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1、,鉆頭,,主 要 內(nèi) 容 鉆頭 刮刀鉆頭 牙輪鉆頭 金剛石鉆頭 PDC鉆頭,,1,2,,3,,4,,5,刮刀鉆頭,PDC鉆頭,金剛石鉆頭,擴(kuò)眼鉆頭,牙輪鉆頭,取心鉆頭,,鉆頭(Drilling Bit)是石油鉆井中用來(lái)破碎巖石以形成井眼 的工具。我國(guó)常用鉆頭： #按類型分為刮刀鉆頭、牙輪鉆頭、金剛石鉆頭和PDC鉆頭（又稱復(fù)合片齒鉆頭）等四種； 按功用分為全面鉆進(jìn)鉆頭、取心鉆頭和特殊工藝用鉆頭（如擴(kuò)眼鉆頭、定向造斜鉆頭等）。 鉆井中根據(jù)所鉆地層性質(zhì)合理選擇和使用鉆頭，對(duì)提高鉆井速度具有重要的實(shí)際意義。,,刮刀鉆頭是旋轉(zhuǎn)鉆井使用最早的一種鉆頭，從十九世紀(jì)開(kāi)始采用旋轉(zhuǎn)鉆井方法的時(shí)候就開(kāi)始使
2、用這種鉆頭，而且直到現(xiàn)在某些油田仍在使用。 這種鉆頭主要用在軟地層和粘軟地層，具有很高的機(jī)械鉆速和鉆頭進(jìn)尺。 刮刀鉆頭最大的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，成本低，各油田可自行設(shè)計(jì)和制造。,,1、刮刀鉆頭的結(jié)構(gòu),刮刀鉆頭由鉆頭體、刮刀片、分水帽和噴嘴四部分組成。 鉆頭體是刮刀鉆頭焊接刮刀片和分水帽的本體，采用中碳鋼材料加工而成。下端焊接刮刀片和分水帽，上端車有絲扣和鉆柱連接。 刮刀片又稱刀翼，是刮刀鉆頭主要工作部件,,2、刮刀鉆頭工作原理,刮刀鉆頭以切削方式破碎巖石。刮刀鉆頭在軟的塑性地層工作時(shí)，其切削過(guò)程類似于刀具切削軟金屬。刀片在鉆壓的作用下吃入地層，與此同時(shí)刀刃前面的巖石在扭轉(zhuǎn)力的作用下不斷產(chǎn)
3、生塑性流動(dòng)，井底巖石被層層剝起。,,,二、刮刀鉆頭,刮刀鉆頭鉆進(jìn)脆性較大的地層時(shí)，破碎巖石的過(guò)程則分為碰撞、壓碎及小剪切和大剪切三個(gè)階段： （1）碰撞：刃前巖石破碎后，巖石對(duì)刀片的扭轉(zhuǎn)阻力減小， 刀片向前推進(jìn)，碰撞刃前巖石； （2）壓碎及小剪切：刀片在扭轉(zhuǎn)力作用下壓碎前方的巖石， 使其產(chǎn)生小剪切破碎； （3）扭轉(zhuǎn)力增大，刀片繼續(xù)擠壓前方巖石，當(dāng)扭轉(zhuǎn)力增大 到極限值時(shí)，巖石沿剪切面產(chǎn)生大剪切破碎，然后扭轉(zhuǎn)力突然減小。 碰撞、壓碎及小剪切、大剪切這三個(gè)過(guò)程反復(fù)進(jìn)行，形成刮刀鉆頭破碎塑脆性巖石的全過(guò)程。,,,2、刮刀鉆頭的正確使用,二、刮刀鉆頭,刮刀鉆頭適用于軟地層和粘軟地層。鉆進(jìn)時(shí)需要適當(dāng)控制鉆壓
4、與轉(zhuǎn)速，注意防斜、防蹩、防止刀翼斷裂。由于刮刀鉆頭在軟地層中的機(jī)械鉆速較快，巖屑量較大，宜采用大排量鉆進(jìn)，充分清洗井底和冷卻鉆頭。刮刀鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，刀翼外側(cè)線速度較高，磨損速度較快，鉆頭容易磨損成錐形，此時(shí)要特別注意防斜和防止井徑縮小。,,三、牙輪鉆頭,,,三、牙輪鉆頭,從1909年第一只牙輪鉆頭問(wèn)世后，牙輪鉆頭便在全世界范圍內(nèi)得到了最廣泛的應(yīng)用。三牙輪鉆頭是目前旋轉(zhuǎn)鉆井作業(yè)中使用地最普遍的鉆頭。這種類型的鉆頭具有不同的牙齒設(shè)計(jì)和軸承結(jié)構(gòu),類型，因此能夠適應(yīng)各種類型地層。在鉆井作業(yè)中，根據(jù)所鉆地層性質(zhì)正確選用合適結(jié)構(gòu)的牙輪鉆頭，就可獲得令人滿意的鉆進(jìn)速度和鉆頭進(jìn)尺。,,,三、牙輪鉆頭,1、牙輪鉆
5、頭的結(jié)構(gòu),三牙輪鉆頭的基本結(jié)構(gòu)： 鉆頭本體：有三片牙掌組裝焊接在一起,上部有連接絲扣。 牙輪：由牙輪體和牙齒組成 錐形的金屬體。牙齒分銑齒和鑲齒兩種類型 軸承及其儲(chǔ)油密封裝置 噴嘴,圖13-1 三牙輪鉆頭的結(jié)構(gòu),,,三、牙輪鉆頭,2、牙輪鉆頭的工作原理,牙輪鉆頭在井底工作時(shí)，鉆頭整體圍繞鉆頭軸線旋轉(zhuǎn)（稱之為公轉(zhuǎn)），三個(gè)牙輪則依其自己的軸線在井底滾動(dòng)（稱之為自轉(zhuǎn)）。鉆頭上承受的鉆壓通過(guò)牙齒作用在巖石上，使巖石破碎（壓碎作用）。,牙輪在滾動(dòng)過(guò)程中，以單齒、雙齒交替接觸井底，牙輪中心的位置忽高忽低，使鉆頭產(chǎn)生縱向振動(dòng)。,鉆頭在井底的縱向振動(dòng)使鉆柱不斷壓縮與伸張，下部鉆柱把這種周期性變化的彈性變形能通
6、過(guò)牙齒轉(zhuǎn)化為對(duì)地層的沖擊作用力用以破碎巖石。這種沖擊、壓碎作用是牙輪鉆頭破碎巖石的主要方式。,,三、牙輪鉆頭,,,,牙輪鉆頭除了對(duì)井底巖石產(chǎn)生沖擊、壓碎作用外，還對(duì)井底巖石產(chǎn)生剪切作用。牙輪在井底滾動(dòng)的同時(shí)還產(chǎn)生牙齒對(duì)井底的滑動(dòng)，牙齒的滑動(dòng)對(duì)井底巖石形成剪切作用，象刮刀鉆頭那樣刮削井底。牙齒的滑動(dòng)主要是由牙輪的超頂、副錐和移軸布置引起的。牙輪的超頂布置和復(fù)錐牙輪引起切線方向的滑動(dòng)，牙輪的移軸布置則引起軸向方向的滑動(dòng)。,三、牙輪鉆頭,,,,三、牙輪鉆頭,一般地，鉆軟到中硬地層的鉆頭兼有超頂、復(fù)錐和移軸；鉆中硬到硬地層的鉆頭在設(shè)計(jì)上有超頂和復(fù)錐；鉆極硬和研磨性較強(qiáng)地層的鉆頭常采用單錐牙輪，不超頂也
7、不移軸。,,,,三、牙輪鉆頭,3、牙輪鉆頭的分類及選用,1）IADC分類及編號(hào),輪鉆頭生產(chǎn)廠商眾多，這些鉆頭廠商提供了多種類型和結(jié)構(gòu)的鉆頭。為了便于牙輪鉆頭的選擇和使用，國(guó)際鉆井承包商學(xué)會(huì)（IADC）制定了全世界統(tǒng)一的牙輪鉆頭分類標(biāo)準(zhǔn)及編號(hào)方法。IADC規(guī)定，每一類鉆頭用三位數(shù)字代表，個(gè)數(shù)字意義如下： 第一位數(shù)字表示牙齒類型及適鉆地層： 1- 銑齒，軟地層； 2- 銑齒，中到中硬地層； 3- 銑齒，硬、研磨性或半研磨性地層； 4- 備用； 5- 鑲齒，軟到中等地層； 6- 鑲齒，中硬地層； 7- 鑲齒，硬、研磨性或半研磨性地層； 8- 鑲齒，極硬、高研磨性地層,,三、牙輪鉆頭,第二位數(shù)字表示所
8、鉆地層再細(xì)分為1，2，3，4四個(gè)硬度等級(jí)。 第三位數(shù)字表示鉆頭的結(jié)構(gòu)特征： 1- 無(wú)密封滾動(dòng)軸承； 2- T型外排齒保徑； 3- 規(guī)徑上有鑲齒保徑； 4- 密封滾動(dòng)軸承； 5- 密封滾動(dòng)軸承，規(guī)徑上有鑲齒保徑； 6- 密封滑動(dòng)軸承； 7- 密封滑動(dòng)軸承，規(guī)徑上有鑲齒保徑； 8- 定向井造斜鉆頭； 9- 其它。,2）國(guó)產(chǎn)牙輪鉆頭分類 國(guó)產(chǎn)牙輪鉆頭按其結(jié)構(gòu)特征分為八個(gè)系列，分別用代號(hào)Y、P、MP、MPB、HP、HPB、XMP、XH表示，各代號(hào)的意義如下： Y-普通齒牙輪鉆頭； P-噴射式齒鉆頭； MP-滾動(dòng)密封軸承噴射式齒鉆頭； MPB-滾動(dòng)密封軸承噴射式保徑鉆頭； HP-滑動(dòng)密封軸承噴射式銑齒鉆
9、頭； HPB-滑動(dòng)密封軸承噴射式保徑鉆頭； XMP-鑲齒滾動(dòng)密封軸承噴射式鉆頭； XH-鑲齒滑動(dòng)密封軸承噴射式鉆頭。,,三、牙輪鉆頭,,三、牙輪鉆頭,據(jù)所鉆地層性質(zhì)的不同，國(guó)產(chǎn)牙輪鉆頭又分為七種不同類型，按適用地層從軟到硬的次序分別用數(shù)字（或字母）1（JR）、2（R）、3（ZR）、4（Z）、5（ZY）、6（Y）、7（JY）表示，其意義如下： 1（或JR）-極軟地層； 2（或R ）-軟地層； 3（或ZR）-中偏軟地層； 4（或Z ）-中等地層； 5（或ZY）-中偏硬地層； 6（或Y ）-硬地層； 7（或JY）-極硬地層。,牙輪鉆頭種類很多，適用范圍廣泛，從松軟到堅(jiān)硬地層均有相適應(yīng)的鉆頭類型供選擇
10、。在實(shí)際鉆井作業(yè)中，要根據(jù)所鉆地層性質(zhì)，選用合適類型的鉆頭，以獲得比較高的機(jī)械鉆速和鉆頭進(jìn)尺。 牙輪鉆頭使用時(shí)要注意保證下鉆慢、防止頓鉆；井內(nèi)無(wú)落物；避免劃眼；使用減震器；在生產(chǎn)廠家推薦的鉆壓，轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作。,,三、牙輪鉆頭,,四、金剛石鉆頭,金剛石鉆頭是指靠鑲嵌在鉆頭胎體上的金剛石顆粒破碎巖石的鉆頭。金剛石是目前人類所知材料中硬度最大、耐磨性最高的材料，因此金剛石鉆頭用于硬的、高研磨性地層，可獲得比較高的鉆頭進(jìn)尺。雖然金剛石比較昂貴，但金剛石鉆頭耐磨損，單只鉆頭進(jìn)尺高，在當(dāng)今的石油鉆井仍有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。目前，金剛石鉆頭在普通的旋轉(zhuǎn)鉆井以及渦輪鉆井和取芯作業(yè)中都得到了廣泛的使用。 金剛石鉆頭
11、屬于整體式鉆頭，其結(jié)構(gòu)主要包括鋼體、胎體、水眼及水槽、金剛石等部分。,金剛石鉆頭的工作原理： 金剛石鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭表面上的多粒金剛石同時(shí)作用于巖石。金剛石破碎巖石的作用在不同性質(zhì)的巖石中表現(xiàn)出不同的特性。在塑性地層（或巖石在應(yīng)力作用下呈塑性的地層），金剛石在,,四、金剛石鉆頭,鉆壓的作用下吃入地層并在鉆頭扭矩的作用下使前方的巖石發(fā)生破碎或塑性流動(dòng)，該破巖過(guò)程類似于犁地過(guò)程，故稱作犁削。,,四、金剛石鉆頭,在脆性較大的地層中鉆進(jìn)時(shí)，金剛石破碎巖石的作用主要是壓碎，在鉆壓和扭矩作用下所產(chǎn)生的應(yīng)力可使刃下巖石沿最大剪應(yīng)力面開(kāi)裂，在金剛石移動(dòng)的后部形成被壓裂了溝槽，這種情況下巖石破碎的體積遠(yuǎn)大于金剛
12、石吃入后破碎的體積，巖石破碎具有體積破碎的性質(zhì)，破巖效率較高。在堅(jiān)硬地層（如燧石、硅質(zhì)白云巖等）中，一般采用將細(xì)顆粒金剛石包鑲在胎體內(nèi)部的孕鑲式金剛石鉆頭鉆進(jìn)，其破巖過(guò)程同砂輪的磨削相似。鉆頭上每一個(gè)包孕的金剛石都是小刃齒，鉆頭可看作有無(wú)數(shù)個(gè)刃的刀具。鉆頭鉆進(jìn)巖石時(shí)，鉆頭上出露的棱角鋒利的金剛石刃齒以微切削、刻劃等方式來(lái)破碎巖石。磨削破巖屬于表面破碎，破巖效率較低。,,四、金剛石鉆頭,金剛石鉆頭的正確使用： 金剛石鉆頭適用鉆中到堅(jiān)硬、研磨性地層和渦輪鉆井、深井超深井鉆井以及取芯作業(yè)。使用金剛石鉆頭前，井底要打撈干凈，保證沒(méi)有金屬落物。鉆頭剛下到井底時(shí)，要先用小鉆壓、低轉(zhuǎn)速跑合。然后采用相對(duì)較低
13、的鉆壓（和牙輪鉆頭相比），較高的轉(zhuǎn)速和較大的排量鉆進(jìn)。應(yīng)盡量避免劃眼。如果必須進(jìn)行劃眼，應(yīng)采用低鉆壓和低轉(zhuǎn)速，操作要均勻，防止鉆頭規(guī)徑部分金剛石碎裂和過(guò)度磨損。,,五、PDC鉆頭,,五、PDC鉆頭,PDC鉆頭是聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭的簡(jiǎn)稱（Polycrystalline Diamond Compact Bit） ，亦稱聚晶金剛 石切削塊鉆頭或復(fù)合片齒鉆頭。從1973年美國(guó)通用電氣公司引入PDC切削塊，研制出第一個(gè)PDC鉆頭后，PDC鉆頭便以其鉆速 快、壽命長(zhǎng)、進(jìn)尺高等優(yōu)勢(shì)，在石油鉆井中得到了廣泛的應(yīng)用。幾乎所有鉆頭制造商都采用了這一技術(shù)，開(kāi)始生產(chǎn)自己的PDC鉆頭系列。 PDC鉆頭由鉆頭體、PDC
14、切削齒和噴嘴等部分組成，按結(jié)構(gòu)與制造工藝的不同分為鋼體和胎體兩大系列。,,五、PDC鉆頭,1、PDC鉆頭的工作原理,PDC鉆頭是以切削方式破碎巖石。能自銳的切削齒在鉆壓 的作用下很容易切入地層，在扭矩的作用下向前移動(dòng)剪切巖石。多個(gè)PDC切削齒同時(shí)工作，井底巖石的自由面多，巖石在剪 切作用下也容易破碎，因此破巖效率高，鉆進(jìn)速度快。,,五、PDC鉆頭,2、PDC鉆頭的正確使用,(1)PDC鉆頭在大段均質(zhì)的軟到中硬地層中使用效果最好。不適合鉆礫石層和軟硬交錯(cuò)地層。 (2)采用低鉆壓、高轉(zhuǎn)速、大排量鉆進(jìn)，鉆頭使用效果好。 (3)鉆頭下井前，井底要清潔，確保無(wú)金屬落物。 (4)鉆頭剛下井時(shí)，要采用小鉆壓和低轉(zhuǎn)速跑和，待形成井 底后恢復(fù)正常鉆進(jìn)。 (5)PDC鉆頭屬于整體式鉆頭，無(wú)任何活動(dòng)部件，適合高轉(zhuǎn)速的渦輪鉆井。,,謝謝,
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