牙輪鉆頭現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

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牙輪鉆頭

    從1909年第一只牙輪鉆頭問世后，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)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，就可獲得令滿意的鉆進(jìn)速度和鉆頭進(jìn)尺。

    1）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

     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)。鉆頭承受的鉆壓通過牙齒作用在巖石上，使巖石破碎（壓碎作用）。 牙輪在滾動(dòng)過程中，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)。這種縱向振動(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過牙齒轉(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。

    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， 像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)。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，不超頂也不移軸。

    3）牙輪鉆頭的分類及選用

    牙輪鉆頭生產(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。

    第二位數(shù)字表示所鉆地層再細(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。

    牙輪鉆頭的特點(diǎn)

    優(yōu)點(diǎn)：

    1.沖擊和剪切雙重作用破巖，既有牙齒的沖擊又有滑動(dòng)引起的剪切，破巖效率高。

    2.適應(yīng)地層范圍廣，適合在所有地層中鉆進(jìn)。

    3.鉆頭自洗效果好，不容易泥包。

    4.鉆頭成本較低。

    缺點(diǎn)：

    1、由于軸承的壽命和牙齒耐磨性的限制，鉆頭壽命相對(duì)較低；

    2、由于存在薄弱環(huán)節(jié)（如軸承密封與鎖緊部位），經(jīng)常會(huì)造成牙輪脫落，造成鉆井事故；

    3、由于軸承在高轉(zhuǎn)速下壽命較低，因此牙輪鉆頭不適合高轉(zhuǎn)速，一般適合在200轉(zhuǎn)/分以下；

    4、在高溫條件下，鉆頭密封和潤(rùn)滑系統(tǒng)容易損壞，因而不適合高溫地層；

    5、在小井眼中由于牙輪尺寸受到限制，壽命很低，因此不適合小井眼鉆井；

    6、所需鉆壓相對(duì)較高，不適合在易斜地層使用。

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