最新牙轮钻头的尺寸教学教材

第六章破岩工具及其破岩机理

引言

石油钻井使用的破岩工具主要有四类：

1.牙轮钻头；

2.聚晶金刚石钻头；

3.单晶金刚石钻头；

4.刮刀钻头。

破岩工具不同，其结构、破岩机理不同。了解和掌握不同破岩工具的结构及其破岩机理，对于破岩工具的选型、结构优化设计、钻井参数的优化及破岩工具应用等都具有重要意义。

第一节牙轮钻头

牙轮钻头是石油钻井工程中应用最为广泛的一种钻头。具有适应地层广，机械钻速高的特点。

牙轮钻头的分类：

按牙齿的固定方式分为：镶齿和铣齿（图3.8)；

按轴承类型分为：滚动轴承和滑动轴承（图3.9)；

按密封类型分为：橡胶密封和金属密封（图3.10)；

按牙轮数量分为：单牙轮钻头、双牙轮钻头和三牙轮钻头（图3.11)。

图3.8镶齿和铣齿牙轮钻头

滑动轴承结构

滚动轴承结构图3.9滚动轴承和滑动轴承牙轮钻头

橡胶密封金属密封

图3.10橡胶密封和金属密封

三牙轮钻头

双牙轮钻头单牙轮钻头图3.11 单牙轮钻头、双牙轮钻头和三牙轮钻头

一、牙轮钻头结构

一、牙轮钻头的结构

图3.12 牙轮钻头结构描述

牙轮钻头牙爪（巴掌）

牙轮钻头结构可分为以下主要部分描述(图3.12)：

①接头：钻头上部车有丝扣，供与钻柱连接用；

②牙爪(也称巴掌)：上接壳体，下带牙轮轴(轴颈)；

③牙轮与牙齿；

④轴承系统；

⑤储油密封补偿系统；

⑥水力结构：喷嘴数量、尺寸形状、空间结构参数。

一)牙轮及牙齿

1.牙轮

牙轮是用合金钢经过模锻而制成的锥体(如图3.13) ，牙轮锥面或铣出牙齿（铣齿钻头)，或镶装硬质合金齿(镶齿钻头)，牙轮内部有轴承跑道及台肩，牙轮外锥面具有两种至多种锥度。

钻头IADC H系列密封滑动轴承钢齿三牙轮钻头使用说明

钻头主要特征推举参数

型号代码

适用地层

切削构造轴承构造

钻压转速

KN/mm rpm 低抗压强度、高可钻性的极软地层〔粘

土、软泥岩、疏松砂岩、盐岩等〕

牙齿最大，齿尖角小，齿间距大，牙

齿两侧及锥面均进展硬面强化。H117

背锥用硬质合金齿加强保径。

1、O 形橡胶

圈密封，全滑

动轴承。

0.35～0.90 150～80

低抗压强度、高可钻性的软地层〔粘齿较大，间距比H116 小，齿的两侧面

土、泥岩、盐岩、疏松砂岩、软石灰及外端面均作硬面强化。H127 外排、

岩等〕或背锥均用硬质合金齿加强保径。

低抗压强度的软至中软地层或软岩层齿较短，间距加密，牙齿全部外表及

中有较硬的夹层〔页岩、泥岩、砂岩、背锥进展硬面强化。H137 外排、或背

软石灰岩等〕锥均用硬质合金齿加强保径。

牙齿削减、加密，外排用“T”形齿保

抗压强度较高的中等硬度地层，并有径，牙齿全部外表及背锥均进展外表

硬夹层〔硬页岩、砂岩、石灰岩等〕强化。H217 外排、或背锥均用硬质合

金齿加强保径。

短齿、密布，外排用加密“T”形齿，

高强度、有研磨性的硬地层〔硬砂岩、

牙齿及背锥全部硬面强化。H317 背锥

白云岩、硬页岩、硬石灰岩等〕

用硬质合金齿加强保径。

高强度、高研磨性的极硬地层〔石英

用独特环外形齿顶的短粗齿，外排齿

岩、石英砂岩、燧石、黄铁矿、花岗

为“Π”形构造，牙齿及背锥全部硬

面强化。H437 背锥用硬质合金齿加强

岩等〕

2 、卡簧或钢

球锁紧牙轮。

3 、牙掌轴颈

外表强化，增

加耐磨性；牙

轮内孔镶焊

减磨合金，增

第二章三牙轮钻头的结构及类型

第一节三牙轮钻头的结构特点

三牙轮钻头是由牙掌、牙轮、轴承、锁紧元件、储油密封装置、喷嘴装置等二十多种零部件组成。

一、牙掌

牙掌是牙轮钻头的主要零件.一只钻头是由三片牙掌组装焊接在一起的。上部有连接螺纹,以便与钻具连接，下部制成有一定倾斜角度的轴颈，与牙轮内孔组成轴承副。牙掌上有水孔流道，可以安装储油压力补偿装置。轴颈承受载荷，需要较高的耐磨性及硬度，同时基体内部又需要有足够的强度及耐冲击韧性。

二、切削结构

切削结构包括牙轮和牙齿。牙轮是一个其上装有(或铣出）牙齿的锥体,分单锥和复锥两种。单锥由主锥和背锥组成，单锥牙轮在井底的运动为纯滚动,适用于硬地层钻井。复锥由主锥、副锥和背锥三部分组成，这种牙轮在井底工作时除了滚动外，还能产生滑动，用于

较软地层钻井。

牙轮上的牙齿分镶齿和钢齿两种。镶齿是将牙轮外锥面的齿圈上钻孔，镶装大小形状不同的硬质合金齿；钢齿则直接从牙轮锥体上铣出。钻头上三个牙轮的各排齿相互啮合，能有效而不重复地全面破碎井底岩石并防止齿糟泥包。牙齿的形状、大小、数量、长短取决于所钻地层的硬度，地层越软，则牙齿越大、越尖、布置得越少。反之,地层越硬、则牙齿越小越短、数量越多.

硬质合金齿的硬度和抗磨性比钢齿高，使用寿命比钢齿长，尤其是破碎具有研磨性的硬地层，效果更好。其适用地层范围广、进尺多、机械钻速多，已在石油钻井中广泛应用。

硬质合金齿的齿形目前常用的有十多种,如球形、尖卵形、圆锥形、楔形、勺形、锥勺形、偏顶勺形、边楔形、平头形等。根据不同地层、不同岩性的破碎机理不同、各种钻头选用不同形状的齿形。

KY-200牙轮钻机（牙轮钻机岗位培训专用教材）

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一、工作原理：采用顶部回转，油缸-链条对钻具施加轴压力的连续进给的工作机构，以三牙轮钻头为钻具，利用压缩空气把破碎的岩渣排出孔外，形成炮孔。

二、主要技术参数

钻孔直径：φ200mm 爬坡能力：12度

排渣风压：0.35Mpa

三、主要特点

1、以电能为动力，液压驱动为主的旋转钻机，除回转采用直流拖动外其余的工作机构均为液压驱动的。

2、行走机构采用平衡梁结构，由液压马达驱动。履带部分符合“四轮一带”标准。

3、回转采用通用的直流电机拖动，由磁放大器供电并可无级调速。

4、采用油缸-链条连续进给的滑架式工作机构，进给速度和轴压力的大小均可无级调整。

5、钻机设有液压千斤顶，钻孔时可将钻机调平。

6、钻架的起落，钻杆的手动和接卸由液压缸来完成。

7、机械室采用增压净化技术，司机室设有空调装置。

8、行走在车下操纵安全可靠，其余作业的操纵均集中在司机室内的操纵台上，省力方便。

9、钻机自带变压器、空压机，移动方便，机动灵活。

四、安全技术操作规程

(一)、作业前准备：

1、检查是否漏油，如有查明原因。

2、检查扑尘罩是否损坏，钢丝绳是否松驰或脱槽，如有应及时处理。

3、当采用干式除尘装置时，应检查排渣口是否关闭，密封是否良好。

4、检查高压电缆是否有破损状况，如有破损，通知电工及时处理。

5、检查行走机构、轴与平台、均衡梁支座与平台、履带支架的连接螺栓是否松动，挡板是否损坏，销轴是否移位，履带总成是否损坏，履带松紧是否适中。

6、检查车下风包是否有积水，放水后应拧紧旋塞。

牙轮钻头

一、江汉牙轮钻头型号表示方法

（一）、三牙轮钻头型号表示方法.型号的组成

三牙轮钻头型号由钻头直径代号、系列代号、IADC 分类号和附加结构特征 代号四局部组成。

例如： 8 1/2 HJ 537 Y

附哪结构特征代号

系列代号.钻头直径代号

钻头直径代号用数字（整数或分数）表示，代表钻头直径英寸数，各种规格 的钻头直径应符合SY/T5164的规定。特殊情况下，用户定制的非标尺寸钻头可 以直接用公制尺寸表示。

例如：直径代号为8 1/2,表示钻头直径为8 l/2in 、公制尺寸215. 9mm 。 3、钻头系列代号

钻头系列及代号见表1。

系列代号由一至三个字母组成。对于H 、HA 、HJ 、FA 、FJ 、GA 、GJ 、W 等系 列，其含义如下：

第1个字母表示轴承结构特征。现有3种轴承结构：

一 H-滑动轴承；一G-滚动轴承；

一 F -浮动轴承；注：W 系列-非密封滚动轴承。

第2个字母表示密封结构。现有3种密封结构，其中W 系列无第2个字母，表示为非密封。 化，以提高其耐磨性。

2.牙齿对岩石的破碎效率及影响因素

钻井时岩石的破碎过程是异常复杂的，因为破碎工具的形状是多种多样的, 而施加的又是动载，其大小及方向均随时间而改变。在井底的岩石还受岩石围压、 钻井液压等多种

直径代号 直径代号

力的作用。通过实验室的模拟实验，对钻井过程中岩石破碎的特点进行分析说明：“压入的破碎”在破碎过程中起主要作用。牙轮钻头的牙齿在轴向载荷作用下压入岩石（冲击动载过程），使齿面下的岩石产生体积破碎，形成坑穴；由于牙齿沿井底的滚碾作用，使破碎的坑穴不断扩大，加上水力作用不断剥离和清除岩屑，冲蚀并扩大岩石的破碎体积。对于切削或磨削型的钻头（刮刀钻头或金刚石钻头），既有在钻压作用下对岩石的压入，又有在钻头扭矩的作用下对岩石的切削。