牙轮钻头现场应用

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牙轮钻头

    从1909年第一只牙轮钻头问世后，牙轮钻头便在全世界范围内得到了最广泛的应用。三牙轮钻头是目前旋转钻井作业中使用地最普遍的钻头。 这种类型的钻头具有不同的牙齿设计和轴承结类型，因此能够适应各种类型地层。在钻井作业中，根据所钻地层性质正确选用合适结构的牙轮钻头，就可获得令满意的钻进速度和钻头进尺。

    1）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

     2）牙轮钻头的工作原理

    牙轮钻头在井底工作时，钻头整体围绕钻头轴线旋转称之为公转，三个牙轮则依其自己的轴线在井底滚动称之为自转。钻头承受的钻压通过牙齿作用在岩石上，使岩石破碎（压碎作用）。 牙轮在滚动过程中，以单齿、双齿交替接触井底，牙轮中心的位置忽高忽低，使钻头产生纵向振动。这种纵向振动使钻柱不断压缩与伸张，下部钻柱把这种周期性变化的弹性变形能通过牙齿转化为对地层的冲击作用力用以破碎岩石。这种冲击、压碎作用是牙轮钻头破碎岩石的主要方式。

    牙轮钻头除了对井底岩石产生冲击、压碎作用外，还对井底岩石产生剪切作用。牙轮在井底滚动的同时还产生牙齿对井底的滑动，牙齿的滑动对井底岩石形成剪切作用， 像刮刀钻头那样刮削井底。牙齿的滑动主要是由牙轮的超顶、副锥和移轴布置引起的。牙轮的超顶布置复锥牙轮引起切线方向的滑动， 牙轮的移轴布置则引起轴向方向的滑动。一般地，钻软到中硬地层的钻头兼有超顶、复锥和移轴；钻中硬到硬地层的钻头在设计上有超顶和复锥；钻极硬和研磨性较强地层的钻头常采用单锥牙轮，不超顶也不移轴。

    3）牙轮钻头的分类及选用

    牙轮钻头生产厂商众 多，这些钻头厂商提供了多种类型和结构的钻头。为了便于牙轮钻头的选择和使用， 国际钻井承包商学会(IADC)制定了全世界统一的牙轮钻头分类标准及编号方法。

    IADC规定，每一类钻头用三位数字代表，个数字意义如下：

    第一位数字表示牙齿类型及适钻地层：

    1- 铣齿，软地层；

    2- 铣齿，中到中硬地层；

    3- 铣齿，硬、研 磨性或半研磨性地层；

    4- 备用；

    5- 镶齿，软到中等地层；

    6- 镶齿，中硬地层；

    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。

    第二位数字表示所钻地层再细分为1，2，3，4四个硬度等级。

    第三位数字表示钻头的结构特征：

    1- 无密封滚动轴承；

    2- T型外排齿保径；

    3- 规 径上有镶齿保径；

    4- 密封滚动轴承；

    5- 密封滚动轴承，规径上有镶齿保径；

    6- 密封滑动轴承；

    7- 密封滑动轴承，规径上有镶齿保径；

    8- 定向井造斜钻头；

    9- 其它。

    牙轮钻头的特点

    优点：

    1.冲击和剪切双重作用破岩，既有牙齿的冲击又有滑动引起的剪切，破岩效率高。

    2.适应地层范围广，适合在所有地层中钻进。

    3.钻头自洗效果好，不容易泥包。

    4.钻头成本较低。

    缺点：

    1、由于轴承的寿命和牙齿耐磨性的限制，钻头寿命相对较低；

    2、由于存在薄弱环节（如轴承密封与锁紧部位），经常会造成牙轮脱落，造成钻井事故；

    3、由于轴承在高转速下寿命较低，因此牙轮钻头不适合高转速，一般适合在200转/分以下；

    4、在高温条件下，钻头密封和润滑系统容易损坏，因而不适合高温地层；

    5、在小井眼中由于牙轮尺寸受到限制，寿命很低，因此不适合小井眼钻井；

    6、所需钻压相对较高，不适合在易斜地层使用。

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