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；
(2)在塑性地层(或岩石在应力作用下呈塑性的地层)，使前方的岩石内部发 生破碎或塑性流动。
钻头基本知识和选型
Technology Development Centre ( EOTDC).Southwest.Drilling company of Zhongyuan Petroleum Engineering Co.Ltd Sinopec
石油钻井钻头的分类
1. 三牙轮钻头
1.1. 三牙轮钻头图片
一、石油钻井钻头的分类
1. 三牙轮钻头
1.2. 三牙轮钻头工作原理
1.2.1．牙轮钻头在井底的运动 （1）公转 牙轮随钻头一起旋转。 （2）自转 牙齿绕牙轮轴线作逆时针方向旋转称自转。 （3）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。 （4）纵向振动 牙轮在滚动过程，其中心上下波动，使钻头做上下往复运动。
3.4. 热稳定聚晶金刚石钻头的破岩机理
Ballaset钻头以切削和磨削（研磨）方式破碎岩石。 (1)在钻进某些硬地层时，在钻压作用下压入岩石，使与聚晶金刚石接触的岩石
处于极高的应力状态而使岩石呈现塑性；
(2)在塑性地层(或岩石在应力作用下呈塑性的地层)，使前方的岩石内部发生破 碎或塑性流动。
(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。
3. 金刚石钻头
3.6. PDC钻头（Polycrystalline Diamond Compact Bit）
3. 金刚石钻头
3.6. PDC钻头破岩机理
➢1946年首次诞生了金刚石取心钻头 ➢1952生产出了全面钻进的金刚石钻头 ➢1960年开发出烧结式的孕镶式钻头 ➢1976年PDC钻头 ➢1979年偏心金刚石钻头 ➢1981年 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： --H-滑动轴承； --G-滚动轴承； --F-浮动轴承； ：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。 --A-橡胶密封； --J-金属密封； 第3个字母表示特殊结构。现主要有2种特殊结构： --T-特别保径； --S-副齿。 对于MD、HF、SWT、Q等系列钻头，其组合字母含义分别为： --MD-高速马达钻头系列，适用定向井、水平井、高温深井钻井； --HF-硬地层钻头系列，适用深井硬地层，如：火成岩、花岗岩； --SWT-高效钢齿钻头系列，适合高转速，软或中软地层钻进； --Q-气体钻井牙轮钻头系列，适用以气体作为循环介质的欠平衡钻井。
1. 三牙轮钻头 1.2. 2三牙轮钻头工作原理
三牙轮钻头破岩机理利用了 两种破岩方式的联合作用： 一是轴向冲击破岩， 二是回转刮削剪切破岩。
1.2．牙轮钻头的破岩作用 （1）冲击、压碎作用
纵向振动产生的冲击力和静压力（钻压）一起使牙齿对地层产生冲击、压碎 作用，形成体积破碎坑。
（2）滑动剪切作用 牙轮牙齿的径向滑动和切向滑动对井底地层产生剪切作用，破碎齿间岩石。
（3）射流的冲蚀作用 由喷嘴喷出的高速射流对井底岩石产生冲蚀作用，辅助破碎岩石。
2、单牙轮钻头
单牙轮钻头比三牙轮钻头更适用 于强度和塑性同时都大的地层， 同时又能适用于PDC钻头难于对付 的硬夹层和其他复杂地层，且结 构简单，轴承空间大，使用安全 可靠，钻头尺寸容易小型化， 现场使用效果良好。
单牙轮钻头可应用于增斜钻进，更适合稳斜钻进，更适 用于小井眼钻井。
金刚石钻头产品分类
PDC钻头
金
刚
石
Ballaset钻头
钻
头
天然金刚石钻头
孕镶金刚石钻头
PDC全面钻头 PDC取心钻头 PDC双心钻头
全面钻头 取心钻头 双心钻头 孕镶全面钻头 孕镶取心钻头
双心全面钻头 双心取心钻头
PDC钻头命名方式(以BEST钻头为例）
钻头命名---后缀
百施特公司钻头命名方式
百施特公司钻头命名方式
江汉牙轮钻头型号表示方法
1 三牙轮钻头型号表示方法 1.1 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 结构特征代号四部分组成。 示例： 8 1/2 HJ 537 Y 直径代号 附加结构特征代号 系列代号 IADC分类号
1.2 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。 示例：直径代号为8 1/2，表示钻头直径为8 1/2in、公制尺寸215.9mm。