钻井工程理论与技术__第二章______钻进工具.ppt

第二章钻进工具
本章主要内容:
第一节钻头
钻头的类型及工作原理
钻头的选型及分类方法
钻头的合理使用
第二节钻柱
钻柱的组成及功用
钻柱的工作状态及受力分析
钻柱的设计
第一节钻头(Drill Bit)
一、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、
PDC钻头、金刚石钻头;
•按功用分类
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”
常用尺寸:26”、、、
3、工作指标
钻头进尺(米)
钻头工作寿命(小时)
机械钻速(米/ 小时)
单位进尺成本(元/ 天):
二、刮刀钻头(Drag Bit)
(一)刮刀钻头的结构
上钻头体、下钻头体(分水帽)、
刀翼、水眼。
•三刀翼的称三刮刀钻头
•两刀翼的称作两刮刀钻头或鱼尾
刮刀钻头
•四刀翼的称四刮刀钻头
•刀翼的结构
(1)刀翼的结构角
•刃尖角—刀翼尖端前后刃之间的交角。它反映了刀翼的尖锐程度, 越小,刃部越尖锐,越容易吃入地层,但强度越低。
一般:软底层=8~10度
硬地层=12~15度
•切削角—刀翼前刃和水平面之间的夹角。在相同钻压下, 越大,刀刃越容易吃入地层,但旋转扭矩大,剪切刃前岩石困难。
一般:松软地层: =70度; 软地层: =70~80度;
中硬地层: =80~85度。
•刃后角: ;刃后角必须大于井
底角
•刃前角:
(2)刀翼的背部形状
刀翼的厚度随距刀刃的距离增加而增厚,呈抛物线性以确保刀翼
的强度足以承受弯矩。
(3)刀翼底部形状: 平底、正阶梯、反阶梯、反锥形
(4)提高刀翼的耐磨性
•刀翼一般采用35CrMo或35MnSiMoV高强度合金钢锻制而成,以保证
有足够的强度。
•一般在刀翼表面平铺一层YG8硬质合金块,在外侧面镶装YG8硬质合金块
•刀翼表面和外侧面镶焊人造金刚石聚晶块
•破碎脆性岩石过程
刮刀钻头破碎脆性岩石的过程为:
碰撞压碎及小剪切大剪切
(1)碰撞:刃前岩石发生剪切破碎后,刀刃在旋转
扭矩下向前推进,碰撞刃前岩石。
(2)压碎及小剪切:扭转力增大,压碎刃前岩石,
产生小剪切破坏。
(3)大剪切:扭转力继续增大到某一极值,刃前岩
石沿剪切面破碎,而后扭转力突然减小。
三、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、牙轮钻头
(一)牙轮钻头的结构
牙轮钻头由钻头体、亚爪(巴掌)及牙轮轴、亚轮及牙齿、轴承、储油润滑密封系统、喷嘴等部分组成。
1、牙轮及牙齿
(1)牙轮
•20CrMo合金钢锥体,锥面铣齿或镶装质合金,内腔有
轴承跑道。
•单锥牙轮:主锥+背锥,硬地层
•复锥牙轮:主锥+副锥+背锥,软地层