钻头讲义PPT课件
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
钻头
计划4学时
1
目的
钻头的结构（刮刀、牙轮、PDC) 钻头的破岩原理 重点掌握三牙轮钻头的运动分析及 破岩原理
2
钻头授课内容
石油钻井用钻头类型 刮刀钻头(Drag bit) 牙轮钻头(Cone rolling bit)
三牙轮钻头的结构 牙轮钻头的破岩原理 牙轮钻头的合理使用
3
钻头的 类型
金刚石钻头
对于极软到中硬地层的钻头，一般兼有 移轴、超顶和复锥；中硬或硬地层钻头 有超顶和复锥。极硬地层，所选钻头为 纯滚动（单锥、不超顶、不移轴）。
28
牙轮钻头的结构和类型
钻头直径 牙轮的轴线偏移量
软地层、高塑性的岩层，偏移值要大 硬地层、低塑性的岩层，偏移值要小 极硬地层、高研磨性地层，无偏移量
牙轮轴线与钻头轴线的夹角=51°-55°
20
21
22
牙轮移轴方式
23
24
y
(x,y)
r Vy V
V r (V Vx Vy)
y Vx
x
x
Vy r • cos r • x x
r
Vx r •sin r • y y
r
26
27
牙轮钻头破岩机理
由移轴所引起的轴向滑动可以剪切掉齿 圈间的岩石，而超顶和复锥所引起的切 向方向上的滑动可以剪切掉同一齿圈相 邻牙齿破碎坑之间的岩石。滑动增加了 牙齿的磨损。
10
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
11
铣齿
铣
齿
牙轮
钻
头
喷嘴
丝扣
巴
12
13
镶齿 牙轮 喷嘴 丝扣
镶 齿 钻 头 巴掌
14
15
牙轮钻头的破岩机理
牙轮钻头在井底工作的复合运动
40
牙轮钻头的牙齿（铣齿）
铣齿牙轮钻头的牙齿与牙轮壳体成一体， 它是由牙轮毛坯经过铣削加工形成，为了 提高牙齿的耐磨性，在齿面上敷焊硬质合 金粉。 铣齿的齿型主要是楔形齿。外排保径齿可 作成型、T型、L形。
41
牙轮钻头的牙齿（镶齿）
楔形齿
适用于破碎具有高塑性的软地层以及中硬地 层，齿尖角同65－90不等，齿尖角小的适 合软地层，齿尖角大的适合较硬的地层。
天然金刚石钻头（ＮＤ） 人造聚晶金刚石钻头（ＰＤＣ） 热稳定聚晶金刚石钻头（ＴＳＰ）
特殊用途钻头
取心钻头(Coring bit) 扩眼钻头(reamer)
4
刮刀钻头(Drag bit)
5
刮刀钻头
刮刀钻头的结构
刀翼百度文库构角（刃尖角、切削角、刃前角、刃 后角）
刀翼底部的几何形状
平底 正阶梯 反阶梯 反锥型
软地层角较大，硬地层角较小
29
牙轮移轴方式
30
31
牙轮的形状及布置
牙轮的几何形状及尺寸
主锥角、副锥角、牙轮总高 牙轮最大外径、背锥角
牙轮的布置
非自洗式 自洗不移轴 自洗移轴
32
33
牙轮布置方式
34
牙轮上牙齿的布置
钻头每转一周中，牙齿应全部破碎井底 牙轮在重复滚动时应使牙齿不致落入别 的齿已破碎的旧坑内。 各牙轮齿圈上的牙齿数应使每齿均匀地 承担破碎井底岩石的任务。所以外圈齿 数应多些，内圈齿应少些。
钻头的公转（牵连速度） 牙轮绕牙轮轴的自转（相对运动） 轮齿相对于岩石的滑动切削速度 钻头的纵向振动
16
17
钻头的冲击、压碎作用
钻进时，钻头上承受的钻压经牙齿作用在 岩石上，除此静载外，还有因钻头纵向振 动造成的冲击载荷。生日送什么礼物好 钻头的冲击载荷有利于破碎岩石，但也会 使钻头轴承过早破坏，使牙齿特别是硬质 合金齿崩碎，造成钻柱的疲劳失效。因此 ，在钻井中，特别是钻硬地层时，要使用 减震器。
43
牙轮钻头的牙齿（镶齿）
平顶性齿： 齿形园柱体，端部有倒角，只用在牙轮 的背锥上，以防止牙轮背锥磨损，从而 维持规径大小。 斜楔形齿：基本是楔形，但齿刃部分为 一端窄 ，一端宽。用在中硬到软地层 钻头的外排齿上。宽的一边耐磨性大， 装在钻头外缘，以切削井壁防止钻头磨 小。
44
牙轮钻头牙齿破岩机理
18
牙轮钻头的冲击作用
19
牙轮钻头的剪切作用
通过牙轮在井底滚动的同时产生轮齿对井 底岩石的滑动来实现。产生滑动的三个因 素：超顶、复锥和移轴。
超顶引起的滑动（滑动方向垂直于牙轮母线 、即沿切线方向） 移轴引起的滑动（滑动方向沿牙轴） 复锥引起的滑动 怎样送礼 复锥牙轮包括主锥和副锥如主锥 顶与钻头中心重合，则副锥顶必是超顶的， 超顶引起切线方向上的滑移。
35
一般原则
长而稀疏的钢齿用来钻进软地层，稀疏 布齿有利于钻头的清洗。 密而短的镶齿适合于钻硬地层。
36
37
38
39
牙轮钻头的牙齿
对于牙齿的基本要求是破岩效率高、寿命 长。为满足这一要求，一是牙齿的几何形 状要合理；二是齿的材料要耐磨并有足够 的强度。 目前牙轮钻头的牙齿有铣齿（也称钢齿） 和硬质合金齿（简称镶齿）两大类。
锥形齿： 分单锥各双锥两种，以压碎方式破碎岩石 ，60－70中等锥形齿用来钻中硬地层， 如灰岩、白云岩。90锥及120双锥型齿 适用于研磨性高的坚硬地层，如硬砂岩、
42
牙轮钻头的牙齿（镶齿）
三棱齿： 在双锥形齿的锥面上每隔120削出一个 平面而成，适用于硬脆地层和软、塑性 地层的交错层。 球形齿：强度和耐磨性较高，以压碎和 冲击的方式破碎高研磨性的坚硬地层， 如燧石、石英岩、玄武岩、花岗岩。 抛射体形齿：它是环形齿的变形，齿较 高但有一定强度，适用高研磨性的坚硬
外力超过岩石的抗压强度后，钻头齿下 形成细岩粉的楔子 增大外力，楔中的岩石发生剪切破坏。 形成破碎区 由于压差的不同，岩石表现出的同的破 坏特性。
45
46
47
48
牙轮钻头的轴承
结构：三副承受径向载荷的轴承
滚柱－滚珠－滑动 滚柱－滚珠－滚柱
工 作 条 件 和 磨 损 ： 承 压 （ 钻 压 60-70% ） ，承受冲击载荷（牙轴颈） 磨损：泥浆中的杂质、液体介质的性质 对轴承的磨损影响较大。 轴承的储油润滑和密封
6
刮刀钻头的破岩原理
7
8
刮刀钻头的破岩机理
塑性岩石 塑脆性岩石生日礼物送什么最好
刀翼向前推井碰撞刃前岩石 刀翼在扭力Ｔ作用下压碎前方的岩石，使其 产生小剪切破碎施转力增大。 当扭力增大到极限值时，岩石沿剪切面产生 大剪切破碎，然后扭力突然减小。
9
刮刀钻头
刮刀钻头适用的地层 泥岩及页岩等软地层 参数配合 增加转速，适当减小钻压，提高排量
计划4学时
1
目的
钻头的结构（刮刀、牙轮、PDC) 钻头的破岩原理 重点掌握三牙轮钻头的运动分析及 破岩原理
2
钻头授课内容
石油钻井用钻头类型 刮刀钻头(Drag bit) 牙轮钻头(Cone rolling bit)
三牙轮钻头的结构 牙轮钻头的破岩原理 牙轮钻头的合理使用
3
钻头的 类型
金刚石钻头
对于极软到中硬地层的钻头，一般兼有 移轴、超顶和复锥；中硬或硬地层钻头 有超顶和复锥。极硬地层，所选钻头为 纯滚动（单锥、不超顶、不移轴）。
28
牙轮钻头的结构和类型
钻头直径 牙轮的轴线偏移量
软地层、高塑性的岩层，偏移值要大 硬地层、低塑性的岩层，偏移值要小 极硬地层、高研磨性地层，无偏移量
牙轮轴线与钻头轴线的夹角=51°-55°
20
21
22
牙轮移轴方式
23
24
y
(x,y)
r Vy V
V r (V Vx Vy)
y Vx
x
x
Vy r • cos r • x x
r
Vx r •sin r • y y
r
26
27
牙轮钻头破岩机理
由移轴所引起的轴向滑动可以剪切掉齿 圈间的岩石，而超顶和复锥所引起的切 向方向上的滑动可以剪切掉同一齿圈相 邻牙齿破碎坑之间的岩石。滑动增加了 牙齿的磨损。
10
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
11
铣齿
铣
齿
牙轮
钻
头
喷嘴
丝扣
巴
12
13
镶齿 牙轮 喷嘴 丝扣
镶 齿 钻 头 巴掌
14
15
牙轮钻头的破岩机理
牙轮钻头在井底工作的复合运动
40
牙轮钻头的牙齿（铣齿）
铣齿牙轮钻头的牙齿与牙轮壳体成一体， 它是由牙轮毛坯经过铣削加工形成，为了 提高牙齿的耐磨性，在齿面上敷焊硬质合 金粉。 铣齿的齿型主要是楔形齿。外排保径齿可 作成型、T型、L形。
41
牙轮钻头的牙齿（镶齿）
楔形齿
适用于破碎具有高塑性的软地层以及中硬地 层，齿尖角同65－90不等，齿尖角小的适 合软地层，齿尖角大的适合较硬的地层。
天然金刚石钻头（ＮＤ） 人造聚晶金刚石钻头（ＰＤＣ） 热稳定聚晶金刚石钻头（ＴＳＰ）
特殊用途钻头
取心钻头(Coring bit) 扩眼钻头(reamer)
4
刮刀钻头(Drag bit)
5
刮刀钻头
刮刀钻头的结构
刀翼百度文库构角（刃尖角、切削角、刃前角、刃 后角）
刀翼底部的几何形状
平底 正阶梯 反阶梯 反锥型
软地层角较大，硬地层角较小
29
牙轮移轴方式
30
31
牙轮的形状及布置
牙轮的几何形状及尺寸
主锥角、副锥角、牙轮总高 牙轮最大外径、背锥角
牙轮的布置
非自洗式 自洗不移轴 自洗移轴
32
33
牙轮布置方式
34
牙轮上牙齿的布置
钻头每转一周中，牙齿应全部破碎井底 牙轮在重复滚动时应使牙齿不致落入别 的齿已破碎的旧坑内。 各牙轮齿圈上的牙齿数应使每齿均匀地 承担破碎井底岩石的任务。所以外圈齿 数应多些，内圈齿应少些。
钻头的公转（牵连速度） 牙轮绕牙轮轴的自转（相对运动） 轮齿相对于岩石的滑动切削速度 钻头的纵向振动
16
17
钻头的冲击、压碎作用
钻进时，钻头上承受的钻压经牙齿作用在 岩石上，除此静载外，还有因钻头纵向振 动造成的冲击载荷。生日送什么礼物好 钻头的冲击载荷有利于破碎岩石，但也会 使钻头轴承过早破坏，使牙齿特别是硬质 合金齿崩碎，造成钻柱的疲劳失效。因此 ，在钻井中，特别是钻硬地层时，要使用 减震器。
43
牙轮钻头的牙齿（镶齿）
平顶性齿： 齿形园柱体，端部有倒角，只用在牙轮 的背锥上，以防止牙轮背锥磨损，从而 维持规径大小。 斜楔形齿：基本是楔形，但齿刃部分为 一端窄 ，一端宽。用在中硬到软地层 钻头的外排齿上。宽的一边耐磨性大， 装在钻头外缘，以切削井壁防止钻头磨 小。
44
牙轮钻头牙齿破岩机理
18
牙轮钻头的冲击作用
19
牙轮钻头的剪切作用
通过牙轮在井底滚动的同时产生轮齿对井 底岩石的滑动来实现。产生滑动的三个因 素：超顶、复锥和移轴。
超顶引起的滑动（滑动方向垂直于牙轮母线 、即沿切线方向） 移轴引起的滑动（滑动方向沿牙轴） 复锥引起的滑动 怎样送礼 复锥牙轮包括主锥和副锥如主锥 顶与钻头中心重合，则副锥顶必是超顶的， 超顶引起切线方向上的滑移。
35
一般原则
长而稀疏的钢齿用来钻进软地层，稀疏 布齿有利于钻头的清洗。 密而短的镶齿适合于钻硬地层。
36
37
38
39
牙轮钻头的牙齿
对于牙齿的基本要求是破岩效率高、寿命 长。为满足这一要求，一是牙齿的几何形 状要合理；二是齿的材料要耐磨并有足够 的强度。 目前牙轮钻头的牙齿有铣齿（也称钢齿） 和硬质合金齿（简称镶齿）两大类。
锥形齿： 分单锥各双锥两种，以压碎方式破碎岩石 ，60－70中等锥形齿用来钻中硬地层， 如灰岩、白云岩。90锥及120双锥型齿 适用于研磨性高的坚硬地层，如硬砂岩、
42
牙轮钻头的牙齿（镶齿）
三棱齿： 在双锥形齿的锥面上每隔120削出一个 平面而成，适用于硬脆地层和软、塑性 地层的交错层。 球形齿：强度和耐磨性较高，以压碎和 冲击的方式破碎高研磨性的坚硬地层， 如燧石、石英岩、玄武岩、花岗岩。 抛射体形齿：它是环形齿的变形，齿较 高但有一定强度，适用高研磨性的坚硬
外力超过岩石的抗压强度后，钻头齿下 形成细岩粉的楔子 增大外力，楔中的岩石发生剪切破坏。 形成破碎区 由于压差的不同，岩石表现出的同的破 坏特性。
45
46
47
48
牙轮钻头的轴承
结构：三副承受径向载荷的轴承
滚柱－滚珠－滑动 滚柱－滚珠－滚柱
工 作 条 件 和 磨 损 ： 承 压 （ 钻 压 60-70% ） ，承受冲击载荷（牙轴颈） 磨损：泥浆中的杂质、液体介质的性质 对轴承的磨损影响较大。 轴承的储油润滑和密封
6
刮刀钻头的破岩原理
7
8
刮刀钻头的破岩机理
塑性岩石 塑脆性岩石生日礼物送什么最好
刀翼向前推井碰撞刃前岩石 刀翼在扭力Ｔ作用下压碎前方的岩石，使其 产生小剪切破碎施转力增大。 当扭力增大到极限值时，岩石沿剪切面产生 大剪切破碎，然后扭力突然减小。
9
刮刀钻头
刮刀钻头适用的地层 泥岩及页岩等软地层 参数配合 增加转速，适当减小钻压，提高排量