鉆井工程理論與技術(shù)第二章

1、第二章第二章 鉆進(jìn)工具鉆進(jìn)工具 本章介紹鉆進(jìn)工具主要的包括：本章介紹鉆進(jìn)工具主要的包括： 鉆頭：鉆頭：破碎巖石的直接工具，正確的選型與合理使破碎巖石的直接工具，正確的選型與合理使 用對(duì)安全快速鉆進(jìn)具有直接影響；用對(duì)安全快速鉆進(jìn)具有直接影響； 鉆柱：鉆柱：鉆桿鉆桿 + + 鉆鋌鉆鋌 + + 扶正器等。扶正器等。 鉆頭的類(lèi)型及工作原理鉆頭的類(lèi)型及工作原理 鉆頭的分類(lèi)方法鉆頭的分類(lèi)方法 鉆頭的選型與合理使用鉆頭的選型與合理使用 第一節(jié)第一節(jié) 鉆頭鉆頭 鉆柱的組成及功用鉆柱的組成及功用 鉆柱的工作狀態(tài)及受力分析鉆柱的工作狀態(tài)及受力分析 鉆柱設(shè)計(jì)鉆柱設(shè)計(jì) 鉆柱的損壞與預(yù)防鉆柱的損壞與預(yù)防第二節(jié)第二節(jié) 鉆

2、柱鉆柱主要內(nèi)容主要內(nèi)容1 1、本章重點(diǎn)：、本章重點(diǎn)： （1 1）各類(lèi)型鉆頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；）各類(lèi)型鉆頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)； （2 2）各類(lèi)型鉆頭在井底底運(yùn)動(dòng)形式及破巖原理；）各類(lèi)型鉆頭在井底底運(yùn)動(dòng)形式及破巖原理； （3 3）各類(lèi)型鉆頭的使用特點(diǎn)；）各類(lèi)型鉆頭的使用特點(diǎn)； （4 4）鉆柱的組成；）鉆柱的組成； （5 5）鉆柱在井下底受力情況；）鉆柱在井下底受力情況； （6 6）鉆柱設(shè)計(jì)。）鉆柱設(shè)計(jì)。 2 2、難點(diǎn)：、難點(diǎn)： （1 1）各類(lèi)型鉆頭在井底底運(yùn)動(dòng)形式及破巖原理；）各類(lèi)型鉆頭在井底底運(yùn)動(dòng)形式及破巖原理； （2 2）鉆柱在井下底受力情況。）鉆柱在井下底受力情況。 一、概述一、概述 1. 1. 鉆頭類(lèi)型

3、鉆頭類(lèi)型 按結(jié)構(gòu)及工作原理分類(lèi)按結(jié)構(gòu)及工作原理分類(lèi): : 刮刀鉆頭、牙輪鉆頭、刮刀鉆頭、牙輪鉆頭、PDCPDC鉆頭、金剛石鉆頭鉆頭、金剛石鉆頭 按功用分類(lèi)按功用分類(lèi) 全面鉆進(jìn)鉆頭、取心鉆頭、全面鉆進(jìn)鉆頭、取心鉆頭、擴(kuò)眼鉆頭擴(kuò)眼鉆頭 2. 2. 鉆頭尺寸系列鉆頭尺寸系列 3-3/4 36 第一節(jié)第一節(jié) 鉆頭（鉆頭（Drill Bit)Drill Bit)常用尺寸：常用尺寸：26 、171/2 、121/4 、 81/2 括眼鉆頭括眼鉆頭 3. 3. 工作指標(biāo)工作指標(biāo) 鉆頭進(jìn)尺（米）鉆頭進(jìn)尺（米） 鉆頭工作壽命（小時(shí)）鉆頭工作壽命（小時(shí)） 機(jī)械鉆速（米機(jī)械鉆速（米/ /小時(shí)）小時(shí)） 單位進(jìn)尺成本（

4、元單位進(jìn)尺成本（元/ /米）米）：HttCCCtrbpm)( 二、牙輪鉆頭（二、牙輪鉆頭（Roller BitRoller Bit） 單牙輪鉆頭單牙輪鉆頭雙牙輪鉆頭雙牙輪鉆頭三牙輪鉆頭三牙輪鉆頭（一）牙輪鉆頭結(jié)構(gòu)（一）牙輪鉆頭結(jié)構(gòu) 牙輪鉆頭由鉆頭體、牙抓（巴掌）牙輪鉆頭由鉆頭體、牙抓（巴掌） 及牙輪軸、牙輪及牙齒、軸承、儲(chǔ)油潤(rùn)及牙輪軸、牙輪及牙齒、軸承、儲(chǔ)油潤(rùn) 滑密封系統(tǒng)、噴嘴等部分組成?；芊庀到y(tǒng)、噴嘴等部分組成。鉆頭體鉆頭體噴嘴噴嘴巴掌巴掌牙齒牙齒牙輪牙輪1 1牙輪及牙齒牙輪及牙齒 （1 1）牙輪）牙輪 20CrMo合金鋼錐體，錐面銑齒或鑲裝合金鋼錐體，錐面銑齒或鑲裝 硬質(zhì)合金齒，內(nèi)腔有軸

5、承跑道。硬質(zhì)合金齒，內(nèi)腔有軸承跑道。 單錐牙輪：主錐單錐牙輪：主錐+ +背錐，硬地層背錐，硬地層 復(fù)錐牙輪：主錐復(fù)錐牙輪：主錐+ +副錐副錐+ +背錐，軟到中硬背錐，軟到中硬 a單錐；單錐； b、c復(fù)錐；復(fù)錐； 1主錐；主錐； 2副錐；副錐； 3背錐背錐abc（2 2）牙齒）牙齒 銑齒銑齒在牙輪錐面上直接銑出，楔形。在牙輪錐面上直接銑出，楔形。 硬質(zhì)合金鑲齒硬質(zhì)合金鑲齒鑲裝在牙輪錐面上，有多種齒形適應(yīng)不同地層鑲裝在牙輪錐面上，有多種齒形適應(yīng)不同地層。銑齒牙輪鉆頭銑齒牙輪鉆頭鑲齒牙輪鉆頭鑲齒牙輪鉆頭2 2軸承軸承 牙輪鉆頭軸承有大、中、小和止推四副。根據(jù)軸承的密封牙輪鉆頭軸承有大、中、小和止推四

6、副。根據(jù)軸承的密封與否，可分為密封和非密封兩類(lèi)。根據(jù)軸承副的結(jié)構(gòu)，可分為滾與否，可分為密封和非密封兩類(lèi)。根據(jù)軸承副的結(jié)構(gòu)，可分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩大類(lèi)。動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩大類(lèi)。 滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)：滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)：滾柱滾柱滾珠滾珠滾柱滾柱止推止推 滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)：滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)： 滑動(dòng)滑動(dòng)滑動(dòng)（卡簧）滑動(dòng)（卡簧）滑動(dòng)滑動(dòng)止推止推 密封圈滾柱止推臺(tái)階密封圈滑動(dòng)摩擦襯套滑動(dòng)摩擦副 為什么滑動(dòng)軸承為什么滑動(dòng)軸承比滾動(dòng)軸承壽命長(zhǎng)？比滾動(dòng)軸承壽命長(zhǎng)？3 3儲(chǔ)油潤(rùn)滑密封系統(tǒng)儲(chǔ)油潤(rùn)滑密封系統(tǒng) v儲(chǔ)油潤(rùn)滑補(bǔ)償系統(tǒng)儲(chǔ)油潤(rùn)滑補(bǔ)償系統(tǒng) v密封系統(tǒng)密封系統(tǒng)： v橡膠密封圈、金屬密封圈橡膠密封圈、金屬密封圈 v工作原理：工作原理

7、： 儲(chǔ)油壓力補(bǔ)償系統(tǒng)（傳壓孔、儲(chǔ)油壓力補(bǔ)償系統(tǒng)（傳壓孔、壓力補(bǔ)償膜、油杯等）保持軸壓力補(bǔ)償膜、油杯等）保持軸承腔內(nèi)的油壓與井內(nèi)鉆井液柱承腔內(nèi)的油壓與井內(nèi)鉆井液柱壓力相平衡。當(dāng)軸承腔內(nèi)油壓壓力相平衡。當(dāng)軸承腔內(nèi)油壓降低，儲(chǔ)油杯中的潤(rùn)滑油在鉆降低，儲(chǔ)油杯中的潤(rùn)滑油在鉆井液柱壓力作用下補(bǔ)充到軸承井液柱壓力作用下補(bǔ)充到軸承腔內(nèi)；當(dāng)軸承腔內(nèi)的油壓升高，腔內(nèi)；當(dāng)軸承腔內(nèi)的油壓升高，則流入儲(chǔ)油杯。其中，則流入儲(chǔ)油杯。其中，有效密有效密封是關(guān)鍵封是關(guān)鍵。 4 4噴嘴噴嘴 鉆井液流出鉆頭射向井底的流道。鉆井液流出鉆頭射向井底的流道。高壓鉆井液流經(jīng)噴嘴后產(chǎn)生高速流動(dòng)高壓鉆井液流經(jīng)噴嘴后產(chǎn)生高速流動(dòng)的水射流，清除井

8、底巖屑，輔助破碎的水射流，清除井底巖屑，輔助破碎巖石。巖石。 三牙輪鉆頭一般安裝三牙輪鉆頭一般安裝 3 3 個(gè)噴嘴，個(gè)噴嘴，直徑直徑7-13mm7-13mm。用卡簧固定在水眼內(nèi)，。用卡簧固定在水眼內(nèi)，并用并用o o形圈密封。形圈密封。 5 5牙輪及牙齒的布置方式牙輪及牙齒的布置方式 布齒原則：布齒原則： （1 1）轉(zhuǎn)一周牙齒全部破碎井底，不留下未被破碎的凸起；）轉(zhuǎn)一周牙齒全部破碎井底，不留下未被破碎的凸起； （2 2）牙輪在重復(fù)滾動(dòng)時(shí)應(yīng)使牙齒不落入別的牙齒的破碎坑內(nèi)）牙輪在重復(fù)滾動(dòng)時(shí)應(yīng)使牙齒不落入別的牙齒的破碎坑內(nèi); ;（3 3）牙齒磨損均勻。）牙齒磨損均勻。牙輪布置方案：牙輪布置方案： （1

9、 1）非自洗無(wú)滑動(dòng)布置：）非自洗無(wú)滑動(dòng)布置： 各牙輪牙齒齒圈不嵌合，單錐、不超頂，不移軸，用于硬地層各牙輪牙齒齒圈不嵌合，單錐、不超頂，不移軸，用于硬地層（2 2）自洗不移軸布置：）自洗不移軸布置： 各牙輪牙齒齒圈相互嵌合，副錐、超頂，不移軸，用于中硬地層各牙輪牙齒齒圈相互嵌合，副錐、超頂，不移軸，用于中硬地層 （3 3）自洗移軸布置：）自洗移軸布置： 各牙輪牙齒齒圈相互嵌合，副錐、超頂，移軸，用于軟地層各牙輪牙齒齒圈相互嵌合，副錐、超頂，移軸，用于軟地層 非自洗非自洗自洗無(wú)移軸自洗無(wú)移軸自洗移軸自洗移軸牙輪及牙齒的布置牙輪及牙齒的布置齒間相互齒合產(chǎn)生自洗作用齒間相互齒合產(chǎn)生自洗作用非自洗非自

10、洗自洗無(wú)移軸自洗無(wú)移軸自洗移軸自洗移軸（二）牙輪鉆頭工作原理（二）牙輪鉆頭工作原理 1 1牙輪鉆頭在井底的運(yùn)動(dòng)牙輪鉆頭在井底的運(yùn)動(dòng) 公轉(zhuǎn)：公轉(zhuǎn)：牙輪隨鉆頭一起旋轉(zhuǎn)。牙輪隨鉆頭一起旋轉(zhuǎn)。 自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)：牙齒繞牙輪軸線作逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)稱(chēng)自轉(zhuǎn)。牙齒繞牙輪軸線作逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)稱(chēng)自轉(zhuǎn)。 縱向振動(dòng)：縱向振動(dòng)：牙輪在滾動(dòng)過(guò)程，其中心上下波動(dòng)，使鉆頭做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。牙輪在滾動(dòng)過(guò)程，其中心上下波動(dòng)，使鉆頭做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 引起縱向振動(dòng)的原因：引起縱向振動(dòng)的原因： 單、雙齒交替接觸井底，使牙輪中心上下波動(dòng)；單、雙齒交替接觸井底，使牙輪中心上下波動(dòng)； 井底凹凸不平井底凹凸不平 滑動(dòng)：滑動(dòng)：牙輪齒相對(duì)于井底的滑移，包括徑

11、向（軸向）和切向牙輪齒相對(duì)于井底的滑移，包括徑向（軸向）和切向( (周向周向) )滑動(dòng)?；瑒?dòng)。 引起滑動(dòng)的原因：引起滑動(dòng)的原因： 超頂和復(fù)錐引起切向（周向）滑動(dòng)超頂和復(fù)錐引起切向（周向）滑動(dòng) 移軸引起徑向（軸向）滑動(dòng)移軸引起徑向（軸向）滑動(dòng) 單、雙齒交替接觸井底單、雙齒交替接觸井底 引起縱向振動(dòng)引起縱向振動(dòng)n 縱向振動(dòng)縱向振動(dòng)（二）牙輪鉆頭工作原理（二）牙輪鉆頭工作原理 1 1牙輪鉆頭在井底的運(yùn)動(dòng)牙輪鉆頭在井底的運(yùn)動(dòng) 公轉(zhuǎn)：公轉(zhuǎn)：牙輪隨鉆頭一起旋轉(zhuǎn)。牙輪隨鉆頭一起旋轉(zhuǎn)。 自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)：牙齒繞牙輪軸線作逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)稱(chēng)自轉(zhuǎn)。牙齒繞牙輪軸線作逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)稱(chēng)自轉(zhuǎn)。 縱向振動(dòng)：縱向振動(dòng)：牙輪在滾動(dòng)過(guò)程，

12、其中心上下波動(dòng)，使鉆頭做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。牙輪在滾動(dòng)過(guò)程，其中心上下波動(dòng)，使鉆頭做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 引起縱向振動(dòng)的原因：引起縱向振動(dòng)的原因： 單、雙齒交替接觸井底，使牙輪中心上下波動(dòng)；單、雙齒交替接觸井底，使牙輪中心上下波動(dòng)； 井底凹凸不平井底凹凸不平 滑動(dòng)：滑動(dòng)：牙輪齒相對(duì)于井底的滑移，包括徑向（軸向）和切向牙輪齒相對(duì)于井底的滑移，包括徑向（軸向）和切向( (周向周向) )滑動(dòng)。滑動(dòng)。 引起滑動(dòng)的原因：引起滑動(dòng)的原因： 超頂和復(fù)錐引起切向（周向）滑動(dòng)超頂和復(fù)錐引起切向（周向）滑動(dòng) 移軸引起徑向（軸向）滑動(dòng)移軸引起徑向（軸向）滑動(dòng) 超頂引起切向滑動(dòng)超頂引起切向滑動(dòng)單、雙齒交替接觸井單、雙齒交替接觸井

13、底引起縱向振動(dòng)底引起縱向振動(dòng)副錐產(chǎn)生超頂效果副錐產(chǎn)生超頂效果超頂距超頂距公轉(zhuǎn)時(shí)公轉(zhuǎn)時(shí)自轉(zhuǎn)時(shí)自轉(zhuǎn)時(shí)平衡時(shí)平衡時(shí) 合速度合速度n 縱向振動(dòng)縱向振動(dòng)移軸引起徑向滑動(dòng)移軸引起徑向滑動(dòng)O O 牙輪滑動(dòng)對(duì)破巖的作用牙輪滑動(dòng)對(duì)破巖的作用: : 牙輪的超頂和復(fù)錐引起的切向滑動(dòng)剪切掉牙牙輪的超頂和復(fù)錐引起的切向滑動(dòng)剪切掉牙齒之間的巖石。超頂引起的軸向滑動(dòng)剪切掉齒圈之齒之間的巖石。超頂引起的軸向滑動(dòng)剪切掉齒圈之間的巖石。間的巖石。2 2牙輪鉆頭的破巖作用牙輪鉆頭的破巖作用 （1 1）沖擊、壓碎作用）沖擊、壓碎作用 縱向振動(dòng)產(chǎn)生的沖擊力和靜壓力（鉆壓）一起使牙齒對(duì)地縱向振動(dòng)產(chǎn)生的沖擊力和靜壓力（鉆壓）一起使牙齒對(duì)地

14、層產(chǎn)生沖擊、壓碎作用，形成體積破碎坑。層產(chǎn)生沖擊、壓碎作用，形成體積破碎坑。 （2 2）滑動(dòng)剪切作用）滑動(dòng)剪切作用 牙輪牙齒的徑向滑動(dòng)和切向滑動(dòng)對(duì)井底地層產(chǎn)生剪切作用，牙輪牙齒的徑向滑動(dòng)和切向滑動(dòng)對(duì)井底地層產(chǎn)生剪切作用， 破碎齒間巖石。破碎齒間巖石。 （3 3）射流的沖蝕作用）射流的沖蝕作用 由噴嘴噴出的高速射流對(duì)井底巖石產(chǎn)生沖蝕作用，輔助破碎由噴嘴噴出的高速射流對(duì)井底巖石產(chǎn)生沖蝕作用，輔助破碎巖石。巖石。 （三）牙輪鉆頭類(lèi)型（三）牙輪鉆頭類(lèi)型 1. 1. 國(guó)產(chǎn)牙輪鉆頭分類(lèi)方法國(guó)產(chǎn)牙輪鉆頭分類(lèi)方法 （1 1）按結(jié)構(gòu)分類(lèi)：）按結(jié)構(gòu)分類(lèi)：Y，P，MP，MPB，HP，HPB，XMP，XH共共8個(gè)系列

15、個(gè)系列 系 列 名 稱(chēng)類(lèi) 別全 稱(chēng)簡(jiǎn) 稱(chēng)代 號(hào)普通三牙輪鉆頭普通鉆頭Y噴射式三牙輪鉆頭噴射式鉆頭P滾動(dòng)密封軸承噴射式三牙輪鉆頭密封鉆頭MP滾動(dòng)密封軸承保徑噴射式三牙輪鉆頭密封保徑鉆頭MPB滑動(dòng)密封軸承噴射式三牙輪鉆頭滑動(dòng)軸承鉆頭HP銑齒鉆頭滑動(dòng)密封軸承保徑噴射式三牙輪鉆頭滑動(dòng)保徑鉆頭HPB鑲硬質(zhì)合金齒滾動(dòng)密封軸承噴射式三牙輪鉆頭鑲齒密封鉆頭XMP鑲齒鉆頭鑲硬質(zhì)合金齒滑動(dòng)密封軸承噴射式三牙輪鉆頭鑲齒滑動(dòng)軸承鉆頭XH（2 2）按地層分類(lèi)）按地層分類(lèi)：JR，R，ZR，Z，ZY，Y，JY 1 ，2 ， 3 ， 4， 5 ， 6， 7 國(guó)產(chǎn)三牙輪鉆頭類(lèi)型及適應(yīng)地層國(guó)產(chǎn)三牙輪鉆頭類(lèi)型及適應(yīng)地層 類(lèi)型代號(hào)：

16、類(lèi)型代號(hào)：數(shù)字?jǐn)?shù)字1 17 7，表明所適應(yīng)的地層，表明所適應(yīng)的地層 系列代號(hào)：系列代號(hào)：字母字母Y,P,MP,MPB,HP,HPB,XMP,XH，表明結(jié)構(gòu)特征，表明結(jié)構(gòu)特征 鉆頭直徑：鉆頭直徑：用英寸或毫米表示直徑大小用英寸或毫米表示直徑大小 v例：例：用于中硬地層、直徑為用于中硬地層、直徑為8-1/28-1/2(215.9mm)(215.9mm)的鑲齒滑動(dòng)的鑲齒滑動(dòng)密封軸承噴射式三牙輪鉆頭的型號(hào)為：密封軸承噴射式三牙輪鉆頭的型號(hào)為：8-1/2( XH5或或215.9XH5。 （3 3）型號(hào)表示方法）型號(hào)表示方法2. IADC2. IADC分類(lèi)法分類(lèi)法 系列代號(hào)系列代號(hào)用數(shù)字用數(shù)字1 18 8

17、表示鉆頭牙齒特征及適鉆地層；表示鉆頭牙齒特征及適鉆地層； 1-31-3為銑齒，為銑齒，5-85-8為鑲齒。為鑲齒。地層等級(jí)代號(hào)地層等級(jí)代號(hào)用數(shù)字用數(shù)字1 14 4表示所鉆地層再分為表示所鉆地層再分為4 4個(gè)等級(jí)個(gè)等級(jí)；鉆頭結(jié)構(gòu)特征代號(hào)鉆頭結(jié)構(gòu)特征代號(hào)用數(shù)字用數(shù)字1 19 9表示鉆頭結(jié)構(gòu)特征，其表示鉆頭結(jié)構(gòu)特征，其中中1 17 7表示鉆頭軸承及保徑特征；表示鉆頭軸承及保徑特征；附加結(jié)構(gòu)特征代號(hào)附加結(jié)構(gòu)特征代號(hào)用英文字母表示鉆頭附加特征。用英文字母表示鉆頭附加特征。祥見(jiàn)書(shū)祥見(jiàn)書(shū)P66-67.P66-67. 例如：例如：341S341S表示適用于中等研磨性或研磨性表示適用于中等研磨性或研磨性4 4級(jí)

18、硬地層非密封級(jí)硬地層非密封 滾動(dòng)軸承的標(biāo)準(zhǔn)銑齒鉆頭。滾動(dòng)軸承的標(biāo)準(zhǔn)銑齒鉆頭。 537C537C表示適用于底抗壓強(qiáng)度的軟到中硬的表示適用于底抗壓強(qiáng)度的軟到中硬的3 3級(jí)地層滑動(dòng)級(jí)地層滑動(dòng) 密封軸承保徑帶中心噴嘴鉆頭。密封軸承保徑帶中心噴嘴鉆頭。國(guó)產(chǎn)三牙輪鉆頭分類(lèi)、型號(hào)表示法國(guó)產(chǎn)三牙輪鉆頭分類(lèi)、型號(hào)表示法 鉆頭直徑鉆頭直徑類(lèi)型代號(hào)類(lèi)型代號(hào)系列代號(hào)系列代號(hào) 例：例：用于中硬地層、直徑為用于中硬地層、直徑為81/2”(215.9mm)”(215.9mm)的鑲齒滑動(dòng)密封的鑲齒滑動(dòng)密封軸承軸承噴射式三牙輪鉆頭的型號(hào)為：噴射式三牙輪鉆頭的型號(hào)為： 81/2” XHP5” XHP5或或215.9XHP5215

19、.9XHP5。 目前常用的牙輪鉆頭型號(hào)目前常用的牙輪鉆頭型號(hào) P2, P3, HP2, HP3 P2, P3, HP2, HP3 銑齒銑齒 XH2, XH3 ,XH4XH2, XH3 ,XH4鑲齒鑲齒 J1, J2, J3 J1, J2, J3 銑齒銑齒 J11, J22, J33,J44J11, J22, J33,J44，J55J55 鑲齒鑲齒 （四）牙輪鉆頭的正確使用（四）牙輪鉆頭的正確使用 1. 1. 根據(jù)地層性質(zhì)合理選擇鉆頭類(lèi)型，標(biāo)準(zhǔn)是每米鉆進(jìn)成根據(jù)地層性質(zhì)合理選擇鉆頭類(lèi)型，標(biāo)準(zhǔn)是每米鉆進(jìn)成本最低。本最低。 地層較軟：選用牙齒高度大并帶有超頂或移軸的鉆頭；地層較軟：選用牙齒高度大并帶有

20、超頂或移軸的鉆頭； 地層較硬：選用牙齒高度小，無(wú)超頂或移軸的鉆頭；地層較硬：選用牙齒高度小，無(wú)超頂或移軸的鉆頭； 易斜地層：選用不移軸或移軸量較小的鉆頭；易斜地層：選用不移軸或移軸量較小的鉆頭； 軟硬交錯(cuò)地層：按照較硬地層選擇鉆頭類(lèi)型；軟硬交錯(cuò)地層：按照較硬地層選擇鉆頭類(lèi)型；2. 2. 優(yōu)選鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓、轉(zhuǎn)速、水力參數(shù)等。優(yōu)選鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓、轉(zhuǎn)速、水力參數(shù)等。 3. 3. 根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料選擇鉆頭。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料選擇鉆頭。 軟地層用鉆頭軟地層用鉆頭 硬地層用鉆頭硬地層用鉆頭（五）牙輪鉆頭磨損與分級(jí)（五）牙輪鉆頭磨損與分級(jí)1. 1. 牙齒磨損牙齒磨損 銑齒：根據(jù)齒的磨損高度與原齒高之比劃分磨損等級(jí)。

21、銑齒：根據(jù)齒的磨損高度與原齒高之比劃分磨損等級(jí)。 鑲齒：根據(jù)甭碎和掉落的齒數(shù)與原有齒數(shù)之比劃分磨損等級(jí)。鑲齒：根據(jù)甭碎和掉落的齒數(shù)與原有齒數(shù)之比劃分磨損等級(jí)。牙齒磨損代號(hào)牙齒磨損代號(hào)銑銑 齒齒鑲鑲 齒齒T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 齒高磨掉齒高磨掉1/8 齒高磨掉齒高磨掉2/8 齒高磨掉齒高磨掉3/8 齒高磨掉齒高磨掉4/8 齒高磨掉齒高磨掉5/8 齒高磨掉齒高磨掉6/8 齒高磨掉齒高磨掉7/8 齒高全磨光齒高全磨光1/8的齒甭碎或掉落的齒甭碎或掉落 2/8的齒甭碎或掉落的齒甭碎或掉落 3/8的齒甭碎或掉落的齒甭碎或掉落 4/8的齒甭碎或掉落的齒甭碎或掉落 5/8的齒甭碎或掉

22、落的齒甭碎或掉落 6/8的齒甭碎或掉落的齒甭碎或掉落 7/8的齒甭碎或掉落的齒甭碎或掉落 所有齒全甭碎或掉落所有齒全甭碎或掉落2. 2. 軸承磨損軸承磨損 軸承磨損以鉆頭使用時(shí)間與軸承壽命（小時(shí)）之比分級(jí)。軸承磨損以鉆頭使用時(shí)間與軸承壽命（小時(shí)）之比分級(jí)。 軸承壽命用使用過(guò)的同類(lèi)鉆頭的資料統(tǒng)計(jì)得到。軸承壽命用使用過(guò)的同類(lèi)鉆頭的資料統(tǒng)計(jì)得到。軸承磨損代號(hào)軸承磨損代號(hào)磨損情況磨損情況B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 軸承壽命已用掉軸承壽命已用掉1/8 軸承壽命已用掉軸承壽命已用掉2/8（輕度磨損）（輕度磨損） 軸承壽命已用掉軸承壽命已用掉3/8 軸承壽命已用掉軸承壽命已用掉4/8（中

23、等磨損）（中等磨損） 軸承壽命已用掉軸承壽命已用掉5/8 軸承壽命已用掉軸承壽命已用掉6/8（軸承晃動(dòng)）（軸承晃動(dòng)） 軸承壽命已用掉軸承壽命已用掉7/8 軸承壽命已用完（軸承卡死或擔(dān)子掉落）軸承壽命已用完（軸承卡死或擔(dān)子掉落）3. 3. 直徑磨損直徑磨損 原直徑：原直徑：I I 直徑磨?。褐睆侥バ。篛 + O + 直徑磨小值（直徑磨小值（inin）例如：例如：T T2 2B B4 4I I T T6 6B B6 6O 1/2O 1/24. 4. 我國(guó)石油行業(yè)鉆頭磨損分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)石油行業(yè)鉆頭磨損分級(jí)標(biāo)準(zhǔn) （1 1）牙齒磨損）牙齒磨損 四級(jí)：四級(jí)：Y1Y1、Y2Y2、Y3Y3、Y4 Y4 銑齒：磨

24、掉高度與新齒高度之比銑齒：磨掉高度與新齒高度之比 鑲齒：斷、掉齒數(shù)與總齒數(shù)之比鑲齒：斷、掉齒數(shù)與總齒數(shù)之比（2 2）軸承磨損）軸承磨損 級(jí)別級(jí)別 密封軸承密封軸承 普通軸承普通軸承 Z1 Z1 密封完好，用手不易轉(zhuǎn)動(dòng)密封完好，用手不易轉(zhuǎn)動(dòng) 轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，軸承不曠轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，軸承不曠 Z2 Z2 密封尚好，用手容易轉(zhuǎn)動(dòng)密封尚好，用手容易轉(zhuǎn)動(dòng) 轉(zhuǎn)動(dòng)靈活但曠動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活但曠動(dòng) Z3 Z3 密封失效，徑密封失效，徑23mm，軸，軸23mm 明顯曠動(dòng)，徑明顯曠動(dòng)，徑3mm3mm，軸，軸2mm 2mm Z4 Z4 牙輪掉或快要掉落牙輪掉或快要掉落 牙輪卡死，軸承完全不能用牙輪卡死，軸承完全不能用 （3 3）直徑磨

25、損）直徑磨損 代號(hào)代號(hào)“J J”，在右下角用數(shù)，在右下角用數(shù) 字表示直徑磨損的毫米數(shù)。字表示直徑磨損的毫米數(shù)。（六）鉆頭常見(jiàn)故障及其識(shí)別六）鉆頭常見(jiàn)故障及其識(shí)別 鉆頭故障是鉆進(jìn)過(guò)程中常見(jiàn)故障之一，其故障鉆頭故障是鉆進(jìn)過(guò)程中常見(jiàn)故障之一，其故障形式主要有：因鉆頭軸承嚴(yán)重磨損產(chǎn)生劇烈曠動(dòng)、形式主要有：因鉆頭軸承嚴(yán)重磨損產(chǎn)生劇烈曠動(dòng)、牙輪卡死、掉牙輪、鉆頭泥包、噴嘴堵、掉噴嘴和牙輪卡死、掉牙輪、鉆頭泥包、噴嘴堵、掉噴嘴和牙齒脫落等。牙齒脫落等。 1、 鉆頭軸承磨損的識(shí)別鉆頭軸承磨損的識(shí)別 反映鉆頭軸承工作狀態(tài)最敏感的信號(hào)反映鉆頭軸承工作狀態(tài)最敏感的信號(hào)是扭矩信號(hào)。為了消除因鉆壓變化對(duì)扭是扭矩信號(hào)。為

26、了消除因鉆壓變化對(duì)扭矩產(chǎn)生的影響，采用比扭矩，比扭矩表矩產(chǎn)生的影響，采用比扭矩，比扭矩表示為：示為： /WMMt Mt 鉆頭發(fā)生磨損后的扭矩信號(hào)特征鉆頭發(fā)生磨損后的扭矩信號(hào)特征輕度磨損輕度磨損中度磨損中度磨損嚴(yán)重磨損嚴(yán)重磨損2 2、牙輪鉆頭泥包的識(shí)別、牙輪鉆頭泥包的識(shí)別 鉆頭發(fā)生泥包后的特征：鉆頭發(fā)生泥包后的特征： 鉆時(shí)鉆時(shí) ZtZt 迅速增大，迅速增大， v 立壓立壓 StPStP 有所上升有所上升 v 扭矩扭矩 M M 逐漸增大，逐漸增大， v 波幅波幅V Vr r( (M M) )減小減小 v 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 Rpm Rpm 有所下降。有所下降。 tM牙輪鉆頭泥包時(shí)扭矩變化特征牙輪鉆頭泥包時(shí)扭

27、矩變化特征坨坨762762井，井深至井，井深至22392239米時(shí)，立管壓力由米時(shí)，立管壓力由1515 15.15.6MPa6MPa，其它參數(shù)，其它參數(shù)無(wú)變化，立管壓力增至無(wú)變化，立管壓力增至18.1MPa18.1MPa最高峰，此時(shí)泵負(fù)載很大，泵轉(zhuǎn)速最高峰，此時(shí)泵負(fù)載很大，泵轉(zhuǎn)速明顯的下降，最高峰后立即緩慢下降至明顯的下降，最高峰后立即緩慢下降至175bar175bar后，后，2323時(shí)時(shí)4040分突然分突然下降到下降到14.14.2MPa2MPa，水眼沖開(kāi)，后恢復(fù)鉆進(jìn)。，水眼沖開(kāi)，后恢復(fù)鉆進(jìn)。 3 3、鉆頭水眼堵、掉的識(shí)別、鉆頭水眼堵、掉的識(shí)別三、金剛石鉆頭（三、金剛石鉆頭（Diamond

28、Bit)Diamond Bit) ( (一一) )金剛石材料鉆頭的分類(lèi)金剛石材料鉆頭的分類(lèi)u 按金剛石來(lái)源可分為：按金剛石來(lái)源可分為： 天然金剛石鉆頭和人造金剛石鉆頭天然金剛石鉆頭和人造金剛石鉆頭u 按功用可分為：按功用可分為：取心鉆頭和全面鉆進(jìn)鉆頭取心鉆頭和全面鉆進(jìn)鉆頭u 按鑲嵌方式可分為：按鑲嵌方式可分為：表鑲式鉆頭和孕鑲式鉆頭表鑲式鉆頭和孕鑲式鉆頭u 按鉆井方式則可分為：按鉆井方式則可分為：轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井鉆頭和渦輪鉆井鉆頭轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井鉆頭和渦輪鉆井鉆頭( (二二) )金剛石材料鉆頭的結(jié)構(gòu)金剛石材料鉆頭的結(jié)構(gòu) 1. 1. 總體結(jié)構(gòu)總體結(jié)構(gòu) 金剛石鉆頭為無(wú)活動(dòng)部件的整體式鉆頭。由金剛石鉆頭為無(wú)活動(dòng)部件

29、的整體式鉆頭。由鋼體鋼體、胎體（冠部和保徑部分）胎體（冠部和保徑部分）、 水力結(jié)構(gòu)（水眼、水槽及水力結(jié)構(gòu)（水眼、水槽及排屑槽）排屑槽）、金剛石切削刃金剛石切削刃等部分組成。等部分組成。金剛石鉆頭金剛石鉆頭PDCPDC鉆頭鉆頭TSPTSP金剛石鉆頭金剛石鉆頭鋼體鋼體保徑保徑排屑槽排屑槽冠部冠部胎體胎體 胎體是鑲嵌金剛石的基體，為硬質(zhì)合金材料，用粉末冶金技胎體是鑲嵌金剛石的基體，為硬質(zhì)合金材料，用粉末冶金技術(shù)燒結(jié)在鉆頭鋼體上。術(shù)燒結(jié)在鉆頭鋼體上。水力結(jié)構(gòu)（水眼和水槽）水力結(jié)構(gòu)（水眼和水槽） 鉆井液由水眼流出，經(jīng)過(guò)水槽流過(guò)鉆頭表面，清洗井底，冷鉆井液由水眼流出，經(jīng)過(guò)水槽流過(guò)鉆頭表面，清洗井底，冷卻和

30、潤(rùn)滑金剛石。卻和潤(rùn)滑金剛石。 金剛石鉆頭金剛石鉆頭PDCPDC鉆頭鉆頭TSPTSP金剛石鉆頭金剛石鉆頭2. 2. 切削齒材料切削齒材料 （1 1）金剛石特性）金剛石特性 金剛石為碳在高溫高壓下形成的結(jié)晶金剛石為碳在高溫高壓下形成的結(jié)晶體，正四面體晶體結(jié)構(gòu)。在單位晶胞體，正四面體晶體結(jié)構(gòu)。在單位晶胞中，碳原子位于四面體的頂角及中心。中，碳原子位于四面體的頂角及中心。每個(gè)碳原子與鄰近的四個(gè)碳原子形成每個(gè)碳原子與鄰近的四個(gè)碳原子形成四個(gè)共價(jià)鍵四個(gè)共價(jià)鍵 因共價(jià)鍵結(jié)合力強(qiáng)，故金剛石具有因共價(jià)鍵結(jié)合力強(qiáng)，故金剛石具有極高的硬度（莫氏硬度極高的硬度（莫氏硬度1010）、抗壓強(qiáng)）、抗壓強(qiáng)度（度（8800MP

31、a8800MPa）和耐磨性鋼的）和耐磨性鋼的90009000倍）。倍）。 其缺點(diǎn)是：其缺點(diǎn)是： 脆性大，受沖擊載荷易碎裂；脆性大，受沖擊載荷易碎裂； 具有熱敏性，高溫下（具有熱敏性，高溫下（450450以以上）石墨化。上）石墨化。 （2 2）兩類(lèi)金剛石材料）兩類(lèi)金剛石材料 天然金剛石：天然金剛石：非洲產(chǎn)，品種有：卡邦非洲產(chǎn)，品種有：卡邦(Carnon(Carnon) )、 包爾茲包爾茲 (Boarz(Boarz) )、 巴拉斯巴拉斯(Ballas(Ballas) )。 人造金剛石單晶和聚晶：人造金剛石單晶和聚晶： 石墨石墨510MPa10002000金剛石單晶金剛石單晶金剛石單晶金剛石單晶金剛

32、石聚晶金剛石聚晶高溫高壓下高溫高壓下聚晶金剛石復(fù)合片聚晶金剛石復(fù)合片-PDC -PDC （Polycrystalline Diamond Compact BitPolycrystalline Diamond Compact Bit）特特 性性 PDCPDC既具有金剛石的硬度和耐既具有金剛石的硬度和耐磨性，又具有碳化鎢的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。磨性，又具有碳化鎢的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。 弱點(diǎn)是熱穩(wěn)定性差，弱點(diǎn)是熱穩(wěn)定性差，350350以上以上加速磨損。脆性較強(qiáng)，抗沖擊能力加速磨損。脆性較強(qiáng)，抗沖擊能力較差。較差。13.4， 19金剛石復(fù)合片層厚度：一般金剛石復(fù)合片層厚度：一般2-3mm2-3mm 熱穩(wěn)定性聚晶金剛石熱穩(wěn)定

33、性聚晶金剛石-TSP-TSP（Thermally Stable Polycrystalline Diamond BitThermally Stable Polycrystalline Diamond Bit）特特 性性 良好的熱穩(wěn)定性，耐熱溫度達(dá)良好的熱穩(wěn)定性，耐熱溫度達(dá)12001200； 切削齒形狀可根據(jù)需要而定；切削齒形狀可根據(jù)需要而定； 耐磨性高、抗沖擊能力強(qiáng)；耐磨性高、抗沖擊能力強(qiáng)； 具有天然金剛石的特點(diǎn)但是尺寸大于天然金剛石。具有天然金剛石的特點(diǎn)但是尺寸大于天然金剛石。( (三三) )天然金剛石鉆頭和天然金剛石鉆頭和TSPTSP鉆頭的結(jié)構(gòu)鉆頭的結(jié)構(gòu) 1.1.冠部幾何形狀冠部幾何形狀

34、a a雙錐階梯形；雙錐階梯形； b b雙錐形；雙錐形； c c“B”B”形；形； d d脊圈脊圈“B”B”形形 適用于鉆軟適用于鉆軟到中硬地層，到中硬地層，如硬石膏、如硬石膏、泥巖、砂巖、泥巖、砂巖、灰?guī)r灰?guī)r 適用于鉆較適用于鉆較硬和致密的硬和致密的巖石，如砂巖石，如砂巖、石灰?guī)r、巖、石灰?guī)r、白云巖白云巖 適用于硬地適用于硬地層如硬砂巖層如硬砂巖和致密的白和致密的白云巖云巖 適用于鉆堅(jiān)適用于鉆堅(jiān)硬地層如石硬地層如石英巖、燧石、英巖、燧石、火山巖和硬火山巖和硬砂巖砂巖( (三三) )天然金剛石鉆頭和天然金剛石鉆頭和TSPTSP鉆頭的結(jié)構(gòu)鉆頭的結(jié)構(gòu) 2.2.水力結(jié)構(gòu)水力結(jié)構(gòu)( (三三) )天然金剛

35、石鉆頭和天然金剛石鉆頭和TSPTSP鉆頭的結(jié)構(gòu)鉆頭的結(jié)構(gòu) 3.3.金剛石顆粒在胎體上的鑲裝方式金剛石顆粒在胎體上的鑲裝方式 u表鑲式：表鑲式：把金剛石顆粒只鑲在胎體表面上層。顆粒大把金剛石顆粒只鑲在胎體表面上層。顆粒大0.5-1.50.5-1.5 粒粒/ /克拉，出刃高度：克拉，出刃高度：1/3-1/41/3-1/4，棱角不宜尖銳，以，棱角不宜尖銳，以 免鉆進(jìn)中崩裂。免鉆進(jìn)中崩裂。u孕鑲式：孕鑲式：把金剛石顆粒均勻分布在鉆頭工作面胎體金屬層的一把金剛石顆粒均勻分布在鉆頭工作面胎體金屬層的一 定厚度層內(nèi)，隨胎體磨損，金剛石顆粒不斷露出而不定厚度層內(nèi)，隨胎體磨損，金剛石顆粒不斷露出而不 斷磨削巖石

36、，并不斷自銳，不斷磨損，直到金剛石磨斷磨削巖石，并不斷自銳，不斷磨損，直到金剛石磨 完為止。顆粒粒度：完為止。顆粒粒度：20-20020-200粒粒/ /克拉，棱角越大越克拉，棱角越大越 好，孕鑲層厚度：好，孕鑲層厚度：2-12mm2-12mm 孕鑲式孕鑲式表鑲式表鑲式4.4.金剛石粒度、出刃和排列方式金剛石粒度、出刃和排列方式 粒度粒度： 0.5 0.5 15 15粒粒/ /克拉（克拉（0.2g)0.2g) 出刃出刃： 最大出刃量為直徑的最大出刃量為直徑的1/3 1/3 排列方式排列方式： a a 鉆頭外形；鉆頭外形；b b交錯(cuò)排列；交錯(cuò)排列；c c圓周排列；圓周排列；d d脊圈排列脊圈排列

37、( (三三) )天然金剛石鉆頭和天然金剛石鉆頭和TSPTSP鉆頭的結(jié)構(gòu)鉆頭的結(jié)構(gòu)軟地層軟地層 硬地層硬地層堅(jiān)硬地層堅(jiān)硬地層( (三三) )天然金剛石鉆頭和天然金剛石鉆頭和TSPTSP鉆頭的結(jié)構(gòu)鉆頭的結(jié)構(gòu) 5.5.破巖機(jī)理破巖機(jī)理 在塑性地層中：在塑性地層中：如泥巖、泥質(zhì)砂巖、石膏等，以切削作用如泥巖、泥質(zhì)砂巖、石膏等，以切削作用 破碎巖石，類(lèi)似于金屬的切削過(guò)程。破碎巖石，類(lèi)似于金屬的切削過(guò)程。 在脆性地層中：在脆性地層中：如石英砂巖等，金剛石破碎巖石的特點(diǎn)主如石英砂巖等，金剛石破碎巖石的特點(diǎn)主 要表現(xiàn)為脆性體積破碎，破巖效率高。要表現(xiàn)為脆性體積破碎，破巖效率高。 在堅(jiān)硬巖石中：在堅(jiān)硬巖石中：如

38、燧石、硅質(zhì)白云巖、硅質(zhì)石灰?guī)r等，一如燧石、硅質(zhì)白云巖、硅質(zhì)石灰?guī)r等，一 般用孕鑲鉆頭鉆進(jìn)，金剛石以微切削、刻般用孕鑲鉆頭鉆進(jìn)，金剛石以微切削、刻 劃方式破碎巖石。劃方式破碎巖石。 概括地講，金剛石鉆頭以概括地講，金剛石鉆頭以磨削（研磨）方式破碎巖石，磨削（研磨）方式破碎巖石，類(lèi)似于砂輪磨削金屬的過(guò)程。類(lèi)似于砂輪磨削金屬的過(guò)程。 ( (三三) )天然金剛石鉆頭和天然金剛石鉆頭和TSPTSP鉆頭的結(jié)構(gòu)鉆頭的結(jié)構(gòu) 6.6.金剛石鉆頭的正確使用金剛石鉆頭的正確使用 （1 1）適用于硬、研磨性地層，渦輪鉆井，深井鉆井，）適用于硬、研磨性地層，渦輪鉆井，深井鉆井，取心取心 作業(yè)。壽命長(zhǎng)，進(jìn)尺高。作業(yè)。壽命

39、長(zhǎng)，進(jìn)尺高。 （2 2）鉆頭下井前，井底打撈干凈，確保沒(méi)有金屬落物。）鉆頭下井前，井底打撈干凈，確保沒(méi)有金屬落物。 （3 3）先用小鉆壓、低轉(zhuǎn)速跑合，然后用合適鉆壓和高）先用小鉆壓、低轉(zhuǎn)速跑合，然后用合適鉆壓和高 轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)。轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)。 （4 4）采用低鉆壓（）采用低鉆壓（3 30-50kN0-50kN）、高轉(zhuǎn)速、大排量鉆進(jìn)。）、高轉(zhuǎn)速、大排量鉆進(jìn)。( (四四) ) PDCPDC鉆頭鉆頭(Polycrystalline(Polycrystalline Diamond Compact Bit) Diamond Compact Bit)胎體胎體PDCPDC鉆頭鉆頭鋼體鋼體PDCPDC鉆頭鉆頭兩類(lèi)兩類(lèi)

40、PDCPDC切削元件切削元件 1.1.PDCPDC鉆頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)鉆頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) (1) (1) 鉆頭體鉆頭體（2 2）復(fù)合片物理機(jī)械性質(zhì)）復(fù)合片物理機(jī)械性質(zhì)極高的硬度（鋼的極高的硬度（鋼的9-149-14倍，硬質(zhì)合金倍，硬質(zhì)合金的的3-53-5倍）；倍）； 較高的抗壓強(qiáng)度（鋼的較高的抗壓強(qiáng)度（鋼的3-43-4倍）；倍）； 良好的自銳性（碳化鎢基體比聚晶層良好的自銳性（碳化鎢基體比聚晶層磨損速度快）；磨損速度快）； 抗沖擊韌性比天然金剛石好，比硬質(zhì)合金差。聚晶層經(jīng)受抗沖擊韌性比天然金剛石好，比硬質(zhì)合金差。聚晶層經(jīng)受 沖擊載荷作用易碎裂。尤其是新復(fù)合片剛開(kāi)始接觸巖石，鋒銳沖擊載荷作用易碎裂。尤其是

41、新復(fù)合片剛開(kāi)始接觸巖石，鋒銳邊刃很容易碎裂。邊刃很容易碎裂。 對(duì)溫度較敏感。對(duì)溫度較敏感。350350左右，磨損速度顯著加快；左右，磨損速度顯著加快；700700左右，左右，強(qiáng)度失效。強(qiáng)度失效。13.4， 19直徑（直徑（mm)適用地層適用地層24極軟極軟19軟軟16中中13中硬中硬8硬硬復(fù)合片尺寸及適用地層復(fù)合片尺寸及適用地層: :（3 3）工作剖面形狀）工作剖面形狀 特點(diǎn)特點(diǎn) 內(nèi)外錐有利于鉆頭穩(wěn)定；內(nèi)外錐有利于鉆頭穩(wěn)定； 外錐較長(zhǎng)，可多布齒，使外錐較長(zhǎng)，可多布齒，使磨損均勻；磨損均勻； 鉆硬夾層，冠部齒易早期鉆硬夾層，冠部齒易早期損壞。損壞。 適合中等均質(zhì)地層。適合中等均質(zhì)地層。 雙錐形雙

42、錐形內(nèi)錐：導(dǎo)向和穩(wěn)定作用內(nèi)錐：導(dǎo)向和穩(wěn)定作用淺內(nèi)錐淺內(nèi)錐高鉆速、液流控制能力好高鉆速、液流控制能力好深內(nèi)錐深內(nèi)錐穩(wěn)定性好，防井斜穩(wěn)定性好，防井斜頂部：吃入地層頂部：吃入地層硬地層硬地層大半徑、寬頂部大半徑、寬頂部軟地層軟地層小半徑小半徑側(cè)面：弧線側(cè)面：弧線oror直線直線直線直線吃入性好，切削效率高吃入性好，切削效率高弧線弧線高轉(zhuǎn)速、高抗研磨高轉(zhuǎn)速、高抗研磨保徑：穩(wěn)定鉆頭，防止縮徑保徑：穩(wěn)定鉆頭，防止縮徑直井直井增長(zhǎng)保徑，控制井斜增長(zhǎng)保徑，控制井斜造斜造斜縮短保徑縮短保徑特點(diǎn)特點(diǎn) 側(cè)向推力指向鉆側(cè)向推力指向鉆頭中心，有利于頭中心，有利于防斜；防斜； 鉆頭外部表面積鉆頭外部表面積大，可布置較多大

43、，可布置較多切削齒，利于提切削齒，利于提高壽命。高壽命。 用于軟地層用于軟地層。 特點(diǎn)特點(diǎn) 冠頂較寬且較冠頂較寬且較平緩，載荷分平緩，載荷分布較均勻。布較均勻。 外側(cè)采用圓外側(cè)采用圓弧，布齒面積弧，布齒面積較大。較大。 用于硬地層。用于硬地層。 拋物線形拋物線形B B形形淺錐形淺錐形特點(diǎn)特點(diǎn) 鉆頭表面積較小，鉆頭表面積較小，水力集中，清洗效水力集中，清洗效果好；果好； 載荷分布較均勻；載荷分布較均勻； 用于鉆石灰?guī)r、用于鉆石灰?guī)r、白云巖等較硬地層。白云巖等較硬地層。 （4 4）切削齒布置）切削齒布置 刮刀式布齒方式：刮刀式布齒方式：特點(diǎn)是整特點(diǎn)是整體強(qiáng)度高、抗沖擊能力強(qiáng)、體強(qiáng)度高、抗沖擊能力強(qiáng)

44、、易于清洗和冷卻、排屑好、易于清洗和冷卻、排屑好、抗泥包能力強(qiáng)。適用于粘性抗泥包能力強(qiáng)。適用于粘性或軟地層。或軟地層。 單齒式布齒方式：?jiǎn)锡X式布齒方式：布齒區(qū)域布齒區(qū)域大、布齒密度高，可以提高大、布齒密度高，可以提高鉆頭的使用壽命，但水力清鉆頭的使用壽命，但水力清洗能力低，容易在粘性地層洗能力低，容易在粘性地層泥包。適用于硬地層。泥包。適用于硬地層。 組合式切削齒的布置：組合式切削齒的布置：具有具有較好的清洗、冷卻和排屑能較好的清洗、冷卻和排屑能力，布齒密度較高。這種布力，布齒密度較高。這種布齒方式的鉆頭多用于中等硬齒方式的鉆頭多用于中等硬度地層。度地層。 布齒設(shè)計(jì)原則布齒設(shè)計(jì)原則 井底覆蓋良

45、好；井底覆蓋良好； 內(nèi)疏外密，各切削齒磨損均勻；內(nèi)疏外密，各切削齒磨損均勻； 布齒密度隨地層硬度增大而增大；布齒密度隨地層硬度增大而增大； 同一刀翼上各切削齒的安裝互不干涉；同一刀翼上各切削齒的安裝互不干涉； 切削齒的布置和刀翼分布和有利于提高鉆頭的穩(wěn)定性；切削齒的布置和刀翼分布和有利于提高鉆頭的穩(wěn)定性； 切削齒和刀翼的布置有利于提高水力清洗和冷卻效果。切削齒和刀翼的布置有利于提高水力清洗和冷卻效果。 布齒設(shè)計(jì)方法布齒設(shè)計(jì)方法 等磨損布齒等磨損布齒同軌布齒同軌布齒變密度布齒變密度布齒（5 5）切削齒工作角）切削齒工作角 后傾角（負(fù)前角）后傾角（負(fù)前角）：起到保護(hù)切削齒，延長(zhǎng)壽命的作用。取起到保

46、護(hù)切削齒，延長(zhǎng)壽命的作用。取值值0 0- 20- 20，軟地層小一些，硬地層大一些。軟地層小一些，硬地層大一些。 側(cè)傾角（旁鋒刀面角）側(cè)傾角（旁鋒刀面角）：鉆頭旋轉(zhuǎn)時(shí)，切削刃面對(duì)切屑產(chǎn)生向鉆頭旋轉(zhuǎn)時(shí)，切削刃面對(duì)切屑產(chǎn)生向外側(cè)的推力，有利于向外排除巖屑。外側(cè)的推力，有利于向外排除巖屑。=15=15左右。左右。（6 6）噴嘴）噴嘴流道系統(tǒng)流道系統(tǒng) 冷卻和清洗效果嚴(yán)重影響冷卻和清洗效果嚴(yán)重影響PDCPDC鉆頭的鉆速和壽命。鉆頭的鉆速和壽命。 噴嘴數(shù)量一般比三牙輪鉆頭多。噴嘴位置和流道結(jié)構(gòu)根據(jù)噴嘴數(shù)量一般比三牙輪鉆頭多。噴嘴位置和流道結(jié)構(gòu)根據(jù)切削齒位置確定。切削齒位置確定。2.PDC2.PDC鉆頭破巖

47、機(jī)理鉆頭破巖機(jī)理 PDCPDC鉆頭主要以切削方式破碎巖鉆頭主要以切削方式破碎巖石。石。 切削刃在鉆壓作用下吃入地層，切削刃在鉆壓作用下吃入地層，刃前巖石在旋轉(zhuǎn)力作用下發(fā)生剪切刃前巖石在旋轉(zhuǎn)力作用下發(fā)生剪切破壞。破壞。 切削塑性巖石和脆性巖石的過(guò)程切削塑性巖石和脆性巖石的過(guò)程類(lèi)似于刮刀鉆頭。由于多個(gè)切削齒類(lèi)似于刮刀鉆頭。由于多個(gè)切削齒同時(shí)工作，井底巖石自由面多，因同時(shí)工作，井底巖石自由面多，因此破巖效率高。此破巖效率高。 金剛石切削刃耐磨性高，鉆頭壽金剛石切削刃耐磨性高，鉆頭壽命長(zhǎng)，單只鉆頭進(jìn)尺高。命長(zhǎng)，單只鉆頭進(jìn)尺高。3.PDC3.PDC鉆頭的正確使用鉆頭的正確使用 1.1. PDCPDC鉆頭

48、適用于軟到中硬的大段鉆頭適用于軟到中硬的大段均質(zhì)地層，不適合鉆軟硬交均質(zhì)地層，不適合鉆軟硬交錯(cuò)地層和礫石層。錯(cuò)地層和礫石層。 2. 2. 與牙輪鉆頭相比，與牙輪鉆頭相比，PDCPDC鉆頭宜采用低鉆壓、高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)。鉆頭宜采用低鉆壓、高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)。 3. 3. 鉆頭下井前，井底要清潔，無(wú)金屬落物。新鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭下井前，井底要清潔，無(wú)金屬落物。新鉆頭鉆進(jìn)時(shí)， 先先用小鉆壓和低轉(zhuǎn)速磨合井底。用小鉆壓和低轉(zhuǎn)速磨合井底。 4. PDC4. PDC鉆頭屬于整體式鉆頭，無(wú)任何活動(dòng)部件，適合鉆頭屬于整體式鉆頭，無(wú)任何活動(dòng)部件，適合高轉(zhuǎn)速的高轉(zhuǎn)速的井下動(dòng)力鉆井或復(fù)合鉆進(jìn)方式。井下動(dòng)力鉆井或復(fù)合鉆進(jìn)方式。 ( (

49、五五) )金剛石材料鉆頭的金剛石材料鉆頭的IADCIADC分類(lèi)法分類(lèi)法切削齒種類(lèi)切削齒種類(lèi) 和和 鉆頭體材料鉆頭體材料 鉆頭冠部形狀鉆頭冠部形狀 水力結(jié)構(gòu)特點(diǎn)水力結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 切削齒大小切削齒大小 和和 切削齒密度切削齒密度D，M，S， T，O1919 R，X，O19 第一位字碼第一位字碼第二位字碼第二位字碼第三位字碼第三位字碼第四位字碼第四位字碼 一、鉆柱的作用與組成一、鉆柱的作用與組成 二、鉆柱的工作狀態(tài)與受力分析二、鉆柱的工作狀態(tài)與受力分析 三、鉆柱設(shè)計(jì)三、鉆柱設(shè)計(jì)第二節(jié)第二節(jié) 鉆柱鉆柱一、鉆柱的組成與作用一、鉆柱的組成與作用 （一）鉆柱的組成（一）鉆柱的組成 鉆柱鉆柱(Drilling S

50、tring)(Drilling String)是是鉆頭以上，水龍頭以下部分的鉆頭以上，水龍頭以下部分的鋼管柱的總稱(chēng)鋼管柱的總稱(chēng). . 它包括它包括方鉆桿方鉆桿(Square (Square Kelly)Kelly)、鉆桿鉆桿(Drill Pipe)(Drill Pipe)、鉆挺鉆挺(Drill Collar)(Drill Collar)、 各種各種接頭接頭(Joint)(Joint)及穩(wěn)定器及穩(wěn)定器(Stabilizer)(Stabilizer)等井下工具。等井下工具。 （二）鉆柱的作用（二）鉆柱的作用 (1)(1)提供鉆井液流動(dòng)通道；提供鉆井液流動(dòng)通道； (2)(2)給鉆頭提供鉆壓；給鉆頭提

51、供鉆壓； (3)(3)傳遞扭距；傳遞扭距； (4)(4)起下鉆頭；起下鉆頭； (5)(5)計(jì)量井深。計(jì)量井深。 (6)(6)觀察和了解井下情況觀察和了解井下情況 （鉆頭工作情況、井眼狀況、地層情況）；（鉆頭工作情況、井眼狀況、地層情況）； (7)(7)進(jìn)行其它特殊作業(yè)進(jìn)行其它特殊作業(yè) （取芯、擠水泥、打撈等）；（取芯、擠水泥、打撈等）； (8)(8)鉆桿測(cè)試鉆桿測(cè)試 ，又稱(chēng)中途測(cè)試。，又稱(chēng)中途測(cè)試。 1. 1. 鉆桿鉆桿 （1 1）作用：）作用：傳遞扭矩和輸送鉆井液，延長(zhǎng)鉆柱。傳遞扭矩和輸送鉆井液，延長(zhǎng)鉆柱。 （2 2）結(jié)構(gòu)：）結(jié)構(gòu)：管體管體+ +接頭接頭 常用的加厚形式有內(nèi)加厚常用的加厚形式

52、有內(nèi)加厚(a)(a)、外加厚、外加厚(b)(b)、 內(nèi)外加厚內(nèi)外加厚(c)(c)三種三種. . (a) (b) (c) （3 3）規(guī)范：）規(guī)范： 壁厚：壁厚：9 9 11mm 11mm 外徑：外徑： 長(zhǎng)度：長(zhǎng)度：根據(jù)美國(guó)石油學(xué)會(huì)根據(jù)美國(guó)石油學(xué)會(huì)(American Petroleum (American Petroleum Institute,Institute,簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)API)API)的規(guī)定，鉆桿按長(zhǎng)度分為三類(lèi)：的規(guī)定，鉆桿按長(zhǎng)度分為三類(lèi)： 第一類(lèi)第一類(lèi) 5.4865.486 6.7066.706米米(18(182222英尺英尺) )； 第二類(lèi)第二類(lèi) 8.2308.230 9.1449.144

53、米米(27(273030英尺英尺); ); 第三類(lèi)第三類(lèi) 11.58211.58213.71613.716米米(38(384545英尺英尺) )。 常用鉆桿規(guī)范（內(nèi)徑、外徑、壁厚、線密度等）見(jiàn)表常用鉆桿規(guī)范（內(nèi)徑、外徑、壁厚、線密度等）見(jiàn)表2-12 2-12 21,21 ,21,87 ,835139.70 ,500.127 430.1144101.60390.88 273.00 230.60 （4 4）鋼級(jí)與強(qiáng)度）鋼級(jí)與強(qiáng)度 鉆 桿 鋼 級(jí)物 理 性 能DE95（X）105（G）135（S）MPa379.21517.11655.00723.95930.70最小屈服強(qiáng)度lb/in25500075

54、00095000105000135000MPa586.05723.95861.85930.791137.64最大屈服強(qiáng)度lb/in285000105000125000135000165000MPa655.00689.48723.95792.90999.74最小抗拉強(qiáng)度lb/in295000100000105000115000145000（5 5）接頭及絲扣）接頭及絲扣 絲扣連接條件：絲扣連接條件：尺寸相等，絲扣類(lèi)型相同，公母扣相匹配。尺寸相等，絲扣類(lèi)型相同，公母扣相匹配。 鉆桿接頭特點(diǎn)：鉆桿接頭特點(diǎn)：壁厚較大，外徑較大，強(qiáng)度較高。壁厚較大，外徑較大，強(qiáng)度較高。 鉆桿接頭類(lèi)型：鉆桿接頭類(lèi)型：內(nèi)平

55、內(nèi)平(IF)(IF)、貫眼、貫眼(FH)(FH)、正規(guī)、正規(guī)(REG)(REG)；NCNC系列系列 內(nèi)平式：內(nèi)平式：主要用于外加厚鉆主要用于外加厚鉆 桿。其特點(diǎn)是鉆桿通體內(nèi)徑相同，桿。其特點(diǎn)是鉆桿通體內(nèi)徑相同， 鉆井液流動(dòng)阻力小；但外徑較大，鉆井液流動(dòng)阻力??；但外徑較大， 容易磨損。容易磨損。 貫眼式：貫眼式：主要用于內(nèi)加厚鉆主要用于內(nèi)加厚鉆 桿。其特點(diǎn)是鉆桿有兩個(gè)內(nèi)徑，桿。其特點(diǎn)是鉆桿有兩個(gè)內(nèi)徑， 鉆井液流動(dòng)阻力大于內(nèi)平式，但鉆井液流動(dòng)阻力大于內(nèi)平式，但 其外徑小于內(nèi)平式。其外徑小于內(nèi)平式。 正規(guī)式：正規(guī)式：主要用于內(nèi)加厚鉆主要用于內(nèi)加厚鉆 桿及鉆頭、打撈工具。其特點(diǎn)是桿及鉆頭、打撈工具。其

56、特點(diǎn)是 接頭內(nèi)徑接頭內(nèi)徑 加厚處內(nèi)徑加厚處內(nèi)徑 管體內(nèi)徑，管體內(nèi)徑， 鉆井液流動(dòng)阻力大，但外徑最小，鉆井液流動(dòng)阻力大，但外徑最小， 強(qiáng)度較大。強(qiáng)度較大。 三種類(lèi)型接頭均采用三種類(lèi)型接頭均采用V型螺紋，型螺紋， 但扣型、扣距、錐度及尺寸等都但扣型、扣距、錐度及尺寸等都 有很大的差別。有很大的差別。NCNC型系列接頭型系列接頭 NC23，NC26，NC31，NC35，NC38，NC40，NC44，NC46，NC50，NC56，NC61，NC70，NC77 NCNCNational Coarse ThreadNational Coarse Thread，（美國(guó)）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)粗牙螺紋。，（美國(guó)）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)粗

57、牙螺紋。 xxxx表示基面絲扣節(jié)圓直徑，用英寸表示的前兩位數(shù)字乘以表示基面絲扣節(jié)圓直徑，用英寸表示的前兩位數(shù)字乘以1010。 如：如：NC26NC26表示的節(jié)圓直徑為表示的節(jié)圓直徑為2.6682.668英寸。英寸。 NCNC螺紋也為螺紋也為V V型螺紋型螺紋, , 表表2-172-17所列的幾種所列的幾種NCNC型接頭與舊型接頭與舊APIAPI標(biāo)準(zhǔn)接頭有相標(biāo)準(zhǔn)接頭有相同的節(jié)圓直徑、錐度、螺距和螺紋長(zhǎng)度，可以互換使用同的節(jié)圓直徑、錐度、螺距和螺紋長(zhǎng)度，可以互換使用。 表表2-17 可以互換使用的接頭可以互換使用的接頭 數(shù)字型接頭NC26NC31NC38NC40NC46NC50舊API接頭283I

58、F287IF321IF4IF4FH421IF2. 2. 鉆鋌鉆鋌 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：管體兩端直接車(chē)制絲扣，無(wú)專(zhuān)門(mén)接頭；壁厚大管體兩端直接車(chē)制絲扣，無(wú)專(zhuān)門(mén)接頭；壁厚大(38-(38- 53 53毫米），毫米），重量大，剛度大。重量大，剛度大。 主要作用：主要作用： (1)(1)給鉆頭施加鉆壓給鉆頭施加鉆壓; ; (2) (2)保證壓縮應(yīng)力條件下的必要強(qiáng)度保證壓縮應(yīng)力條件下的必要強(qiáng)度; ; (3) (3)減輕鉆頭的振動(dòng)、擺動(dòng)和跳動(dòng)等，使鉆頭工作平穩(wěn)；減輕鉆頭的振動(dòng)、擺動(dòng)和跳動(dòng)等，使鉆頭工作平穩(wěn)； (4)(4)控制井斜?？刂凭?。 類(lèi)型：類(lèi)型：光鉆鋌、螺旋鉆鋌、扁鉆鋌。光鉆鋌、螺旋鉆鋌、扁鉆鋌。

59、常用尺寸：常用尺寸：6-1/46-1/4，7 7 ，8 8 ，9 9 3.3.方鉆桿方鉆桿 類(lèi)型：類(lèi)型：四方形、六方形四方形、六方形 特點(diǎn)：特點(diǎn)：壁厚較大，強(qiáng)度較高壁厚較大，強(qiáng)度較高 主要作用：主要作用：傳遞扭矩和承受鉆柱的全部重量。傳遞扭矩和承受鉆柱的全部重量。 常用尺寸：常用尺寸：89mm(3.589mm(3.5英寸英寸) )，108mm (4.5108mm (4.5英寸英寸) )，133.4mm 133.4mm (5.5(5.5英寸英寸) )。4.4.穩(wěn)定器穩(wěn)定器 類(lèi)型：類(lèi)型：剛性穩(wěn)定器、不轉(zhuǎn)動(dòng)橡膠套穩(wěn)定器、滾輪穩(wěn)定器剛性穩(wěn)定器、不轉(zhuǎn)動(dòng)橡膠套穩(wěn)定器、滾輪穩(wěn)定器 作用：作用：1 1）防斜；

60、）防斜； 2 2）控制井眼軌跡）控制井眼軌跡。 二、鉆柱的工作狀態(tài)及受力分析二、鉆柱的工作狀態(tài)及受力分析 ( (一一) )鉆柱的工作狀態(tài)鉆柱的工作狀態(tài)1. 1. 起下鉆工況下：起下鉆工況下： 直井：直井：直的拉伸、滑動(dòng)直的拉伸、滑動(dòng) 斜井：斜井：隨井眼傾斜和彎曲，滑動(dòng)。隨井眼傾斜和彎曲，滑動(dòng)。 2. 2. 正常鉆進(jìn)工況下正常鉆進(jìn)工況下 上部受拉伸，下部受壓彎曲；在扭矩作用上部受拉伸，下部受壓彎曲；在扭矩作用 下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 下部鉆柱彎曲的原因：下部鉆柱彎曲的原因： 鉆壓的作用使下部鉆柱受壓縮，當(dāng)壓力達(dá)鉆壓的作用使下部鉆柱受壓縮，當(dāng)壓力達(dá)到鉆柱的臨界到鉆柱的臨界 壓力，鉆柱將失去直線穩(wěn)