中国石油大学《钻井工程》课件第二章.ppt

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第二章钻进工具;第一节钻头(DrillBit)

;3、工作指标

钻头进尺〔米〕

钻头工作寿命〔小时〕

机械钻速〔米/小时〕

单位进尺本钱〔元/天〕:;二、刮刀钻头(DragBit)

(一)刮刀钻头的结构

上钻头体、下钻头体〔分水帽〕、

刀翼、水眼。

?三刀翼的称三刮刀钻头

?两刀翼的称作两刮刀钻头或鱼尾

刮刀钻头

?四刀翼的称四刮刀钻头;?刀翼的结构

〔1〕刀翼的结构角

?刃尖角—刀翼尖端前后刃之间的交角。它反映了刀翼的锋利程度,越小,刃部越锋利,越容易吃入地层,但强度越低。

一般:软底层=8~10度

硬地层=12~15度

?切削角—刀翼前刃和水平面之间的夹角。在相同钻压下,越大,刀刃越容易吃入地层,但旋转扭矩大,剪切刃前岩石困难。

一般:松软地层:=70度;软地层:=70~80度;

中硬地层:=80~85度。

?刃后角:;刃后角必须大于井

底角

?刃前角:;〔2〕刀翼的背部形状

刀翼的厚度随距刀刃的距离增加而增厚,呈抛物线性以确保刀翼

的强度足以承受弯矩。

〔3〕刀翼底部形状:平底、正阶梯、反阶梯、反锥形;?破碎脆性岩石过程

刮刀钻头破碎脆性岩石的过程为:

碰撞压碎及小剪切大剪切

〔1〕碰撞:刃前岩石发生剪切破碎后,刀刃在旋转

扭矩下向前推进,碰撞刃前岩石。

〔2〕压碎及小剪切:扭转力增大,压碎刃前岩石,

产生小剪切破坏。

〔3〕大剪切:扭转力继续增大到某一极值,刃前岩

石沿剪切面破碎,而后扭转力突然减小。;三、刮刀钻头的应用

?刮刀钻头制造工艺简单,本钱低;

?刮刀钻头适用于软地层,钻速快,每米钻进本钱低

?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;

?刮刀钻头目前逐渐被PDC钻头取代。;三、牙轮钻头

〔一〕牙轮钻头的结构

牙轮钻头由钻头体、亚爪〔巴掌〕及牙轮轴、亚轮及牙齿、轴承、储油润滑密封??统、喷嘴等局部组成。;1、牙轮及牙齿

〔1〕牙轮

?20CrMo合金钢锥体,锥面铣齿或镶装质合金,内腔有

轴承跑道。

?单锥牙轮:主锥+背锥,硬地层

?复锥牙轮:主锥+副锥+背锥,软地层;〔2〕牙齿

铣齿—在牙轮锥面上直接铣出,楔形;;2、轴承

牙轮钻头轴承有大、中、小和止锥四副。根据轴承的密封与否,可分为密封和非密封两类。根据轴承的结构,可分为滚动轴承和滑动轴承两类。

?滚动轴承结构:滚柱—滚珠—滚柱—止推;

滚柱—滚珠—滑动—止推;

?滑动轴承结构:滑动—滚珠—滑动—止推;

滑动—滑动〔卡簧〕—滑动—止推;;3、储油润滑密封系统

储油润滑补偿系统

密封系统

橡胶密封圈、金属密封圈

工作原理:

;;4、喷嘴

钻井液流出钻头射向井底的流道,高压钻井液流经喷嘴后产生高速流动的水射流,去除井底岩屑,辅助破碎岩石。

三牙轮钻头一般安装3个喷嘴,直径7~13mm,用卡簧固定在水眼内,并用O形圈密封。;5、牙轮及牙齿的布置方式

?布齿原那么

〔1〕转一周牙齿全部破碎井底,不留下未被破碎的凸起;

〔2〕牙轮在重复滚动时应使牙齿不落入别的牙齿的破碎坑内;

〔3〕牙齿的磨损均匀。;?牙齿的布置方案

〔1〕非自洗无滑动布置:

各牙轮牙齿齿圈不嵌合,单锥、不超顶、不移轴,用于硬地层

〔2〕自洗不移轴布置:

各牙轮牙齿齿圈相互嵌合,副锥、超顶、不移轴,用于中硬地层

〔3〕自洗移轴布置:

各牙轮牙齿齿圈相互嵌合,副锥、超顶、移轴,用于软地层;;〔二〕、牙轮钻头工作原理

1、牙轮钻头在井底的运动

?公转:牙轮随钻头一起旋转。

?自传:牙齿绕牙轮轴线作逆时针方向旋转称为自传。

?滑动:牙轮齿相对于井底的滑动,包括径向〔轴

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