石油钻井 钻头介绍
pdc钻头
PDC钻头1. 简介PDC钻头是一种常用于石油钻井的钻探工具。
PDC钻头由多个聚晶体金刚石（Polycrystalline Diamond Compact）切削元件组成，被广泛应用于地层钻探、岩石切割和石油开采中。
本文将介绍PDC钻头的结构、原理以及应用领域。
2. 结构PDC钻头主要由刀翼、钻头体和连接部分组成。
2.1 刀翼刀翼是PDC钻头的重要组成部分，通常由金刚石切削元件制成。
刀翼的数量、形状和布局对钻头的钻井性能和钻孔质量起着重要作用。
刀翼一般采用均匀分布的方式，以保证钻头在钻井过程中的均匀磨损。
2.2 钻头体钻头体是连接刀翼和连接部分的主要结构，通常由钢铁材料制成。
钻头体的设计需要考虑到钻井环境、井眼尺寸和钻头的稳定性等因素。
钻头体一般具有良好的强度和刚度，以确保钻头在高强度的钻井过程中不会发生变形或破损。
2.3 连接部分连接部分是将钻头与钻杆连接在一起的部分，通常采用标准的API连接方式。
连接部分需要具有良好的密封性和承载能力，以确保钻头和钻杆之间的传递力矩和转速。
3. 原理PDC钻头通过刀翼上的金刚石切削元件对地层进行切削和磨损，从而实现钻井的目的。
PDC钻头利用金刚石的高硬度和强大的切削能力，能够在岩石中快速切削并形成孔道。
PDC钻头的切削原理主要有两种：剪切和破碎。
3.1 剪切剪切是PDC钻头常用的切削方式之一。
当PDC钻头旋转时，刀翼上的金刚石切削元件与地层接触，通过相对运动切削地层。
金刚石的高硬度和切削元件的锋利边缘使得PDC钻头能够在地层中形成清晰而平滑的孔道。
3.2 破碎破碎是PDC钻头另一种常用的切削方式。
当地层硬度较高时，剪切切削效果可能不佳。
此时，PDC钻头通过施加较大的冲击力将地层破碎，进而形成孔道。
4. 应用领域PDC钻头广泛应用于石油、天然气和水井钻探领域。
其高效的切削能力和稳定的性能使其成为钻井操作中的重要工具。
4.1 石油钻井在石油钻井中，PDC钻头常用于垂直井、水平井和定向井的钻铤作业。
石油钻井设备与工具钻头选型
03 钻头选型原则
钻头类型及特点
牙轮钻头：适用于不同地层，具有较高的破碎率和钻速 刮刀钻头：适用于软到中硬地层，具有较高的进尺和较低的钻压 PDC钻头：适用于中硬到硬地层，具有较高的钻速和较低的钻压 复合片钻头：适用于硬到坚硬地层，具有较高的破碎率和较低的钻压
钻头选型依据
钻井目的：明确钻井的目的和需求，选择合适的钻头类型。
优缺点：刮刀钻头具有结构简单、 工作可靠、成本低等优点，但钻速 较低
三牙轮钻头
结构特点：由 三个牙轮、轴 承、喷嘴、牙 掌、牙轮罩等
组成
工作原理：三 个牙轮围绕中 心轴旋转，通 过滚动摩擦力
破碎岩石
应用范围：适 用于软到中硬 地层的钻井作
业
优点：钻速高、 进尺多、钻头 寿命长、轴承 使用寿命长、
可靠性高
钻头维护与保养
定期检查钻头磨损情况 及时更换磨损严重的钻头 对钻头进行清洗和润滑 存放时避免阳光直射和潮湿环境
06
案例分析：不同地层条 件下的钻头选型
砂岩地层条件下的钻头选型
砂岩地层的特性： 砂岩地层主要由 砂粒组成，具有 较高的硬度和脆 性。
钻头选型要点： 针对砂岩地层的 特性，选择具有 较高硬度和抗冲 击能力的钻头， 以适应砂岩地层 的硬度变化。
钻杆：连接钻头和钻机的管道，用于输 送钻井液和岩屑
钻头：用于破碎岩石，形成井眼
钻井液：用于冷却钻头、携带岩屑、保 护井壁等
固井设备：用于将水泥浆注入井筒，固 结井壁，防止油气水倒流
井口装置：用于控制井口压力、温度等 参数，保证钻井安全
石油钻井设备发展趋势
自动化和智能化： 随着技术的不断 发展，石油钻井 设备正朝着自动 化和智能化的方 向发展，提高钻 井效率和安全性。
1美国Strata钻头有限公司几种油井钻头介绍_吴文嫒
开有 较 大 的 长 槽水
口T
、
口
。
F
。
、
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对 油 基 泥 浆系 统 是 唯 一 合 适
一
的水 眼
故P D
。
1 型 钻 头 配 合 油 基 泥 浆应 用 3
,
于 软一 中 硬 地 层 钻 进 经 济效果 七
. 、
取 得 高的 钻 进 效 率 和
:
PD 一 5 1 型 钻 头 (圈 8 )
它 是 S tr a ta
以上
。
。呱
为 了控 制 孔 斜
。 .
,
PD
一3
型 钻头 采
,
图 4
PO 一 1
型 钻头
用 非 锥形 的 断 面
在 中硬 地 层 钻 进
:
它能 与
矿 山 金 刚 石钻 头 相 比 六
、
P O 一 孔 型 钻 头 (圈 7 )
。
该钻 头 特 点
是焊接 一个 钢质衬 套
为了 方 便 排 除 岩 屑
该 钻 头 有较 大 的 排 水
º
PD C PD C
J
A P I标准接头螺纹
图 3
St r a t
a
正 确的 利用 水力 学原理
,
能提 高钻进 速
二
、
水 眼螺 纹 联 接 式
度
用
,
保 证 孔 底 清 洁 以 及 防 l仁 钻头 泥 包 等 作 爪钻 头 面 仁侮 平 方 英 寸 的 水 马 力 最 优 范
.
能 在 现 场 方便 地 更 换
。
电
震
,
放 射性
息
域
石油钻井基础知识关键点讲解
二十九、尾管固井法 尾管固井是在上部已下有套管的井内，
只对下部新钻出的裸眼井段下套管注水泥 进行封固的固井方法。 尾管有三种固定方 法：尾管座于井底法；水泥环悬挂法；尾 管悬挂器悬挂法。
三十、试油 在钻井发现油、气层后，还需要使
油、气层中的油、气流从井底流到地面， 并经过测试而取得油、气层产量、压力 等动态资料，以及油、气、水性质等工 作，称做试油(气)。
八、预测和监测地层压力的方法 (1)钻井前，采用地震法；(2)钻井中，
采用机械钻速法，d、dc指数法，页岩密 度法；(3)完井后，采用密度测井，声波 时差测井，试油测试等方法。
九、钻井液静液压力和钻井中变化 静液压力，是由钻井液本身重量引起
的压力。 钻井中变化，岩屑的进入会增 加液柱压力，油、气水侵会降低静液压力， 井内钻井液液面下降会降低静液压力。 防止钻井液静液压力变化的方法有：有效 地净化钻井液；起钻及时灌满钻井液。
五、常用的钻井液净化设备 常用的钻井液净化设备：(1)振动筛，
作用是清除大于筛孔尺寸的砂粒；(2)旋 流分离器，作用是清除小于振动筛筛孔尺 寸的颗粒；(3)螺杆式离心分离机，作用 是回收重晶石，分离粘土颗粒；(4)筛筒 式离心分离机，作用是回收重晶石。
六、钻井中钻井液的循环程序 钻井 液罐 经泵→地面 管汇→立管
石油钻井基础知识 关键点讲解
一、钻头 钻头主要分为：刮刀钻头；牙轮钻头；
金刚石钻头；硬质合金钻头；特种钻头等。 衡量钻头的主要指标是：钻头进尺和机械 钻速。
二、钻机八大件 钻机八大件是指：井架、天车、游
动滑车、大钩、水龙头、绞车、转盘、 泥浆泵。
三、钻柱组成及其作用 钻柱通常的组成部分有：钻头、钻铤、
二十、钻井事故 是指由于检查不周、违章操作、处
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。
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；
钻头知识
钻头科普知识1、钻头分类、各自主要用途、特点；分类：目前石油钻井中使用的钻头主要有三类，即牙轮钻头，金刚石材料钻头及刮刀钻头。
金刚石材料钻头按破岩原件材料分为天然金刚石钻头，聚晶金刚石复合片钻头（简称PDC钻头）以及热稳定性聚晶金刚石钻头（简称TSP钻头）聚晶金刚石钻头按照切削齿的形状不同又可分为圆柱聚晶金刚石钻头或三角聚晶金刚石钻头；TSP钻头亦可分为圆柱TSP钻头和三角TSP钻头。
PDC钻头按钻头冠材料和切削齿结构划分又可分为胎体PDC钻头和钢体PDC钻头两类。
用途：在油用钻头中按主要用途分有以下几类：全面钻进钻头（常规钻头）造斜钻头：用于造斜段井位，钻头保径段较短小取芯钻头：用于取芯，根据内外径的不同配备不同的取芯工具双芯扩眼钻头：分领眼钻头与扩眼钻头两部分2、钻头型号示意；8.附加说明7.设计分类号6.钻头头型5.刀翼数量4. PDC 齿的直径3.钻头用途2.钻头类型钻头直径1. 第一字段为阿拉伯数字表示钻头直径，可以用英寸和毫米表示，前面的阿拉伯数字表示钻头外径（双芯钻头表示钻头通径），后面的阿拉伯数字表示钻头内径（非取芯钻头省略）。
2.第二字段为一个英文字母，表示钻头类型（包括冠体材料和切削齿）。
字母钻头类型M 胎体式PDC钻头S 钢体式PDC钻头N 胎体式天然金刚石钻头C 胎体式人造圆柱聚晶金刚石钻头T 胎体式人造三角聚晶金刚石钻头I 胎体式孕镶人造单晶金刚石钻头3.第三字段为一个英文字母，表示钻头用途。
字母钻头用途D 钻进（Drill）钻头C 取芯(Core)钻头B 双(Bi-)心钻头4.第四字段为一个阿拉伯数字，表示PDC 齿的直径。
数字PDC 齿的直径0 10mm以下Less than 10mm1 10mm2 22mm3 13mm6 16mm9 19mm5.第五字段为一个阿拉伯数字，表示钻头的刀翼数量，4表示4个刀翼，5表示5个刀翼，以此类推。
0表示非刀翼式布齿，1表示11个刀翼，2表示12个刀翼和12刀翼以上。
石油钻井之钻头介绍.
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。
三、牙轮钻头 3、牙轮钻头的分类及选用 1）IADC分类及编号 轮钻头生产厂商众多，这些钻头厂商提供了多种类型和结构的钻 头。为了便于牙轮钻头的选择和使用，国际钻井承包商学会（ IADC）制定了全世界统一的牙轮钻头分类标准及编号方法。 IADC规定，每一类钻头用三位数字代表，个数字意义如下： 第一位数字表示牙齿类型及适钻地层： 1- 铣齿，软地层； 2- 铣齿，中到中硬地层； 3- 铣齿，硬、研磨性或半研磨性地层； 4- 备用； 5- 镶齿，软到中等地层； 6- 镶齿，中硬地层； 7- 镶齿，硬、研磨性或半研磨性地层； 8- 镶齿，极硬、高研磨性地层
削软金属。刀片在钻压的作用下
吃入地层，与此同时刀刃前面的 岩石在扭转力的作用下不断产生 塑性流动，井底岩石被层层剥起 。
二、刮刀钻头 刮刀钻头钻进脆性较大的地层时，破碎岩石的过程则分为碰撞 、压碎及小剪切和大剪切三个阶段： （1）碰撞：刃前岩石破碎后，岩石对刀片的扭转阻力减小， 刀片向前推进，碰撞刃前岩石；
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
三、牙轮钻头 1、牙轮钻头的结构 三牙轮钻头的基本结构：
钻头本体：有三片牙掌组装
焊接在一起,上部有连接丝扣。 牙轮：由牙轮体和牙齿组成 锥形的金属体。牙齿分 铣齿和镶齿两种类型
石油钻头资料
石油钻头制造中的技术难点与解决方案
技术难点
• 如何提高钻头的耐磨性和抗腐蚀性能 • 如何保证钻头在高温高压环境下的稳定性和安全性 • 如何提高钻头的制造精度和一致性
解决方案
• 采用高性能材料和先进的热处理工艺 • 优化钻头结构和设计，提高密封性能 • 采用精密加工设备和工艺，提高制造精度
石油钻头制造过程中的质量管理与控制
刮刀钻头
• 主要用于深层石油钻探 • 刮刀钻头具有较强的抗磨损性能 • 适用于地层硬度极高、研磨性强的环境
石油钻头的基本功能与工作原理
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基本功能
• 破碎地层，形成井眼 • 清除井底，保持井眼畅通 • 控制钻进速度，保证钻探安全
工作原理
• 石油钻头通过旋转产生扭矩，破碎地层 • 钻头上的切削齿或刮刀与地层接触，刮削、剪切地层 • 钻进过程中，钻井液循环冷却钻头，携带破碎岩屑
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质量管理
• 建立完善的质量管理体系 • 严格把控原材料的质量 • 严格控制生产工艺和过程
质量控制
• 对钻头进行性能测试和检验 • 对不合格钻头进行修复或报废处理 • 及时收集和分析质量数据，持续改进生产工艺
03
石油钻头的使用与维护
石油钻头的使用方法与注意事项
使用方法
• 根据钻探地层选择合适的钻头类型 • 合理配置钻井液，保证钻头冷却和清洁 • 控制钻进速度，避免钻头过热或磨损过快
石油钻头技术的发展趋势
提高钻头的耐磨性和抗腐蚀性能 发展新型的钻头材料和工艺 提高钻头的智能化和自动化水平
石油钻头市场的竞争格局与机遇
市场竞争格局
• 全球化竞争，市场竞争激烈 • 产品创新和技术升级是竞争的关键 • 品牌和服务成为竞争的重要手段
石油钻井 钻头介绍
五、PDC钻头 1、PDC钻头的工作原理
PDC钻头是以切削方式破碎岩
石。能自锐的切削齿在钻压 的作 用下很容易切入地层，在扭矩的 作用下向前移动剪切岩石。多个 PDC切削齿同时工作，井底岩石 的自由面多，岩石在剪 切作用下 也容易破碎，因此破岩效率高，
钻进速度快。
五、PDC钻头 2、PDC钻头的正确使用
8- 定向井造斜钻头；
9- 其它。
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；
金刚石钻头属于整体式钻头，其结构主要包括钢体、
胎体、水眼及水槽、金刚石等部分。
四、金刚石钻头 金刚石钻头的工作原理： 金刚石钻头钻进时，钻头表面上的 多粒金刚石同时作用于岩石。金刚石破 碎岩石的作用在不同性质的岩石中表现
出不同的特性。在塑性地层（或岩石在
应力作用下呈塑性的地层），金刚石在 钻压的作用下吃入地层并在钻头扭矩的作用下使前方的岩石 发生破碎或塑性流动，该破岩过程类似于"犁地"过程，故称作
高转速的涡轮钻井。
(1)PDC钻头在大段均质的软到中硬地层中使用效果最
好。不适合钻砾石层和软硬交错地层。 (2)采用低钻压、高转速、大排量钻进，钻头使用效果 好。 (3)钻头下井前，井底要清洁，确保无金属落物。 (4)钻头刚下井时，要采用小钻压和低转速跑和，待形 成井 底后恢复正常钻进。
(5)PDC钻头属于整体式钻头，无任何活动部件，适合
底时，要先用小钻压、低转速跑合。然后采用相对较低 的钻压（和牙轮钻头相比），较高的转速和较大的排量 钻进。应尽量避免划眼。如果必须进行划眼，应采用低 钻压和低转速，操作要均匀，防止钻头规径部分金刚石
石油钻井的钻头选择与操作流程
石油钻井的钻头选择与操作流程石油钻井是石油工业中一项至关重要的环节，钻头的选择和操作流程对于钻井作业的效率和质量有着重要的影响。
本文将探讨石油钻井中钻头的选择与操作流程。
一、钻头的选择1. 钻头类型在石油钻井中，常用的钻头类型包括三翼钻头、切削结构钻头和钻进钻头。
三翼钻头适用于软、中硬地层，切削结构钻头适用于硬地层，而钻进钻头则适用于岩石地层。
2. 钻头尺寸钻头尺寸的选择应根据井眼尺寸和井口尺寸来确定。
一般情况下，井眼尺寸的选择应考虑到地层条件以及钻井液的循环能力。
3. 钻头质量选择钻头时需要考虑到钻头的质量。
一般来说，质量较好的钻头具有更长的使用寿命和更好的钻进效果。
因此，选择具有良好声誉和高品质的供应商是至关重要的。
二、操作流程1. 钻头安装钻头安装是钻井作业中的第一步。
首先，需要将钻头与钻杆连接，确保连接牢固可靠。
然后，将钻头从钻井井口降下到井底，同时要注意保持钻杆的直线，以避免出现卡钻等问题。
2. 钻井液的循环钻井液的循环是钻井作业中的关键环节。
循环钻井液可以有效冷却钻头，清除井底层状物和带走地层碎屑，同时还能维持井眼壁的稳定。
在进行循环钻井液时，需要根据井眼尺寸和地层条件调整钻井液的流量和压力。
3. 钻头进尺与转速控制钻头的进尺与转速的控制直接影响钻井的效率和质量。
进尺速度过快可能导致钻头过度磨损或损坏，而速度过慢则会延长钻井工期。
因此，需要根据地层条件和钻头类型合理控制钻头的进尺速度和转速。
4. 钻井参数的监测与调整在钻井作业过程中，需要不断监测钻井参数，并根据监测结果进行相应的调整。
常见的钻井参数包括钻井液的流量和压力、钻井液的循环速度、钻头的进尺速度和转速等。
通过及时监测和调整参数，可以确保钻井作业的安全和高效进行。
5. 钻头更换与维护随着钻井的进行，钻头可能会受到磨损或损坏，需要及时更换。
当钻头磨损到一定程度时，应根据实际情况选择合适的时间进行更换。
此外，定期进行钻头维护同样重要，可以延长钻头的使用寿命和提高钻进效果。
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。
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。
石油钻井设备与工具-钻头选型
石油钻井设备与工具：钻头选型引言石油钻井是指利用钻井设备和工具，将钻头穿过地表，钻取深井以开采石油的过程。
钻头作为钻井过程中最为重要的装备之一，直接影响到钻井效率和成本。
本文将介绍石油钻井中常见的钻头类型和选型要点。
钻头类型1. 固体钻头固体钻头是最常见的钻井设备之一，也称为钻具齿轮。
它由钢制材料制成，具有较高的强度和耐磨性。
固体钻头的齿面通常由刃齿组成，可以分为以下几类：•钢牙钻头：与常规钻头相比，钢牙钻头通常具有更锐利的齿面，并且能够在不同地层中产生更高的钻速。
•硬质合金钻头：硬质合金钻头通常由碳化钨等硬质合金材料制成。
与钢牙钻头相比，硬质合金钻头具有更高的耐磨性和强度，适用于较坚硬的地层。
•钻石钻头：钻石钻头是一种使用天然或合成钻石齿面的钻头。
它具有卓越的耐磨性和韧性，特别适用于极硬岩石的钻井。
2. PDC钻头多片刃钻头（PDC钻头）是一种使用聚晶立方硼氮（PDC）刃齿的钻头。
PDC刃齿由钳工加工制成，具有较大的强度和耐磨性。
与传统钻头相比，PDC钻头具有以下优点：•高钻速：PDC钻头的刃齿布置合理，摩擦小，因此钻头可以以更高的速度进入地层，提高钻井效率。
•高耐磨性：PDC刃齿由聚晶立方硼化氮制成，具有优异的硬度和韧性，能够抵抗地层中的磨损，延长钻头寿命。
•适用范围广：PDC钻头适用于各种地层，包括软岩、半硬岩和脆性岩石。
3. 液压钻头液压钻头是一种采用液压装置驱动的钻头。
液压钻头尤其适用于钻井深度较大的场合，可以提供足够的推力和扭矩。
液压钻头的主要优点包括：•高扭矩输出：液压钻头通过液压系统获得动力，能够提供较大的扭矩输出，以应对钻井深度较大的情况。
•适应性强：液压钻头适用于各种地层情况，包括软岩、半硬岩和硬岩，具有较强的适应性。
•鲁棒性：液压钻头结构简单，没有复杂的机械零件，因此鲁棒性较高。
钻头选型要点在选择钻头时，需要考虑以下几个关键要点：1. 钻井目标钻井目标是选择钻头的首要考虑因素。
石油钻井钻进工具—钻头和钻柱详解
二、刮刀钻头（Drag Bit）
（一）刮刀钻头的结构
上钻头体、下钻头体（分水帽）、 刀翼、水眼。
刀翼
•三刀翼的称作三刮刀钻头
•两刀翼的称作两刮刀钻头或鱼 尾刮刀钻头
•四刀翼的称作四刮刀钻头
图2-1 刮刀钻头结构
刀翼结构：
（1） 刀翼结构角 刃尖角β —刀翼尖端前后刃之间的夹角。 它
反映了刀翼的尖锐程度。 β 越小，刃部越尖锐，
牙轮布置方案
（1）非自洗无滑动布置：
各牙轮牙齿齿圈不嵌合，单锥、不超顶，不移轴，用于硬地层；
（2）自洗不移轴布置：
各牙轮牙齿齿圈相互嵌合，副锥、超顶，不移轴，用于中硬地层；
（3）自洗移轴布置：
各牙轮牙齿齿圈相互嵌合，副锥、超顶，移轴，用于软地层；
非自洗
自洗无移轴
自洗移轴
牙轮及牙齿的布置
非自洗
自洗无移轴
及牙轮轴、牙轮及牙齿、轴承、储油润 滑密封系统金钢锥体，锥面铣齿或镶装硬质合金齿，内腔有轴承跑道。 • 单锥牙轮：主锥+背锥，硬地层 • 复锥牙轮：主锥+副锥+背锥，软到中硬
a
b
c
a—单锥； b、c—复锥； 1—主锥； 2—副锥； 3—背锥
越容易吃入地层，但强度越低。 一般: 软地层 β =8 ～ 10°；
硬地层 β =12°～ 15°
切削角α — 刀翼前刃和水平面之间的夹角。 在相同钻压下， α 越大，刀刃越容易吃入地层， 但旋转扭矩大，剪切刃 前岩石困难。 一般: 松软地层 α ＝70° 软地层 α ＝70～80°； 中硬地层 α ＝80～85°。 刃后角ψ ＝α -β 刃后角必须大于井底角θ 。
（三）刮刀钻头的应用 • 刮刀钻头制造工艺简单，成本低；
钻头及钻柱
二、 牙轮钻头 牙轮钻头是近代石油钻井中使用很广的一种钻头。 这是由于牙轮钻头具有冲击、压碎和剪切破碎岩石 的作用，牙轮钻头与井底的接触面积小、比压高， 工作扭矩小，工作刃总长度大等特点。从1909年出 现的第一只牙轮钻头，经过了近一个世纪，牙轮钻 头无论是钻头的材质、切削部分、钻头轴承、清洗 装置等都有很大的改进。喷嘴的改进，解决了钻头 的清洁问题，出现了喷射牙轮钻头；使用了硬质合 金齿，提高了牙轮的抗磨性；使用密封滑动轴承使 钻头的工作寿命大大提高。
三、金刚石钻头 在坚硬而研磨性高的地层钻进,金刚石钻 头比其它类型钻头的钻速和总进尺高,能减 少起下钻次数,降低钻井成本。近年来大庆 油田中深井钻井口数在不断增加，随着钻 井技术的不断改进，追求更高的钻井经济 效益，金刚石钻头的使用非常普遍。
钻 柱
在钻井过程中,将方钻杆、钻杆、钻铤等用各种接头连接 起来组成入井的管串称为钻柱。钻柱有如下基本作用： （1）通过它把钻头下到井底和提升到地面。钻井过程中, 无论钻头能钻多深,都必须通过钻柱来实现。 （2）钻柱的钻挺部分是加钻压用的,使钻头能更有效地吃 人地层（禁止用钻杆部分来加压,否则钻杆磨损快、断 裂快），并能防斜。 （3）把旋转运动传给钻头，钻杆可以看作是一根由转盘 驱动的传动轴。 （4）钻柱将钻井液从地面传送到钻头处,因而,钻柱也是 一根竖直的导管。 （5）进行特殊作业,如挤水泥、处理井下事故等。钻柱是 联通地面和地下的枢纽,工作条件十分复杂,正确的管理、 使用钻柱是非常重要的。
钻 杆
钻 铤稳定器 钻 铤 来自定器钻铤钻头
一、钻铤 钻挺接在钻头上面,主要是给钻头施加钻压和防止井斜，因此它壁厚而粗大，单 位长度重量大。壁厚一般是38~53毫米,相当于同尺寸钻杆的4~6倍。它的直 径一般与钻杆接头直径相等。这样可以增强刚度，受压时不易弯曲，因而有 利于钻直井眼。 二、钻杆 钻杆是钻柱的基本组成部分。它是用无逢钢管制成，壁厚一般为9~11mm。其主 要作用是传递扭矩和输送钻井液,并靠钻杆的逐渐加长使井眼不断加深。因 此,钻杆在石油钻井中占有十分重要的地位。 三、方钻杆 方钻杆位于钻柱的最上端,有四方形和六方形两种。钻进时,方钻杆与方补心、 转盘补心配合,将地面转盘扭矩传递给钻杆，以带动钻头旋转。 四、稳定器 在钻铤柱的适当位置安装一定数量的稳定器，组成各种类型的下部钻具组合， 可以满足钻直井时防止井斜的要求，钻定向井时可起到控制井眼轨迹的作用。 此外,稳定器的使用还可以提高钻头工作的稳定性,从而延长使用寿命，这对 金刚石钻头尤为重要。
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三、牙轮钻头
1、牙轮钻头的结构
三牙轮钻头的基本结构： ➢ 钻头本体：有三片牙掌组装 焊接在一起,上部有连接丝扣。 ➢ 牙轮：由牙轮体和牙齿组成
锥形的金属体。牙齿分 铣齿和镶齿两种类型 ➢ 轴承及其储油密封装置 ➢ 喷嘴
图13-1 三牙轮钻头的结构
三、牙轮钻头
2、牙轮钻头的工作原理
牙轮钻头在井底工作时，钻头 整体围绕钻头轴线旋转（称之为公 转），三个牙轮则依其自己的轴线 在井底滚动（称之为自转）。钻头 上承受的钻压通过牙齿作用在岩石 上，使岩石破碎（压碎作用）。 牙轮在滚动过程中，以单齿、双齿交替接触井底，牙轮中心 的位置忽高忽低，使钻头产生纵向振动。
按功用分为全面钻进钻头、取心钻头和特殊工艺用钻头（ 如扩眼钻头、定向造斜钻头等）。
钻井中根据所钻地层性质合理选择和使用钻头，对提高钻 井速度具有重要的实际意义。
二、刮刀钻头
刮刀钻头是旋转钻井使用最早 的一种钻头，从十九世纪开始采用 旋转钻井方法的时候就开始使用这 种钻头，而且直到现在某些油田仍 在使用。
刮刀片又称刀翼，是刮刀钻头主要工作部 件
2、刮刀钻头工作原理
二、刮刀钻头
刮刀钻头以切削方式破碎岩 石。刮刀钻头在软的塑性地层工 作时，其切削过程类似于刀具切 削软金属。刀片在钻压的作用下 吃入地层，与此同时刀刃前面的 岩石在扭转力的作用下不断产生 塑性流动，井底岩石被层层剥起 。
二、刮刀钻头
刮刀钻头钻进脆性较大的地层时，破碎岩石的过程则分为碰撞 、压碎及小剪切和大剪切三个阶段：
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；
三、牙轮钻头
三、牙轮钻头
从1909年第一只牙轮钻 头问世后，牙轮钻头便在全 世界范围内得到了最广泛的 应用。三牙轮钻头是目前旋 转钻井作业中使用地最普遍 的钻头。这种类型的钻头具 有不同的牙齿设计和轴承结 类构型，因此能够适应各种类型地层。在钻井作业中，根据 所钻地层性质正确选用合适结构的牙轮钻头，就可获得令 人满意的钻进速度和钻头进尺。
（1）碰撞：刃前岩石破碎后，岩石对刀片的扭转阻力减小， 刀片向前推进，碰撞刃前岩石；
（2）压碎及小剪切：刀片在扭转力作用下压碎前方的岩石， 使其产生小剪切破碎；
（3）扭转力增大，刀片继续挤压前方岩石，当扭转力增大 到 极限值时，岩石沿剪切面产生大剪切破碎，然后扭转力突然减小 。
碰撞、压碎及小剪切、大剪切这三个过程反复进行，形成刮刀 钻头破碎塑脆性岩石的全过程。
三、牙轮钻头
据所钻地层性质的不同，国产牙轮钻头又分为七种不同类型， 按适用地层从软到硬的次序分别用数字（或字母）1（JR）、2（ R）、3（ZR）、4（Z）、5（ZY）、6（Y）、7（JY）表示， 其意义如下：
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。
三、牙轮钻头
3、牙轮钻头的分类及选用
1）IADC分类及编号
轮钻头生产厂商众多，这些钻头厂商提供了多种类型和结构的钻 头。为了便于牙轮钻头的选择和使用，国际钻井承包商学会（ IADC）制定了全世界统一的牙轮钻头分类标准及编号方法。 IADC规定，每一类钻头用三位数字代表，个数字意义如下： 第一位数字表示牙齿类型及适钻地层： 1- 铣齿，软地层； 2- 铣齿，中到中硬地层； 3- 铣齿，硬、研磨性或半研磨性地层； 4- 备用； 5- 镶齿，软到中等地层； 6- 镶齿，中硬地层； 7- 镶齿，硬、研磨性或半研磨性地层； 8- 镶齿，极硬、高研磨性地层
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，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。
主要内容
1 钻头 2 刮刀钻头 3 牙轮钻头 4 金刚石钻头 5 PDC钻头
一、钻头
PDC钻头
金刚石钻头
刮刀钻头
扩眼钻头
牙轮钻头
取心钻头
一、钻头
钻头(Drilling Bit)是石油钻井中用来破碎岩石以形成井眼 的工具。我国常用钻头：
#按类型分为刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头和PDC钻 头（又称复合片齿钻头）等四种；
三、牙轮钻头
第二位数字表示所钻地层再细分为1，2，3，4四个硬度等级。 第三位数字表示钻头的结构特征： 1- 无密封滚动轴承； 2- T型外排齿保径； 3- 规径上有镶齿保径； 4- 密封滚动轴承； 5- 密封滚动轴承，规径上有镶齿保径； 6- 密封滑动轴承； 7- 密封滑动轴承，规径上有镶齿保径； 8- 定向井造斜钻头； 9- 其它。
这种钻头主要用在软地层和粘 软地层，具有很高的机械钻速和钻 头进尺。
刮刀钻头最大的优点是结构简 单，制造方便，成本低，各油田可 自行设计和制造。
1、刮刀钻头的结构
二、刮刀钻头
刮刀钻头由钻头体、刮刀片、分水帽和喷 嘴四部分组成。
钻头体是刮刀钻头焊接刮刀片和分水帽的 本体，采用中碳钢材料加工而成。下端焊接 刮刀片和分水帽，上端车有丝扣和钻柱连接 。
三、牙轮钻头
钻头在井底的纵向振动使钻 柱不断压缩与伸张，下部钻 柱把这种周期性变化的弹性 变形能通过牙齿转化为对地 层的冲击作用力用以破碎岩 石。这种冲击、压碎作用是 牙轮钻头破碎岩石的主要方 式。
三、牙轮钻头 牙轮钻头除了对井底岩石产生冲 击、压碎作用外，还对井底岩石产 生剪切作用。牙轮在井底滚动的同 时还产生牙齿对井底的滑动，牙齿 的滑动对井底岩石形成剪切作用， 象刮刀钻头那样刮削井底。牙齿的 滑动主要是由牙轮的超顶、副锥和 移轴布置引起的。牙轮的超顶布置 和复锥牙轮引起切线方向的滑动， 牙轮的移轴布置则引起轴向方向的 滑动。