钻井基础知识培训

钻井培训教材

第一讲：钻头

主要内容：牙轮钻头的破岩机理，牙轮钻头破岩时的几种作用，使牙轮钻头产生滑动的几种措施，牙轮钻头的使用方法，PDC钻头的组成及其破岩机理，PDC钻头的使用方法，牙轮钻头的磨损分级。

第一节牙轮钻头的破岩机理

牙轮钻头是依靠牙轮绕钻头轴线的公转和牙轮自身轴线的自转产生的冲击压碎作用和滑动剪切作用来破碎岩石的。

⑴. 牙齿的冲击压碎作用。牙轮在井底滚动时，牙齿与井底的接触是单、双齿交替进行，使钻头沿轴向做上下往复运动，这就是钻头的振动，钻头纵向振动产生的冲击压碎作用是牙轮钻头破碎岩石的主要方式，牙轮钻头的牙齿作用在岩石上的轴向载荷，包括静压和冲击载荷两部分：加给钻头的钻压为静压部分，冲击载荷是钻头在井底旋转时产生纵向振动，使钻头——钻柱系统不断地压缩与伸张，下部钻柱把这种周期性的弹性变形能传递给牙齿而产生的，这就是钻头破碎岩石时牙齿冲击压力的来源。加大钻头牙齿对地层的冲击压力，这就能提高钻头破碎岩石的效率。

⑵. 牙齿的滑动剪切作用：在塑性较高的岩石中，除了要求牙齿对井底岩石有冲击压碎作用外，还要求牙齿对地层有一定的滑动作用，使牙齿对岩石进行剪切，以扩大岩石的破碎效果，这一点在软地层中钻进时显得尤其重要，使牙轮在井底滚动时产生滑移的措施有超顶，复椎和移轴。

第二节牙轮钻头、磨损分级

为了便于对钻头的管理、掌握地层与钻头的配伍性，就要求现场技术员作好钻头的磨损分级记录，以便造成最适应该地层的钻头，包括牙齿、轴承、钻头直径三种分级，一般应用四级。

1、牙齿的磨损分级

牙齿的磨损分级以三个牙轮中磨损最严重的一个牙轮作为评定该钻头的最终级别。

①. 铣齿：磨损分级、以铣齿磨去的高度与新齿高度之比作为定级标准。

表1铣点磨损分级

②.镶齿的磨损分级：用牙轮上断，掉齿数与该牙轮镶齿总数之比值来作为评定该钻头的磨损分级标准。

表2镶齿磨损分级

2、轴承的磨损分级：轴承的磨损分级也是在三个牙轮中晃动最为严重的一个牙轮进行评定，它分为普遍轴承和密封轴承两种。

表3普遍轴承磨损分级

表4密封轴承磨损分级

3、钻头直径磨损及其他部位鉴定。钻头直径磨损用代号“J”表示，在它的右下角为数字表示直径磨损的毫米数，如J2表示直径磨损小于2mm。

表4牙轮钻头的磨损分级记录

第三节三牙轮钻头的操作要点

1、操作要点

⑴. 钻头到井后要检查产品合格证，生产日期，厂家，钻头卡片编号是否与钻头本体钢印号一致。

⑵. 钻头入井前要严格检查外观，测量钻头外径。连接螺纹应符合API标准，无损伤，牙齿和密封件好，牙轮不互碰、焊缝无裂纹、气孔、喷嘴尺寸选择合适，安装正确，检查结果要作好记录，发现有问题的钻头不能下井使用。

⑶. 安装喷嘴时应保证喷嘴和壳体清洁，严禁用锤子敲打，以免损坏喷嘴和密封圈。

⑷. 钻头上扣时要使用适合的装卸器，以免损坏喷嘴和钻头体。

⑸. 下钻前应校正指重表，下钻操作应平稳，特别在使用镶齿钻头时，应适当控制下钻速度。在硬地层井段，井斜大和井径不规则井段要特别小心，以免钻头碰击井壁，引起镶齿折断和掌尖损坏。导致密封早期失效。

⑹. 钻头下钻接近井底，或接单根后下放钻具时，速度不应过快，更不允许突然刹车，以免井下钻具由于惯性作用冲击井底，损坏合金齿或牙轮。

⑺. 新钻头下钻到距井底3米处（可视井底沉砂多少而定），要充分循环钻井液，距井底1米左右时旋转下放到井底。钻头刚接触到井底时要轻压慢转一段时间因为旧钻头形成的井底与新钻头底面形状往往不相吻合，新钻头的少数牙齿首先接触井底，形成早期应力集中，很大的冲击载荷使牙齿折断，折断的牙齿在井下又会损坏其它牙齿，导致钻头早期损坏，另外钻头在修整井底的同时，轴承也进行了跑合，使密封良好。轻压慢转中跑合时间主要由该井使用的上一只钻头磨损情况定，一般不少于30分钟。

⑻. 任何情况下都不允许加压启动转盘。

⑼. 钻头转数应控制在推荐范围内，以免因相对线速度过大，磨擦副出现高温咬合或“Ｏ”型圈先期损坏。

⑽. 钻进中，加压必须均匀，不允许间断加压，更应严防溜钻。

⑾. 加压钻进中，钻具需要停止转动时，应待指重表恢复原悬重后，才能摘出转盘离合器，以防止钻具扭转数圈后突然停转而恢复原长度，形成相当大的附加钻压而损伤钻头。

⑿. 为避免在硬地层钻进时产生过大的冲击和震动，导致钻头镶齿破碎，应安装减震器。同时，为避免钻进时因钻柱摆动，而使钻压加在一个或两个牙轮上，牙轮齿受力过大易折断，应在钻柱上使用稳定器。

2、三牙轮钻头使用注意事项

⑴. 镶齿钻头必须在井底干净，井下无落物时方能下井使用。井下有硬物撞碰，合金齿很易折断，而断掉的合金齿又会损坏其他牙齿和牙轮基体，使钻头早期损坏。

⑵. 井眼缩小或井下复杂，需要长井段划眼时，不能使用镶齿钻头，因为扩眼使牙轮的外排齿受到井壁的较大反力，造成牙轮背锥及牙掌尖磨损，使钻头缩径、密封圈早期失效，轴承提前损坏甚至发生牙轮破裂落井事故。

⑶. 当地面设备有损坏，功率不足，管线刺漏，指重表不灵以及钻井液性能不符合要求或净化装置达不到预期效果时，都不应下入镶齿钻头，以免井下事故造成经济损失。

⑷. 禁止在钻头上加热（如焊接、煮沸、火烤）等，以免因高温损害密封圈，导致密封早期失效或喷嘴落井。

⑸. 钻井液性能必须满足高压喷射钻井的要求。尤其严格控制钻井液的含砂量，以免通过喷嘴的高速钻井液中的硬颗粒刺坏钻头体。

⑹. 新钻头不能用油浸泡或强行活动牙轮。

讨论：如何使用牙轮钻头？

第四节 PDC钻头（金刚石钻头）

1、PDC与金刚石钻头的区别；

2、金刚石钻头的结构；

3、PDC钻头的结构与特征；

①.结构：PDC钻头由钻头体与切削齿组成。