮钻头特征 与失效形式介绍
2006年6月
内容
一、江汉牙轮钻头特征介绍 二、GK宽齿钻头 三、J高效射流钻头 四、IADC三牙轮钻头磨损分级标准 五、典型失效形式分析
一、江汉牙轮钻头型号介绍
江汉牙轮钻头型号由四部分组成：
直径代号 8 1/2
系列代号 HJT
分类号 517
附加特征代号 GH
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
GJ
7
非密封滚动轴承
W
FJT GAT GJT
四、IADC三牙轮钻头磨损分级标准
钻头磨损情况表示方法示例：
镶齿钻头钝化特征记录表：
I OD L BGOR 2 8 BT H E I WT PR
上表为：内排齿损坏1/4；外排齿已全部失效；主 要钝化特征是断齿，位置在外排齿位置；密封有效； 钻头直径未磨损；牙齿磨损；因机械钻速低而起钻。
钢齿钻头钝化特征记录表：
2、掌尖冲蚀
掌尖碳化钨敷层脱 落部位, 往往偏向 于大喷嘴和斜喷 嘴侧, 在喷射方向 的掌尖易被冲蚀, 掌尖冲蚀会影响 轴承密封圈寿命。
3、流道冲蚀
流道冲蚀多发生在喷嘴座入口处以 及喷嘴座台肩处，原因如下：
1、由于泥浆中固相含量高，泥浆 排量大，喷嘴座入口泥浆流速高；使 用组合喷嘴，尤其采用双喷嘴组合， 安装大喷嘴的流道入口易冲蚀；
•钻头直径代号用英寸数字表示，如8 ½； •系列代号按其轴承与密封主要结构，分为9个标准系列，如HJT； •分类号由三位数字组成，首位为切削结构、第二位为地层分级号， 第三位为钻头结构特征代号，如517； •附加结构特征代号为满足钻井及地层特殊需要，在分类号后加附加 结构特征，用字母表示，如GH。
钻头系列代号
1、如果喷嘴座未发生冲蚀就掉 喷嘴，则可能是卡簧未装好或是 卡簧有缺陷，以及井底腐蚀性气 氛导致卡簧碎裂；
2、喷嘴座冲蚀掉喷嘴，则可能 是喷嘴与喷嘴座内孔之间径向间 隙大。或是O形密封圈安装时发生 扭转或剪切，密封槽内有杂物， 有时也可能没有装密封圈。
内没有造成非预料后果的失效属正常失效， 相反为非正常失效或早期失效。 钻头失效形式较多，下面对常见的18种 失效情况进行介绍：
1、牙轮冲蚀
泥浆中固相含量过高、 排量大,尤其是采用组合 喷嘴,使用大孔径喷嘴,其 喷射角大, 以及安装斜喷 嘴都会造成牙轮冲蚀。 牙轮壳体被冲蚀后, 在齿 根周围壳体形成环行槽, 大多会造成牙齿的折断、 脱落或转动。
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
2、如果使用入口端已冲蚀或缺损 的硬质合金喷嘴, 喷嘴座台肩容易被 冲蚀或刺穿；
3、喷嘴与喷嘴座台肩间的间隙过 大，易产生涡流，造成喷嘴座冲蚀、 刺穿；
4、喷嘴座入口流型不好，钻头流 道截面变化速率大，不能适应高速液 流。
4、掉喷嘴
喷嘴座冲蚀、掉卡簧、密封失 效, 都会导致掉喷嘴。引起掉喷嘴 的原因是：