钻头产品知识
一、常用钻头种类
1、概述
(1) 钻头类型：
*按结构及工作原理分类: 刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头
*按功能分类: 全面钻进钻头、取芯钻头、扩眼钻头
(2) 钻头尺寸系列: 3-3/4 -- 36
2、钻头的工作指标：
钻头进尺：在钻头寿命内，其钻进的井段长度，单位为m；
钻头工作寿命：在整个使用过程中，钻头在井下的纯钻进时间(包括划眼——在已钻出的井眼内旋转送钻、修整井壁的过程)，单位为h
机械钻速：用钻头的进尺除以纯钻进时间，即单位纯钻进时间的钻头进尺，表示钻头破碎岩石的能力和效率，单位为m／h。
钻头的工作指标：
单位进尺成本—每米钻井成本
二、刮刀钻头
1、刮刀钻头的结构:上钻头体、下钻头体、刀翼、水眼
两刀翼的称作两刮刀钻头
三刀翼的称作三刮刀钻头
四刀翼的称作四刮刀钻头
刮刀钻头刀翼底部形状
a.平底
b. 正阶梯
c. 反阶梯
d. 反锥形
2、工作原理：工作时其刀翼在钻压作用下吃入岩石，并在扭矩作用下剪切破碎岩石。
破岩方式：以刮削、挤压和剪切为主要破岩方式
适用地层：松软地层
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；
刮刀钻头目前逐渐被PDC钻头取代。
三、三牙轮钻头
1、三牙轮钻头的分类：钢齿（铣齿）三牙轮钻头，镶齿三牙轮钻头
2、三牙轮钻头的工作原理：
牙轮钻头在钻压和钻柱旋转的作用下，牙齿压碎并吃入岩石，同时产生一定的滑动而剪切岩石。
当牙轮在井底滚动时，牙轮上的牙齿依次冲击、压入地层，这个作用可以将井底岩石压碎一部分，同时靠牙轮滑动带来的剪切作用削掉牙齿间残留的另一部分岩石，使井底岩石全面破碎，井眼得以延伸。
3、三牙轮钻头在井底的运动
钻头公转：牙轮随钻头一起旋转
钻头自转：牙轮绕牙轮轴线逆时针方向旋转（1.5倍）
钻头的纵振：牙轮在滚动过程，其中心上下波动，使钻头做上下往复运动。
原因：单双齿交替接触井底；井底凹凸不平。
牙轮的滑动：牙轮齿相对于井底的滑移，包括径向滑动和切向滑动。
原因：超顶和复锥引起切向滑动，移轴引起径向滑动。
4、钻头工作时的受力（受力情况非常复杂）：
纵向静载荷，纵向动载荷，扭矩，侧向力
5、三牙轮钻头对岩石的破碎作用
主要方式——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。
辅助方式——滑动、剪切作用：
牙轮牙齿的径向和切向滑动对井底产生剪切作用，破碎齿间岩石。
射流的冲蚀作用：
由喷嘴喷出高速射流对井底岩石产生冲蚀作用，辅助破碎岩石。
6、三牙轮钻头的超顶、复锥和移轴
超顶：牙轮锥顶超过钻头轴线
复锥：包括主锥和副锥，副锥超顶。
移轴：牙轮轴线相对于钻头轴线平移一段距离。
偏移值
7、各类型钻头的度要破岩方式：
极软地层—主要靠牙齿压入剪切作用破碎地层—移轴超顶复锥
中等地层—靠冲击、压碎和剪切作用破碎地层—少量
硬地层—靠冲击、压碎作用破碎地层——无
8、钻压同破碎速度的关系
钻压——转速同破碎速度的关系
9、三牙轮钻头的结构
牙掌：三片组装在一起，上部有连接螺纹、联接钻具、符合API标准（形状不规则，加工难度大）。
牙轮及牙齿
牙齿：
铣齿：在牙轮锥面上直接铣出，楔形
硬质合金镶齿：镶装在牙轮锥面，有多种齿形，适应不同地层
I) 牙轮及牙齿的布置方式
A) 布齿原则：
（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）牙齿磨损均匀。
B) 牙轮布置方案：
（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，复锥、超顶、不移轴，用于中硬地层。
（3）自洗不移轴布置
各牙轮牙齿齿圈相互嵌合，复锥、超顶、移轴，用于软地层。
II) 密封及轴承结构
A) 密封方式：
（1）非密封轴承
（2）密封密封轴衬
O形橡胶圈密封
金属密封
其他形式密封
B) 轴承结构
（1）滚动轴承
滚柱--滚珠—滚柱—止推
滚柱--滚珠—滑动—止推
（2）滑动轴承
滑动--滚珠—滑动—止推
滑动—卡簧—滑动—止推
III)储油润滑补偿系统
元件：储油囊、储油杯、压盖、丝堵、密封圈、挡圈
工作原理：
储油压力补偿系统保持轴承腔内的油压与钻井液柱压力相平衡。
当轴承腔内油压降低，储油杯中的润滑油在钻井液柱压力下补充到当轴承腔内；当轴承腔内的油压升高，则流入储油杯。
其中，有效密封是关键。
IV) 喷射系统
元件：喷嘴、密封圈、挡圈
标准型、保护盖型、加长型、中长、微长
10、三牙轮钻头的表示方法
1) IADC表示方法
三个数字一个附加特征
第一个数字1--8
第二个数字1--4
第三个数字1--7
附加特征
2) 国产牙轮钻头表示方法
Y、P、MP、MPB、HP、HPB、XMP、XH
1-7表示所适应的地层
3) 江钻牙轮钻头表示方法
11、三牙轮钻头的制造工艺
牙掌
锻造：（模锻）下料---热模锻造
打号-粗铣、钻基准孔--车外圆--粗车轴颈--铣B4槽--焊B4合金--精车轴颈--铣掌尖、油槽--钻塞销孔--轴颈径向通油孔--牙掌掌背敷焊---牙掌抛丸--涂防渗碳涂料--渗碳--铣丝扣端面--钻长油孔--淬火回火--喷砂--精加工轴项--车水孔、储油孔--精铣--终检
牙轮（钢齿）
锻造：（模锻）下料---热模锻造
锻件--粗车内孔--粗车齿槽--铣齿--焊齿--磨背锥--车滚柱槽、锁紧槽--渗碳--车让磨槽碳层--淬火、回火--粗磨内孔--钻铰齿孔---压齿--精车内孔--压止推块---内孔刷镀银---终检
牙轮（镶齿）
锻造：（模锻）下料---热模锻造
锻件--粗车内孔--粗车齿槽--渗碳--车让磨槽碳层--精车外锥--淬火--回火--粗磨内孔--钻铰齿孔--压齿--精车内孔--压止推块---内孔刷镀银---终检
总装
铣焊缝--清牙轮牙掌--分装--点焊塞销--点焊--焊接--车丝扣--钻头初检（同轴度、高低差）--装保护塞--钻头试压--装储油囊--真空注油--装丝堵--钻头清洗--终检--喷漆--包装
12、三牙轮钻头的合理使用
I) 三牙轮钻头选型
在钻井过程中影响钻井速度的因素很多。
如钻头类型、地层、钻井参数、泥浆性能和操作等。
而根据地层条件合理地选择钻头类型和钻井参数，则是提高钻速的重要环节。
选择钻头类型时就考虑的问题:
1、地层的软硬程度和研磨性
（1）软地层：选择兼有移轴、超顶、复锥三种结构。
牙齿较大、齿数较少，充分发挥钻头的剪切破岩作用。
钢齿
（2）钻进的深浅
浅井岩石较软、深井岩石软硬
浅井宜用机械钻速快的钻头、深井宜用总进尺高的钻头（因起下钻的原因）
（3）易斜地层防斜钻进
在易斜地层应选用移轴量较小的钻头，以减少钻头在井底的滑动，防止井斜
（4）软硬交错地层
一般应选择适应这段地层中较硬岩石的钻头类型。
但钻井参数要及时调整。
在软地层提高转数、降低钻压、在硬地地层提高钻压、降低转数
II) 三牙轮钻头的使用
（1）操作要点
检查外观、直径
安装喷嘴
用装卸器装钻头，以免损坏钻头
下钻前较正指重表
匀速下钻
快到底时开泵循环
均匀加压
保持井底干净
（2）喷嘴装卸与喷嘴组合
喷嘴安装
喷嘴组合
（3）喷射钻井工作方式及水力程序设计
（4）钻压和转速对速和钻头的影响
转速对钻速的影响软地层
钻压对钻速的硬地层
钻压、转速对钻头轴承寿命的影响
（5）合理起钻
钻头的损坏、轴承、牙齿
每米成本
13、三牙轮钻头的损坏分析
I）评价钻头损坏的目的
1) 便于正确选择适合井下情况的钻头类型
2) 可以判断钻井措施是否得当。
为确定更加合理的钻井技术措施提供依据
3) 确定下一只钻头最适当的起钻时间
4) 找出钻头的薄弱环节，为进一步改进钻头设计和制造提供依据
II) IADC三牙轮钻头磨损分级
思考题
1）钻头的工作指标包括哪几方面
2）单位进尺成本（每米钻井成本）的计算公式3）简述刮刀钻头的破岩方式和工作原理
4）简述牙轮钻头的工作原理
5）三牙轮钻头对岩石的破碎作用有哪些
6）简述钻压、转速同钻速的关系
7）三牙轮钻头的布齿原则
8）简述三牙轮钻头的轴承和密封形式
9）滚动轴承和滑动轴承钻头的性能特点
10）储油润滑补偿系统的工作原理
10)江钻三牙轮钻头的表示方法
11) 钻头选型时考虑的问题
12) 三牙轮钻头的操作要点
13) 钝钻头分级的目的
14) 了解IADC钝钻头分级的方法。
