【5A版】钻头钻柱及井口工具.doc

7A版优质实用文档钻头、钻柱及井口工具第一节 刮刀钻头 1第二节 牙轮钻头 1第三节 金刚石钻头 8第四节 PDC钻头 11第五节 钻柱及其受力情况 15第六节 钻柱的损坏及合理使用 16第七节 井口工具 18钻头是破碎岩石形成井眼的主要工具，可根据其结构、功用及原理进行分类，现场常用的钻头有刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头、PDC钻头等第一节 刮刀钻头刮刀钻头是旋转钻井法中最早使用的钻头，它的结构简单，制造方便，在泥岩、疏松的砂岩、泥质砂岩、页岩等低硬度、高塑性地层中钻进，可得到较高的机械钻速和钻头进尺，并且各油田均能自己设计和制造刮刀钻头按刀片的数量不同可分为两翼刮刀钻头、三翼刮刀钻头、四翼刮刀钻头等最常用的是三翼刮刀钻头由于刮刀钻头需要扭拒大，容易扭断钻具目前已经很少使用第二节 牙轮钻头牙轮钻头是石油钻井中使用最广泛的钻头这是由于牙轮钻头旋转时具有冲击、压碎和剪切破碎岩石的作用，牙齿与井底的接触面积小，比压高、工作扭矩小、工作刃总长度大等因而使牙轮钻头能适用于多种性质的岩石，成为使用最广泛的钻头牙轮钻头可按牙轮数目的多少分为单牙轮钻头，双牙轮钻头、三牙轮钻头和多牙轮钻头等。

目前普遍使用的是三牙轮钻头一、三牙轮钻头的结构三牙轮钻头可分为五个部分，即钻头体、巴掌、牙轮、轴承和水眼密封喷射式钻头除上述基本部分外，还有储油补偿系统1、钻头体钻头体上部车有丝扣用于连接钻柱，下部带有巴掌钻头体上镶装喷嘴牙轮钻头可分为有体式和无体式两类钻头体与巴掌分别制造，然后将巴掌焊接在钻头体下侧的叫做有体式钻头，这种钻头的上部丝扣均为母扣；巴掌与三分之一钻头体做为一体，然后将三部分合焊在一起的叫做无体式钻头，无体式钻头均为公扣2、巴掌巴掌与牙轮轴相连，上面有轴颈，用于支承牙轮3．牙轮牙轮是一个外面带有牙齿，内腔加工成与轴颈相对应的滚动体跑道（或滑动磨擦面）的锥体，分单锥与复锥两种结构，如图5-5所示仅有主锥和背锥两个不同锥度的牙轮叫单锥牙轮，适用于硬或研磨性较强的地层；除主、背锥外还有1～2个副锥的牙轮叫复锥牙轮，适用于软或中硬地层牙轮表面的牙齿，由牙齿毛胚铣削加工或钻孔镶嵌两种方式制成牙齿是钻头破岩的主要元件由牙轮毛胚铣削加工而成的牙齿叫铣齿，这种钻头叫铣齿钻头将金属材料加工成一定形状的牙齿，镶嵌并固定在轮壳上的钻头叫镶齿钻头]4、轴承牙轮钻头的轴承结构有滚动轴承和滑动轴承两种。

目前广泛采用大轴承滑动副一滚珠轴承—第二道止推一小轴滑动副的滑动密封轴承结构其类型有四种：（1）普通滑动轴承，目前国产镶齿密封滑动轴承喷射钻头，大多采用这种类型的结构；（2）带固定衬套的滑动轴承；（3）带浮动补套的滑动轴承；（4）简易滑动轴承5、水眼牙轮钻头在牙轮之间设计有水眼，根据需要可在水眼内安装不同类型、不同直径和不同数量的喷嘴二、破岩机理牙轮钻头是依靠牙轮绕钻头轴线的公转与牙轮绕自身轴线的自转所产生的冲击压碎作用和滑动剪切作用来破碎岩石的1、冲击压碎作用牙轮钻头在井底工作时，由钻头纵振所产生的，轮齿对岩石的冲击压碎作用，是牙轮钻头破碎岩石的主要方式旋转钻头时，牙齿以一定速度冲击压入岩石，这一破碎方式与静压入破碎试验特点相似，牙齿压入岩石需要足够的比压与接触时间因此，牙轮钻头的牙齿作用在岩石上的轴向载荷包括静压及冲击载何两部分加给钻头的钻压为静压部分；冲击载荷是由钻头在井底旋转时产生纵振，使钻头—钻柱系统不断地压缩与伸张，下部钻柱把这种周期的弹性变形能传递给牙轮而产生的，这就是钻头破碎岩石时牙齿冲击压力的来源加大钻头牙齿对地层的冲击压力，就能提高破碎岩石的效率2、滑动剪切作用在塑性较高的岩石中，除了要求牙齿对井底岩石有冲击压碎作用外，还要求牙齿对地层有一定的滑动作用，使牙齿对岩石进行剪切，以扩大岩石的破碎效果，这一点在软地层钻进时显得很重要。

使牙轮在井底滚动时产生滑移的措施有超顶、复锥和移轴1）超顶超顶就是指牙轮的锥顶超过钻头的中心线锥顶超过中心线的距离叫做超顶距超顶距越大滑动量就越大，超顶在切线方向上产生了滑动，剪去了牙轮每个齿圈上齿与齿之间的岩石2）复锥复锥导致牙轮在切线方向产生滑动，同超顶一样也剪去了牙轮每个齿圈上齿与齿之间的岩石3）移轴移轴就是指牙轮轴线相对于钻头轴线平移了一段距离这段距离叫做移轴距如果移轴距越大，牙轮的滑动量就越大，剪切作用也就越大，移轴使牙齿产生了轴向滑动，剪去了牙轮上齿圈之间的岩石3、牙齿本身的剪切作用牙齿在轴向压力（钻压）的作用下吃入岩石时，牙齿的楔形面就对与其接触的岩石产生了一个水平剪切力，岩石沿剪切面发生了剪切破碎，随着牙齿的移动而将已破碎的岩石剔出，这就是牙齿本身对岩石的剪切作用表5-1 国产三牙轮钻头型式代号类别型式名称型式代号全称简称铣齿钻头普通轴承三牙钻头普通钻头Y普通轴承喷射式三牙轮钻头喷射钻头P密封滚动轴承喷射式三牙轮钻头密封喷射钻头MP密封滚动轴承喷射式保径三牙轮钻头密封喷射保径钻头MPB密封滑动轴承三牙轮钻头滑动钻头H密封滑动轴承喷射式三牙轮钻头滑动喷射钻头HP密封滑动轴承喷射式保径三牙轮钻头滑动喷射保径钻头HPB镶齿钻头镶齿密封滚动轴承喷射式三牙轮钻头镶齿密封喷射钻头GMP镶齿密封滑动轴承三牙轮钻头镶齿滑动钻头GH镶齿密封滑动轴承喷射式三牙轮钻头镶齿滑动喷射钻头GHP三、三牙轮钻头系列1、国产三牙轮钻头系列（1）根据钻头的结构特征分成铣齿和镶齿两大类，10种型式，如表5-1所示。

2）按照所钻地层的软硬程度，各种型式的钻头分成七个品种，见表5-2表5-2 国产三牙轮钻头品种代号地层软硬极软软中软中中硬硬极硬品种代号1234567（3）型号表示方法 品种代号型式代号钻头直径，mm例：直径为215.9mm、镶硬质合金齿、滑动密封轴承、喷射式水眼，用于中软地层的钻头代号应为：215.9 GHP3四、三牙轮钻头的合理使用1、合理选择钻头类型（1）根据所钻地层岩性，选择钻头类型遵循以下原则：a.在浅井段岩石胶结疏松，主要考虑钻头的钻速和防止泥包；b.在深井段由于起下钻行程长，主要考虑钻头的进尺；c.出井钻头外排齿严重磨损时，宜选用带有保径齿的钻头；d.在易斜井段宜选用滑移量小牙齿多而短的钻头；e.在选用镶齿钻头时，宜用楔形齿钻头；f.钻石灰岩时，宜用双锥齿、抛射体形齿钻头；g.地层泥页岩较多或钻井液密度较大时，宜选用具有较大滑移量的钻头；h.地层为灰岩、砂岩，宜选用滑移量较小的钻头；i.在钻坚硬及高研磨的地层时，宜用纯滚动的球齿、双锥齿钻头常用钻头与适用地层见表5-32）优选钻头水力参数应优先选用加长喷嘴和不等径组合喷嘴钻头。

表5-3 钻头类型与适用地层对照表类别系列适用地层岩性钻头类型标准滚柱轴承密封滚柱保径密封滑动轴承密封滑动保径铣齿1低抗压强度的高可钻性软地层粘土、泥岩、页岩、疏松砂岩、石膏Y1，P1，R1HP1，J1Y2，P2，R2HP2，J2JD2R3GDGJ3JD3Y3、P3MPB3HP3HPB32高抗压强度的中到中硬地层砂岩、页岩、泥岩、白垩岩等Y4，P4，R4GDV，MPB4HP4，J4HPB4，JD4DR53半研磨性或研磨性的硬地层白去砂岩、砂质泥岩、石英岩Y5，P5MP5HP5，J7HPB5Y6，P6HP6R7，DR7R8J8JD8镶齿4低抗压强度的高可钻性软地层泥岩、石膏、疏松砂岩等J11G11GHP1，J11C5低抗压强度的软到中地层泥岩、页岩、石膏、软石灰岩等J22G22GHP2，J22CGHP3，J33G33J33C6高抗压强度的中硬地层页岩、砂岩、白云岩、石灰岩GHP4，J44G44GHP5，J55RJ55G55RGHP5A7半研磨性或研磨性的硬地层石英砂岩、硬白云岩、石灰岩等G55GHP6，J778研磨性的极硬地层石英岩、花岗岩、玄武岩、火山岩GHP7，J99表5-8 上海第一石油机械厂推荐的钻头钻压与转速值钻头系列Y，PMP,MPB,HP,HPBGHP钻头型式钻头直径mm钻压N/mm转速r/min钻压N/mm`转速r/min钻压N/mm转速r/min1＞190550～800140～90550～800140～902＜175＞190350～450550～850140～90140～90350～450550～850120～60400～500500～800150～603＜175＞190350～450600～850140～90125～70350～450600～850100～50400～500500～800100～404＜175＞190350～450650～900140～90100～45350～450650～90080～6070～50400～500500～80070～5060～405＜175＞190350～450650～900140～9080～45350～450650～90080～6070～50400～500550～85070～5060～406＜ 175＞190350～450650～950140～9080～45400～500550～85070～5060～407＜175＞190400～500550～65070～5060～402.钻头入井前的检查（1）检查所选的钻头型号，直径是否符合要求；（2）仔细察看钻头丝扣、焊缝、牙齿是否完好；（3）检查喷嘴是否装牢，水眼应畅通；用手转动牙轮，轴承密封应完好；钻头的压力补偿系统应完好，卸压孔应无堵塞。

3.钻头入井时注意事项（1）钻头丝扣清洗后涂上专用丝扣油；（2）选用合适的装卸器，钻头放进装卸器时不得猛顿；（3）紧扣时按规定扭矩上紧；（4）下钻操作要平稳，遇阻不得硬压镶齿钻头下钻要慢，以免在硬地层及井眼不规则处碰坏合金齿；（5）下钻遇阻划眼时，应记下井深、划眼情况及时间，以便于判断遇阻原因，控制工作时间；表5-9 四川石油管理局总机修厂推荐的钻头钻压和转速值地 层转速,r/min。