石油钻井之钻头介绍

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1、主主 要要 内内 容容 钻头钻头 刮刀钻头刮刀钻头 牙轮钻头牙轮钻头 金刚石钻头金刚石钻头 PDC PDC钻头钻头 12345一、钻头一、钻头刮刀钻头刮刀钻头PDCPDC钻头钻头金刚石钻头金刚石钻头扩眼钻头扩眼钻头牙轮钻头牙轮钻头取心钻头取心钻头钻头钻头(Drilling Bit)(Drilling Bit)是石油钻井中用来破碎岩石以形成井眼是石油钻井中用来破碎岩石以形成井眼 的工具。我国常用钻头：的工具。我国常用钻头：# #按类型分为刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头和按类型分为刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头和PDCPDC钻钻头（又称复合片齿钻头）等四种；头（又称复合片齿钻头）等四种；按功用分为

2、全面钻进钻头、取心钻头和特殊工艺用钻头（按功用分为全面钻进钻头、取心钻头和特殊工艺用钻头（如扩眼钻头、定向造斜钻头等）。如扩眼钻头、定向造斜钻头等）。钻井中根据所钻地层性质合理选择和使用钻头，对提高钻钻井中根据所钻地层性质合理选择和使用钻头，对提高钻井速度具有重要的实际意义。井速度具有重要的实际意义。一、钻头一、钻头二、刮刀钻头二、刮刀钻头刮刀钻头是旋转钻井使用最早刮刀钻头是旋转钻井使用最早的一种钻头，从十九世纪开始采用的一种钻头，从十九世纪开始采用旋转钻井方法的时候就开始使用这旋转钻井方法的时候就开始使用这种钻头，而且直到现在某些油田仍种钻头，而且直到现在某些油田仍在使用。在使用。这种钻头主

3、要用在软地层和粘这种钻头主要用在软地层和粘软地层，具有很高的机械钻速和钻软地层，具有很高的机械钻速和钻头进尺。头进尺。刮刀钻头最大的优点是结构简刮刀钻头最大的优点是结构简单，制造方便，成本低，各油田可单，制造方便，成本低，各油田可自行设计和制造。自行设计和制造。 二、刮刀钻头二、刮刀钻头1 1、刮刀钻头的结构、刮刀钻头的结构刮刀钻头由钻头体、刮刀片、分水帽和喷刮刀钻头由钻头体、刮刀片、分水帽和喷嘴四部分组成。嘴四部分组成。钻头体是刮刀钻头焊接刮刀片和分水帽的钻头体是刮刀钻头焊接刮刀片和分水帽的本体，采用中碳钢材料加工而成。下端焊接本体，采用中碳钢材料加工而成。下端焊接刮刀片和分水帽，上端车有丝

4、扣和钻柱连接刮刀片和分水帽，上端车有丝扣和钻柱连接。刮刀片又称刀翼，是刮刀钻头主要工作部刮刀片又称刀翼，是刮刀钻头主要工作部件件二、刮刀钻头二、刮刀钻头2 2、刮刀钻头工作原理、刮刀钻头工作原理刮刀钻头以切削方式破碎岩刮刀钻头以切削方式破碎岩石。刮刀钻头在软的塑性地层工石。刮刀钻头在软的塑性地层工作时，其切削过程类似于刀具切作时，其切削过程类似于刀具切削软金属。刀片在钻压的作用下削软金属。刀片在钻压的作用下吃入地层，与此同时刀刃前面的吃入地层，与此同时刀刃前面的岩石在扭转力的作用下不断产生岩石在扭转力的作用下不断产生塑性流动，井底岩石被层层剥起塑性流动，井底岩石被层层剥起。 二、刮刀钻头二、刮

5、刀钻头刮刀钻头钻进脆性较大的地层时，破碎岩石的过程则分为碰撞刮刀钻头钻进脆性较大的地层时，破碎岩石的过程则分为碰撞、压碎及小剪切和大剪切三个阶段：、压碎及小剪切和大剪切三个阶段：（1 1）碰撞：刃前岩石破碎后，岩石对刀片的扭转阻力减小，）碰撞：刃前岩石破碎后，岩石对刀片的扭转阻力减小， 刀片向前推进，碰撞刃前岩石；刀片向前推进，碰撞刃前岩石；（2 2）压碎及小剪切：刀片在扭转力作用下压碎前方的岩石，）压碎及小剪切：刀片在扭转力作用下压碎前方的岩石， 使其产生小剪切破碎；使其产生小剪切破碎；（3 3）扭转力增大，刀片继续挤压前方岩石，当扭转力增大）扭转力增大，刀片继续挤压前方岩石，当扭转力增大

6、到到极限值时，岩石沿剪切面产生大剪切破碎，然后扭转力突然减小极限值时，岩石沿剪切面产生大剪切破碎，然后扭转力突然减小。碰撞、压碎及小剪切、大剪切这三个过程反复进行，形成刮刀碰撞、压碎及小剪切、大剪切这三个过程反复进行，形成刮刀钻头破碎塑脆性岩石的全过程。钻头破碎塑脆性岩石的全过程。 2 2、刮刀钻头的正确使用、刮刀钻头的正确使用二、刮刀钻头二、刮刀钻头刮刀钻头适用于软地层和粘软地层。钻进时需要适当控刮刀钻头适用于软地层和粘软地层。钻进时需要适当控制钻压与转速，注意防斜、防蹩、防止刀翼断裂。由于刮制钻压与转速，注意防斜、防蹩、防止刀翼断裂。由于刮刀钻头在软地层中的机械钻速较快，岩屑量较大，宜采用

7、刀钻头在软地层中的机械钻速较快，岩屑量较大，宜采用大排量钻进，充分清洗井底和冷却钻头。刮刀钻头钻进时大排量钻进，充分清洗井底和冷却钻头。刮刀钻头钻进时，刀翼外侧线速度较高，磨损速度较快，钻头容易磨损成，刀翼外侧线速度较高，磨损速度较快，钻头容易磨损成锥形，此时要特别注意防斜和防止井径缩小。锥形，此时要特别注意防斜和防止井径缩小。三、牙轮钻头三、牙轮钻头 三、牙轮钻头三、牙轮钻头从从19091909年第一只牙轮钻年第一只牙轮钻头问世后，牙轮钻头便在全头问世后，牙轮钻头便在全世界范围内得到了最广泛的世界范围内得到了最广泛的应用。三牙轮钻头是目前旋应用。三牙轮钻头是目前旋转钻井作业中使用地最普遍转钻

8、井作业中使用地最普遍的钻头。这种类型的钻头具的钻头。这种类型的钻头具有不同的牙齿设计和轴承结有不同的牙齿设计和轴承结构构类型，因此能够适应各种类型地层。在钻井作业中，根据类型，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，就可获得令所钻地层性质正确选用合适结构的牙轮钻头，就可获得令人满意的钻进速度和钻头进尺。人满意的钻进速度和钻头进尺。 三、牙轮钻头三、牙轮钻头1 1、牙轮钻头的结构、牙轮钻头的结构三牙轮钻头的基本结构：三牙轮钻头的基本结构： 钻头本体：有三片牙掌组装钻头本体：有三片牙掌组装焊接在一起焊接在一起, ,上部有连接丝扣。上部有连接丝扣。 牙轮：

9、由牙轮体和牙齿组成牙轮：由牙轮体和牙齿组成锥形的金属体。牙齿分锥形的金属体。牙齿分铣齿和镶齿两种类型铣齿和镶齿两种类型 轴承及其储油密封装置轴承及其储油密封装置 喷嘴喷嘴图13-1 三牙轮钻头的结构 三、牙轮钻头三、牙轮钻头2 2、牙轮钻头的工作原理、牙轮钻头的工作原理牙轮钻头在井底工作时，钻头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）。钻头在井底滚动（称之为自转）。钻头上承受的钻压通过牙齿作用在岩石上承受的钻压通过牙齿作用在岩石上，使岩石破碎（压碎作用）。上，使岩石

10、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。的位置忽高忽低，使钻头产生纵向振动。钻头在井底的纵向振动使钻钻头在井底的纵向振动使钻柱不断压缩与伸张，下部钻柱不断压缩与伸张，下部钻柱把这种周期性变化的弹性柱把这种周期性变化的弹性变形能通过牙齿转化为对地变形能通过牙齿转化为对地层的冲击作用力用以破碎岩层的冲击作用力用以破碎岩石。这种冲击、压碎作用是石。这种冲击、压碎作用是牙轮钻头破碎岩石的主要方牙轮钻头破碎岩石的主要方式。式。三、牙轮钻头三、牙轮钻头 牙轮钻头除了对井底岩石产生冲牙轮钻头

11、除了对井底岩石产生冲击、压碎作用外，还对井底岩石产击、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，的滑动对井底岩石形成剪切作用，象刮刀钻头那样刮削井底。牙齿的象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。牙轮的超顶布置移轴布置引起的。牙轮的超顶布置和复锥牙轮引起切线方向的滑动，和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牙轮的移轴布置则引起轴向方向的滑动。滑动。三、牙轮钻头三、牙轮钻头 三