【钻井工程】牙轮钻头技术交流
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牙轮钻头技术交流内容
江钻技术开发部
一牙轮钻头工作原理与结构简介
二江钻牙轮钻头产品概述
三目前最新个性化产品
四四川油田钻头选型建议
五三牙轮钻头的使用
六国外钻头新技术简介
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一三牙轮钻头工作原理与结构简介
在石油钻井中,牙轮钻头使用最多,并能适应各种地层的钻井。牙轮与牙齿的运动,也决定牙齿对地层岩石的破碎作用。
(一)三牙轮钻头工作原理
1、钻头的公转
钻头绕自身轴线作顺时针方向旋转的运动叫公转。钻头的公转速度就是转盘或井下动力钻具的旋转速度。钻头公转时,牙轮也绕钻头轴线旋转,牙轮上各排
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牙齿绕钻头轴线旋转的线速度不同,外排齿的线速度最大。
2、钻头的自转
钻头旋转时,牙轮绕牙掌轴线作反时针旋转的运动叫自转。牙轮的自转速度决定于钻头的公转转速,并与牙齿对井底的作用有关,是岩石对牙齿的吃入破碎作用产生阻力作用的结果,在纯滚动条件下,牙轮自转的转速是钻头公转转速的1.5倍。
3、钻头的纵振(轴向振动)冲击压碎作用
钻头工作时,牙齿与井底的接触是单齿、双齿交替进行的。单齿着地时,牙轮的轮心处于最高位置,双齿着地时轮心下降。轮心位置的变化使钻头沿轴向作上下往复运动,就是钻头的纵向振动,它与牙齿的齿高、齿距等钻头结构参数及岩性有关。软地层振幅小,硬地层振幅大。振动频率与齿数和牙轮转速成正比。
4、钻头的滑动剪切破碎作用
破碎不同类型的岩石,要求钻头有不同的滑动量,滑动量由钻头结构参数决定。软地层钻头滑动量大,硬地层应尽量小或不滑动,避免牙齿早期损坏。但实际钻井中,即使设计的纯滚钻头仍然存在着滑动。
5、钻压对岩石破碎速度的影响
岩石的破碎过程分三个区段:Ⅰ表面破碎阶段、Ⅱ疲劳破碎阶段、Ⅲ体积破碎阶段。如下图左,表面破碎时,钻压远小于岩石硬度;随着钻压增大逐渐接近岩石的硬度,通过牙齿多次对岩石的冲击,使岩石出现微裂纹而产生体积破碎,为疲劳破碎;当钻压达到或超过岩石硬度时,牙齿每次冲击都能使岩石产生体积破碎,为体积破碎。当产生体积破碎时,机械钻速迅速增加。
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6、钻头转速对岩石破碎速度的影响
对于低塑性(大理石)和脆性(如花岗岩)岩石,机械钻速与钻头转速成正比;对于高塑性与多孔岩石(如白垩和多孔石灰岩),在低转速时,其相互关系已偏离直线(如上图右)。岩石的塑性系数越大,需要牙齿接触岩石的时间越长。当钻头型号选定后,对于具体岩层,存在一个最合理的钻压与转速的配合。(二)江钻三牙轮钻头的结构
1、钻头的结构特点
如下图左,三牙轮钻头是由牙掌、牙轮、轴承、锁紧元件、储油密封装置、切削齿和流道喷嘴水力结构等二十多种零部件组成。
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