牙轮钻头的选型与应用++共37页文档

2 钻头ppt课件

（二）牙轮钻头工作原理
1．牙轮钻头在井底的运动
滑动：牙轮齿相对于井底的滑移，包
括径向（轴向）和切向（周向）滑动。
引起滑动的原因： ① 超顶和复锥引起切向（周向）滑动 ② 移轴引起径向（轴向）滑动
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长江大学 YANGTZ UNIVERSITY
超顶引起切向滑动
钻头的运动
复锥产生超顶效果
牙轮的运动
牙轮母线相对于井底的运动
PDC、 TSP
金刚石以重量计算，国际通用单位是克拉，一克拉相当于0.2克。
油井钻井用的金刚石粒度范围一般在0.5粒/克拉～15 35
粒长/江克大UN拉学IVY。EARNSGITTYZ
（二）金刚石材料钻头的切削齿材料
a、PDC钻头的结构特点
切削元件—聚晶金刚石复合片（PDC）
特性既具有金刚石的硬度和耐磨性，又具有碳化钨合金的结构强度和抗冲击能力。弱点是热稳定性差，350℃以上加速磨损。抗冲击能力较差。
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4. 牙轮钻头的选型及分类法
2）牙轮钻头的分类方法及型号编码
(1)按结构分类：Y，P，MP，MPB，HP，HPB，XMP，XH共8个系列
类别
系列名称全称
简称
普通三牙轮钻头
普通钻头
喷射式三牙轮钻头
铣齿滚动密封轴承喷射式三牙轮钻头
钻头
滚动密封轴承保径喷射式三牙轮钻头
长江大学 YANGTZ
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UNIVERSITY
（一）金刚石材料钻头的总体结构
金刚石钻头的冠部
1. 钢体钢体是金刚石钻头的骨架。上部柱体车制丝扣和钻柱连接，下部铣成爪形和胎体烧结在一起。

牙轮钻机选型

牙轮钻机设备选型1.已知：表一矿山深孔爆破参数及钻机数量计算表单位东采场西采场备注矿石岩石矿石岩石矿石硬度f=6～12凿岩量万t 588 4165 882 5390 岩石硬度f=5～10年爆破量万3m163.52 1340.95 245.27 1735.35段高m12 12 12 12孔径mm 310mm孔距m 7.5 8 7.5 8排距m 5.5 6 5.5 6孔深m 14 14 14 14 超深2m延米爆破量3m/m35.36 41.14 35.36 41.14延米爆破质量t/m 125.42 127.67 125.42 127.67年穿孔米数万m 4.87 34.31 7.3 44.4 5%废孔率总计万m39.18 51.7年穿孔个数个3477 24506 5216 31713 总计个27983 36929钻机效率万m/ 台年计算台数台合计台数台选取台数台 5 62.要求：（1）按照前面所学知识将表格中的孔填全，并编写计算分析的说明书。

（2）附加一份钻机论文（写出论文的解决问题的核心部分）3.选型原则：（1）牙轮钻机是露天矿技术先进的钻孔设备，适用于各种硬度岩石的钻孔作业，设计大中型矿山设备首选牙轮钻机（2）中硬以上硬度的矿岩选用选用牙轮钻机钻孔优于其他钻孔设备。

（3）在满足矿山年钻孔量的同时，牙轮钻机选型还要保证设计生产要求的钻孔直径、孔深、倾角及其他参数。

（4）根据矿区自然地理条件选择设备及配套部件。

（5）动力条件。

一般选用电动（经济）。

（6）工作可靠，寿命长，价格便宜，零部件供货周期长，应进行综合分析对比。

4.钻机预选：表二炮孔直径岩石硬度中硬坚硬极硬270-310 60-R（Ⅲ）YZ-5560-R（Ⅲ）KY-310YZ-2560-R（Ⅲ）KY-310YZ-25310-380 YZ-5560-R（Ⅲ）Z-5560-R（Ⅲ）YZ-5560-R（Ⅲ）根据以上选型原则以及已知条件可以预选钻机为KY-310型或YZ-55型5.钻机的工作参数：表三名称KY-310 YZ-55 钻孔直径/mm 250～310 310-380钻孔深度/m 17.5 19 钻孔方向/（°）90°90°最大轴压/KN 450 550钻进速度/m·min-1交流～0.98 0~1.2 直流0～4.5 0~2回转转速/m·min-10～100 0~120 回转扭矩/N·m 7210 8330 提升速度//m·min-10～11.87～20 30 行走速度/km·h-10～0.63 0~1.1 爬坡能力/（°）12 25 排渣风量/m3·min-140 37 排渣风压/MPa 0.35 2.74外形尺寸（长×宽×高）/m ×m×m 钻架竖起时13.838×5.695×26.326 14.25×6.11×27.08钻架放倒时26.606×5.695×7.620 27.03×6.11×7.55整机重量/t 123 140 1.轴压力fDP)07.0~06.0(=式中f----岩石坚固性系数；D----钻头直径(1)矿石中钻具的轴压力矿石的坚固性系数f为6～12，此时f取12P=0.07×12×310=260.4kN(2)岩石中钻具的轴压力岩石的坚固性系数为5～10，此时取10=P0.07×10×310=217kN2.钻具转矩M=29.6kD 1.5P式中 k-----岩石特性系数，见岩石特性系数表； P-----轴压力，kN (1)矿石中钻具的转矩M=29.6×10×-510×310× 1.5260.4=3855.8N.m (2)岩石中钻具的转矩M=29.6×10×-510×310× 1.5217=2933.2N.m表四岩石特性系数表岩石种类最软软中软中硬最硬抗压强度 /M a P——17.5 56 210 475 k14×-510 12×-51010×-5108×-5106×-5104×-5103.排渣风量式中 b----岩渣的最大粒度，mm ；取5mm ρ----岩石密度，kg/3mQ= 22660πk (D d )v410-⨯ 式中 k----考虑漏风系数，取k=1.1～1.5,此时取1.3d----钻杆外径，mmQ=22660 3.14 1.5(310290)10.5410⨯⨯⨯-⨯⨯=8.93m /min 根据以上经验公式可以计算出钻出该大小的孔所需的钻机的工作参数表五牙轮钻机工作参数钻孔扭矩/N ·m -1轴压力/KN排查风量/m ³·min -1矿石 3855.8 260.48.9岩石2933.2270根据计算的出的数据与钻机规格参数对比，可知选钻机KY-300较为合适5.选型计算： 1.钻孔速度v=3.75Pn fD式中 P----轴压力 D----钻孔直径f----岩石坚固性系数 n----钻具钻速2.台班生产能力0.6bb bV vT η=式中b V —— 牙轮钻机台班生产能力，m/(台.班)； v ——牙轮钻机的钻进速度，cm/min; b T ——每班工作时间，h ；ηb ——钻机台班时间利用系数，取0.4～0.5；3.台年综合效率3a b a V V Nη=⨯⨯⨯式中a V ——牙轮钻机的台年钻机效率，万m/台年；a η——牙轮钻机的年工作利用率，一般取，0.8； N ——一年所有的工作日，取360；4.设备数量N=1QQ q (1e)-式中 Q ---设计的矿山年采剥总量，t 1Q ---每台牙轮钻机的年穿孔效率。

牙轮钻头选型原则

牙轮钻头选型原则(1)软地层应选择有移轴、超顶、复锥3种结构的牙轮钻头，齿应是高、宽、稀、齿尖角大的铣齿或镶齿。

随着岩石硬度增大，选择钻头的上述3种结构值应相应减小，齿也应矮、窄、密，齿尖角也要相应减小。

(2)钻研磨性地层，应该选用带保径齿的镶齿钻头。

当发现上一个钻头的外排齿磨圆而中间齿磨损较少时，则下一个钻头应该选用有保径齿的镶齿钻头。

(3)在易斜地层钻进时，应选用不移轴或移轴量小、无保径齿并且齿多而短的钻头；同时，在保证移轴小的前提下，所选钻头适应的地层应比所钻地层稍软一些，这样可以在较低的钻压下提高机械钻速。

(4)选用镶硬质合金齿钻头时要注意：所钻地层页岩占多数时，用楔形齿钻头；钻石灰岩地层时，使用抛物体形或双锥形齿钻头；当用高密度钻井液钻井时，使用楔形齿钻头；当所选地层中页岩成分增加或钻井液密度增大时，用偏移值大的钻头；钻石灰岩或砂岩地层，选用偏移值小的钻头；钻硬的研磨性石灰岩、燧石、石英石时，用无移轴的球齿轱斗。

(5)在软硬交错地层钻进时，一般应按其中较硬的岩石选择钻头类型，这样既在软地层中有较高的机械钻速，也能顺利地钻穿硬地层。

在钻进过程中钻井参数要及时调整，在软地层钻进时，可适当降低钻压并提高转速；在硬地层钻进时可适当提高钻压并降低转速。

(6)浅井段岩石一般较软，同时起下钻所需时间较短，应选用能获得较高机械钻速的钻头；深井段地层一般较硬，起下钻时间较长，应选用有较高总进尺的钻头。

(7)在小井眼(井眼直径小于177mm)钻井中常选用单牙轮钻头，单牙轮钻头比同尺寸三牙轮钻头的牙轮、牙齿、轴径、轴承大，强度高，破岩效率高。

(8)按钻头产品目录选择钻头类型。

钻头生产厂家通过大量的试验，对各型钻头的适用地层情况进行了界定，形成了钻头产品目录。

根据钻头产品目录，结合所钻地层性质选择钻头类型，基本能够做到对号入座，匹配合理。

表卜10为国产三牙轮钻头产品目录。

(9)由于即使是同一种岩性，其机械性能差别也很大，所以仅根据岩性按钻头产品目录来确定钻头类型是不够全面的，还应收集邻近井相同地层钻过的钻头资料及上一个钻头的磨损分析，结合本井的具体情况来选择。

牙轮转机

牙轮钻机设备选型1.已知条件：见附表2.选型原则：①牙轮钻机是露天矿技术先进的钻孔设备，适用于各种硬度岩石的钻孔作业，设计大中型矿山设备首选牙轮钻机。

②中硬以上硬度的矿岩选用选用牙轮钻机钻孔优于其他钻孔设备。

③在满足矿山年钻孔量的同时，牙轮钻机选型还要保证设计生产要求的钻孔直径、孔深、倾角及其他参数。

④根据矿区自然地理条件选择设备及配套部件。

⑤动力条件。

一般选用电动（经济）。

⑥工作可靠，寿命长，价格便宜，零部件供货周期长，应进行综合分析对比。

3.设备匹配：3.1轴压力P=（0.06～0.07）fD式中：P——轴压力，kN；f——岩石的坚固性系数；D——钻头的直径，mm；；3.2钻孔速度3.75Pn fDν=⨯式中： v——牙轮钻机钻进速度，cm/minn—钻具的转速，r/min；3.3钻机效率0.6bbbVvT η=式中： V b —— 牙轮钻机台班生产能力，m/(台.班)； v ——牙轮钻机的钻进速度，cm/min; T b ——每班工作时间，h ；ηb ——钻机台班时间利用系数，取0.83.4钻机数量的确定1Q N Q .q(1-e)=式中： Q ——设计的矿山年采剥总量，t ；Q 1———每台牙轮钻机的年穿孔效率，m/a ； q ——每米炮孔的爆破量，t/m ； e ——费孔率，一般取5%；4.计算过程：4.1对于矿石： 4.1.1轴压力当系数取0.07时有P=0.07×10×310=217KN 4.1.2钻孔速度当n=95r/min 时有V=3.75×217×95/（10×310）=24.94cm/min 4.1.3钻机效率Vb=0.6×（24.93 /100）×8×60×0.8=57.44m 4.1.4钻机数量的确定Q 1=57.44×3×300=51695m/a 东采场：N=)05.01(42.125516955880000-⨯⨯=0.95台取N=1台西采场：N=)05.01(42.125516950000882-⨯⨯=1.43台取N=2台4.2对于岩石：4.2.1轴压力当系数取0.07时有P=0.07×12×310=260.4KN 4.2.2钻孔速度当n=80r/min 时有V=3.75×260.4×80/（10×310）=25.2cm/min 4.2.3钻机效率Vb=0.6×（25.2 /100）×8×60×0.8=58.06m 4.2.4钻机数量的确定Q 1=58.06×3×300=52254m/a 东采场：N=)05.01(68.1275225441650000-⨯⨯=6.57台西采场： N=)05.01(68.1275225453900000-⨯⨯=8.5台4.3综上所计算：4.3.1本次设计所选用的牙轮钻机为KY-310型号 4.3.2东采区共配有0.95+6.57=7.52台，取8台 4.3.3西采区共配有1.43+8.5=9.93台，取10台5、 KY-310型牙轮钻机型号表KY -310型牙轮钻机技术特征名称特征参数适应岩石硬度（f ） 5~20 钻孔直径/m 250~310 钻孔深度/m17.5钻孔方向/（°） 90（垂直）最大轴压/kN 交流 500 直流310 钻进速度/m ·min -1 交流0~0.98 直流 0~0.45 回转速度/ m ·min -1 0~100 回转扭矩/N ·m 7210提升速度/ m ·min -10~11.87~20 行走方式液压驱动履带行走速度/km ·h -1 0~0.63 爬坡能力/（°） 12 接地比压/MPa 0.05除尘方式干湿任选空压机类型螺杆式排渣风量/m3·min-140 排渣风压0.35 装机功率/kW 450外形尺寸（长*宽*高）/m*m*m 钻架竖起时13838*5.695*26.326 钻架放到时26.606*5.695*7.620整机重量/t 1236、产品描述：KY-310型钻机由钻架和机架、回转供风机构、加压提升机构、接卸及存入钻杆机构、行走机构、除尘装置以及压气系统和液压系统等组成，该机全部采用电动，由高压电缆向机内输电。

第二章三牙轮钻头的结构及类型

第二章三牙轮钻头的结构及类型第一节三牙轮钻头的结构特点三牙轮钻头是由牙掌、牙轮、轴承、锁紧元件、储油密封装置、喷嘴装置等二十多种零部件组成。

一、牙掌牙掌是牙轮钻头的主要零件.一只钻头是由三片牙掌组装焊接在一起的。

上部有连接螺纹,以便与钻具连接，下部制成有一定倾斜角度的轴颈，与牙轮内孔组成轴承副。

牙掌上有水孔流道，可以安装储油压力补偿装置。

轴颈承受载荷，需要较高的耐磨性及硬度，同时基体内部又需要有足够的强度及耐冲击韧性。

二、切削结构切削结构包括牙轮和牙齿。

牙轮是一个其上装有(或铣出）牙齿的锥体,分单锥和复锥两种。

单锥由主锥和背锥组成，单锥牙轮在井底的运动为纯滚动,适用于硬地层钻井。

复锥由主锥、副锥和背锥三部分组成，这种牙轮在井底工作时除了滚动外，还能产生滑动，用于较软地层钻井。

牙轮上的牙齿分镶齿和钢齿两种。

镶齿是将牙轮外锥面的齿圈上钻孔，镶装大小形状不同的硬质合金齿；钢齿则直接从牙轮锥体上铣出。

钻头上三个牙轮的各排齿相互啮合，能有效而不重复地全面破碎井底岩石并防止齿糟泥包。

牙齿的形状、大小、数量、长短取决于所钻地层的硬度，地层越软，则牙齿越大、越尖、布置得越少。

反之,地层越硬、则牙齿越小越短、数量越多.硬质合金齿的硬度和抗磨性比钢齿高，使用寿命比钢齿长，尤其是破碎具有研磨性的硬地层，效果更好。

其适用地层范围广、进尺多、机械钻速多，已在石油钻井中广泛应用。

硬质合金齿的齿形目前常用的有十多种,如球形、尖卵形、圆锥形、楔形、勺形、锥勺形、偏顶勺形、边楔形、平头形等。

根据不同地层、不同岩性的破碎机理不同、各种钻头选用不同形状的齿形。

楔形齿，齿形呈“楔子”状，具有切削、凿击作用。

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，适用地层越硬。

近几年这种齿形良好的使用性能越来越受到广大用户的青睐.球形齿，其顶部是个半圆形球面，耐磨性最好。

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。

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。

牙齿优化排列新型牙轮钻头的开发与应用

（稿日期：２０ —１收０１０—１）８
维普资讯
２００２年第３０卷第６期
赵宏敏：牙齿优化排列新型牙轮钻头的开发与应用
测量垂向力、弯曲力矩
赵宏敏’
（汉石油学院学报编辑部）江
摘要根据计算机钻井模拟结果开发出一种新型而独特的牙轮钻头，这种新型钻头上的牙齿
是优化排列的，在与地层发生作用时，牙齿的加长齿顶的前面垂直于钻头轨迹。概述了确定牙齿轨迹的计算机模型和计算方法以及这种新型钻头的设计方法。牙齿优化排列可最大限度地提高机械钻速，降低硬质合金齿上的扭矩，减少牙齿修整和断齿。室内试验和现场测试表明，这种新型
钻头比常规牙齿设计同类钻头的机械钻速高２％～５。０２％
关键词牙轮钻头牙齿排列计算机模拟优化设计众所周知，牙轮钻头上的牙齿可进行２种运动，即沿钻头钻进方向的破岩运动和垂直于钻进方
个方向。沿切向的切削运动主要是钻头的牙轮剖面
所致，沿径向的破岩运动主要是钻头的牙轮轴偏移所致。因此，牙轮的剖面和钻头的牙轮轴偏移是确
定牙齿井下作用的主要因素。
开发了一种可模拟任何牙齿切削运动的计算机程序（井模拟程序）分析表明这种切削运动随钻。钻头的几何参数、钻头的运行参数（压、转数）钻

钻头选择和用法

钻头选择和用法钻头是钻孔的重要工具，选择适合的钻头可以提高工作效率和质量。

本文将介绍钻头的选择和使用方法，希望对大家有所帮助。

一、钻头的选择1. 钻头的材质不同材质的钻头适用于不同的工作材料。

钻头的材质有高速钢、硬质合金、钻石等。

高速钢钻头适用于钻软质材料，硬质合金钻头适用于钻硬质材料，而钻石钻头适用于超硬材料的钻孔。

2. 钻头的直径钻头直径的选择应该根据钻孔的要求和工作材料的硬度来决定。

对于较硬的材料，需要选用较小直径的钻头，而对于软质材料可以考虑选用较大直径的钻头。

3. 钻头的长度钻头的长度应该根据钻孔深度来选择。

过长的钻头容易折断，过短的钻头不能钻到预期位置。

4. 钻头的形状钻头的形状有直柄、圆柱、锥形等多种形式。

不同形状的钻头适用于不同的钻孔场合。

例如，锥形钻头可以在不同直径的孔中钻出适合的孔洞，而圆柱形钻头可以钻出标准大小的孔洞。

二、钻头的使用方法1. 钻孔前的准备在钻孔前，应该仔细检查钻头的状态。

如果钻头有损伤或磨损，应该更换新的钻头。

同时，需要选用适合的冷却液，在钻孔时往钻孔位置不断滴入冷却液，以保持钻头的清洁，避免过热和磨损。

2. 钻孔时的操作（1）确定钻孔位置和深度。

（2）将钻头与钻机卡口紧固，开启钻机。

（3）将钻头缓慢地放到工作材料上，施加适当的力量，使钻头慢慢进入材料。

要注意钻孔过程中的速度和力度，不要过快或过慢，避免钻头折断或损伤工件。

（4）如钻头进入物料后未见钻头硬度，则需加压，直至水平位置的手掌如果觉得发热uc0一定要停下来，冷却后再继续。

（5）钻孔完成后，应该用冷却液清洗钻头，并及时清理工作面，以免影响下一次钻孔质量。

三、注意事项1. 钻头使用前，应该先检查其是否完好，避免造成损害。

2. 钻头必须保持冷却，以保证钻头的寿命和工作效率。

3. 钻孔时应该使用适当的加压力度，不要过急或过缓。

4. 钻孔完成后应该及时清洗和保养钻头，避免生锈和损坏。

总之，选择合适的钻头和正确的使用方式，不仅可以提高工作效率，还能够保证钻孔质量。

牙轮钻头的合理使用

牙轮钻头的合理使用（1）根据地层可钻性值并参考邻井地层，选择进尺多、速度快、成本低、磨损正常的钻头。

在上部松软地层（可钻性级值小于5级），可选用机械钻速高的铣齿钻头，在深井段地层（可钻性级值大于5），可选用尺多的镶齿钻头。

（2）在易井斜地层，多选用牙轮偏移量小、无保径齿及齿多而短的牙轮钻头。

（3）井底应清洁，无落物。

（4）下钻速度要慢，防止顿钻。

在钻头矩井底1单根时，要开泵和旋转钻头，充分洗井，清除井底岩屑，避免下入过快岩屑堵塞喷嘴或开泵过猛憋漏地层。

（5）钻头接触井底后，在低钻压、低转速下（钻压10～30ｋN，转速60ｒ/ｍｉｎ）跑合0.5ｈ以上，造好井底形状后，方可逐步提高钻压和转速的设计值。

（6）做好钻还试验，即固定钻压，改变转速，或固定转速，改变钻压，使钻压和转速合理匹配，达到高钻速钻进。

（7）钻进中应尽量提高泵压，增大钻头水功率，充分发挥水力参数和机械破岩参数的交互作用，提高破岩效率。

（8）使用组合喷嘴，提高清岩效率。

（9）应以厂家推荐的钻压与转速的乘积为约束条件，不能同时使用最高钻压和最高转速。

（10）钻进中操作平稳，送钻要均匀，严禁猛提猛放、溜钻和顿钻。

（11）连续产生憋跳钻时，若不是地面设备的问题，应立即起钻，避免掉牙轮。

（12）从钻头下入钻进开始，必须做随钻成本计算，只要发现连续几个点成本上升时，应起钻。

（13）如发现钻头无进尺，泵压明显升高或降低，机械钻速突然下降，扭矩增大等现象时，若地面设备无问题，应起钻检查。

刮刀钻头的合理使用（一）适用地层刮刀钻头属切削型钻头，以切削、刮挤和剪切的方式破碎地层。

这种钻头适用于在松软~软的页岩、泥质砂岩、页岩等塑性和塑脆性地层中钻进。

（二）钻进参数的确定1．钻压的确定刮刀钻头具有切削刀翼较长的优点，能适应较大的钻压变化范围，在转速一定的条件下，随着钻压的增加机械钻速增加。

但是考虑钻具寿命和刮刀钻头结构易井斜的特点，对于不同尺寸的刮刀钻头正常钻进一般采用推荐钻压的中间值，最大不超过推荐的钻压最大值。

钻头的选择和应用

钻头系列、型号表示方法例举如下：如XMP—215 ZY—3 符号由后向前分别表示第三次设计，用于中硬地层，直径215毫米，喷射式密封滚动轴承镶硬质合金
齿的三牙轮钻头
IADC 钻头编码用三位数字代表，各数字的意义如下．
(I)第一位数字表示牙齿的特征及所适用的地层 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——备用； 5——镶齿，软一中地层(低抗压强度)： 6——镶齿，中硬地层(高抗压强度)； 7——镶齿，硬，研磨性或半研磨性地层； 8——镶齿，极硬(高研磨性)地层。
坚硬致密打滑地层如何选择绳索取心钻头？
绳索时旋冲时
胎体硬度：高（）低（）
（）
金刚石品级：高（）低（）
（）
金刚石粒度：粗（）细（）
（）
金刚石浓度：高（）低（）
（）
保径强度：高（）低（）
（）
水口：大（）小（）
（）
水口数量：多（）少（）
（）
水口形式：直（）右旋（）左旋（）（）
胎体高度：高（）低（）
中压、低转速、大泵量
中硬以下弱研磨性完整地层程参数特点：
中压、高转速、大泵量
中硬以下破碎地层规程参数特点：
中压、低转速、小泵量
金刚石规程参数如何确定
1、地层条件允许，尽可能开大泵量； 2、地层条件允许，钻机具有高速档位，有润滑液
的条件下，可开大转速。 3、为保证钻头轴压数值，尽可能选用钻铤加压。 4、压力与转速的乘积接近临界规程必须调低其中
螺旋阶梯肋骨钻头
三八式钻头
自磨式钻头
肋骨排状硬质合金钻头
台块式针状合金钻头

牙轮钻头

三、牙轮钻头的分类
第二位字码为岩性级别代号，用数字1-4分别表示第一位数码表示的钻头所适用的地层中在依次从软到硬分四个级别。第三位字码为钻头结构特征代号，用数字1-9表示，其中1-7表示钻头轴承及保径特征，8，9留待未来。第四位字码为钻头附加的结构特征号，用与前面三种无法表达的特征。 A一空气冷却 C一中心喷嘴 D一定向钻井 E一加长喷嘴 1 2 3 4 5 7 8 非密封滚动轴承空气清洗冷却，滚动轴承滚动轴承，保径。滚动密封轴承滚动密封轴承，保径滑动密封轴承滑动密封轴承，保径
切削齿的磨损评析 0为新齿，无断齿，无磨损，依次逐渐递增，8为全部磨损，掉齿，断完。0-8数字呈线性描述切削齿的磨损状况；磨损特征：如BC-牙轮破裂; 位置：N-顶部齿圈 M -中间齿圈 G -规径齿圈 A -全部齿圈；轴承密封：不密封的轴承（0-8）和轴承密封 E –密封有效 F-密封失效 N-不能顶级 X-金刚石钻头（无轴承）；规径：（以1in的分数值表示）I-规径无磨损每1/16in为一个标准；其他磨损参照磨损特征起钻原因如BHA-更换钻具组合；
G一附加保径/钻头体保护 J一喷嘴偏射 R一加强焊缝 S一标准铣齿
X一楔形镶齿 R一圆锥形镶齿 Z一其他形状镶齿
四、牙轮钻头的合理使用牙轮钻头的合理使用
（1）牙轮钻头的选型和使用原则）地层的软硬程度和研磨性； ① 地层的软硬程度和研磨性；钻进井段的深浅； ② 钻进井段的深浅；易斜地层； ③ 易斜地层； ④ 软硬交错地层；（2）使用前的入井检查内容）钻头型号、直径应符合要求； ① 钻头型号、直径应符合要求；要涂丝扣油）、焊缝应完好；）、焊缝应完好 ② 丝扣（要涂丝扣油）、焊缝应完好；牙齿齿圈间不能互咬； ③ 牙齿齿圈间不能互咬；非密封滚动轴承牙轮转动灵活； ④ 非密封滚动轴承牙轮转动灵活；安喷嘴，喷嘴尺寸应符合水力设计要求； ⑤ 安喷嘴，喷嘴尺寸应符合水力设计要求；密封轴承牙轮钻头牙轮不能转动，转动则密封失效； ⑥ 密封轴承牙轮钻头牙轮不能转动，转动则密封失效；镶齿钻头检查固齿质量，有无松动、碎裂现象； ⑦ 镶齿钻头检查固齿质量，有无松动、碎裂现象；

第四节、牙轮钻机的主要工作参数

• P =(1.3～1.5) D
• 式中：D为设计选用的钻头直径。
• 二、钻头钻速（r/min）
nT
2100
~
3160
d DZ
式中 d ----牙轮大端直径；
D----钻头直径；
Z----牙轮大端齿圈上的齿间弧长。
第四节、牙轮钻机的主要工作参数
• 三、钻进速度V
轴压和岩石硬度不同，钻速都有相应的合理取值范围，如当f＝ 15－20时，宜采用重型钻机，转速取50－80r/min。（前苏联经验公式）
• 附注部分
– 包括注释、致谢、附录
2、科技论文写作的国家标准
学术论文一般只包括8个部分:
前置部分
题名论文作者摘要关键词
主体部分
引言正文结论参考文献
3、科技论文的编排结构顺序
➢ 题名（中英文） ➢ 作者（姓名、工作单位或通讯地址） ➢ 摘要（中英文） ➢ 关键词（中英文）
4、主体部分格式
• 技术参数
• 1. 钻孔直径：
ห้องสมุดไป่ตู้
Ø170～Ø220mm
• 2. 钻孔深度：
17m（接杆一次）
• 3. 钻孔方向：
垂直
• 4. 适用的矿岩硬度：
f=4～14
• 5. 轴压力：
0～160KN
• 6. 回转速度：
0-120r/min
• 7. 进给速度：
0～1.2m/min
• 8. 提升速度：
0～20m/min
第五节、牙轮钻机的选型
• 一、我国露天煤矿使用牙轮钻机情况 • 1、黑龙江鹤岗岭北露天矿、平庄西露天矿： • KY--150、KY--250、KH---200 • 2、安太堡露天矿、黑带沟露天矿、安家岭露天矿： • DM50(200mm)、DM45（200mm)、DM30（171mm） • DMH（250mm)。

钻头基本知识和选型(技术员培训)

3. 刮刀钻头
2.1. 刮刀钻头图片
2. 刮刀钻头
2.2. 刮刀钻头的工作原理刮刀钻头主要以切削作用破碎地层。 • 破碎塑性岩石过程：
在钻压 W 作用下，刀翼容易吃入地层；刃前岩石在扭转力T 的作用下不断产生塑性流动。这和车刀切削软金属的过程类似。
一、石油钻井钻头的分类
2. 刮刀钻头
2.3. 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； •刮刀钻头目前很大程度上被PDC钻头取代。
(4)由于聚晶金刚石属于硬脆性，在工作过程中也易崩损，崩损后的聚晶金刚石工作模式将与天然金刚石工作模式相似。
(5)在坚硬岩石(如隧石、硅质白云岩、硅质石灰岩等)中，是要靠聚晶金刚石的棱角实现微切削、刻划等方式来破碎岩石。
3. 金刚石钻头
3.5. 孕镶钻头（Impregnated bit）
用于高研磨性地层
(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. 金刚石钻头
3.3. 热稳定聚晶金刚石钻头（Ballaset bit）
3. 金刚石钻头
3. 金刚石钻头
3.1. 天然金刚石钻头
3. 金刚石钻头
3.2. 天然金刚石钻头的破岩机理天然金刚石钻头以磨削（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；

第一节牙轮钻头

图3.30井底射流冲击力与流量的关系
图3.31 喷嘴对井底流场的影响
二、牙轮钻头的工作及破岩原理
1.牙齿的公转与自转（图3.32)
牙轮钻头依靠牙齿破碎岩石，牙轮钻头工作时，固定在牙轮上的牙齿随钻头一起绕钻头轴线作顺时针方向的旋转运动，这种运动称作
公转。公转的转速就是转盘或井下动力钻具的旋转速度。牙轮上各排
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）。
铣齿
轴承跑道
镶齿位置
牙轮
图3.13 牙轮结构示意
图3.14 牙轮锥面结构形式
2.铣齿
镶齿
铣齿
图3.8镶齿和铣齿牙轮钻头
滚动轴承结构
滑动轴承结构
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
单牙轮钻头
双牙轮钻头
三牙轮钻头
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）
钻头压降，实现水力参数优化钻井；
③通过合理调节喷嘴的空间位置，形成最优的水力结构，有效清洗牙轮和井底岩粉。
辅助破岩
图3.29 水力结构的作用
③喷嘴的结构（图3.28)：
喷嘴又称水眼，为硬质合金材料制成，
内部流道形状多样，可拆卸。
水眼（喷嘴）
图3.28喷嘴的结构
④喷嘴的数量与尺寸
喷嘴数量和尺寸是由水力学参数优化设计结果确定的。喷嘴

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。

钻头优选与合理使用技术

钻头优选与合理使用技术(总23页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--钻头优选与合理使用技术一、概述在旋转钻井中，钻头是破岩造孔的主要工具，它的质量优劣及其与地层、岩性和它钻井工艺条件的适应程度，直接影响着钻井速度的高低，因而根据地层条件合理选择钻头类型和钻井参数，则是提高钻速、降低钻井成本地重要技术环节。

在深井钻井过程中钻头要钻遇、钻穿多套地层中和多种岩石，由于岩石是具各向异性的非均质体，其品种极多且性质各异，因而从事钻头选型工作研究的石油钻井科技工作者，面对的是一庞大而复杂的集合体。

故钻头类型优选方法的先进性及其所选钻头类型与地层的适用程度，从一定意义上讲制约着深井钻井速度的大幅度提高和钻井成本大幅度下降，是目前国内外钻井工程技术领域相当重视与关注的一项重要研究工作，多年来各国都在下大力,投入大量资金和众多人员进行该方面的试验与研究,以期获取行之有效且能为优质高效钻井提供技术支持的钻头选型方法。

石油勘探开发高速度与低成本目标的实现，很大程度上取决于钻井的高速度。

目前国内外畅行的提高钻井速度的主要技术途径，是实施优快钻井配套技术，该项技术的核心内容是由软件技术－高水平的钻井工艺技术和硬件产品－与地层适用性强的高效钻头两部分内容组成。

因而欲求获取钻井的高速度，即实现提高钻井速度、缩短建井周期的工作目的，除应在不断进行钻井工艺技术方面技术创新、研究开发外，另一重要技术途径是注重研制新型钻头和合理选择及使用钻头。

二、国内外相关钻头选型方法综述自钻井应用于探矿工程开始至今，新型钻头研制与钻头选型工作，一直是钻井技术领域中研究的主要课题，随着钻井工艺技术的不断进步与提高，钻头选型方法在不断提高与完善，但此项工作将永远是该项技术领域中研究的主题。

现将国内外有代表性的几种钻头选型方法予以归类综述。

（一)经验钻头选型法本方法俗称现场钻井资料选型法，其提出和应用开始于钻井工程的初始阶段，后经从事石油钻井工程现场施工和科研人员几代人的不断完善提高、逐步形成为一套行之有效的实用方法，目前现场钻井技术人员多采用这一方法选择钻头类型。