牙轮钻头型号特征与失效形式介绍
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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
适应低抗压强度、高可钻性的软至中软地层， 如页岩、粘土、砂岩、软石灰岩等地层及高密度 泥浆与深井。
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。
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(
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。
2576.40
G)
SH33RG
1912.84 519.2 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
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：
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：
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
•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
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。
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。
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；
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。
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。
Hale Waihona Puke Baidu
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
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
适应低抗压强度、高可钻性的软至中软地层， 如页岩、粘土、砂岩、软石灰岩等地层及高密度 泥浆与深井。
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。
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(
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。
2576.40
G)
SH33RG
1912.84 519.2 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
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：
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：
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
•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
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。
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。
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；
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。
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。
Hale Waihona Puke Baidu
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