牙轮钻头型号、工作原理、受力分析、注意事项

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
直径代号
直径代号
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. 9mm3、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HHAHJFAFJGAGJW等系 列,其含义如下:
1个字母表示轴承结构特征。现有3种轴承结构:
H-滑动轴承;一G-滚动轴承;
F-浮动轴承;注:W系列-非密封滚动轴承。
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。
所有同时与井底岩石相接触的齿顶面积总和构成了牙轮钻头的承压面积。 钻井时岩石破碎的效率决定于牙齿上的比载荷和钻头的转速。如果比载荷太小或 转速过高,都有可能形成不了体积破碎。
(1)钻压对岩石破碎速度的影响
岩石的破碎过程大致划分为三个区段,牙齿单位面积上承受的钻压称为比载 荷。钻进开始时,比载荷远小于岩石的硬度,比载荷P与机械钻速Vm成正比。 此时,破碎的过程只具外表的性质,称为“外表破碎区”。
随着比载荷的增大,逐渐接近岩石的硬度值,牙齿每次对岩石的冲击,使井 底岩石出现微裂纹,促进了破碎。当某处的岩石经过牙齿屡次冲击而产生了体积 破碎,此时机械钻速Vm增加较快。
当钻压已到达或超过岩石硬度值时,牙齿每次冲击作用都能使岩石产生体积 破碎,称为“体积破碎区”。进一步提高钻压,可以使岩石发生二次体积破碎。 这时机械钻速迅速增加,岩石破碎效率最高。因此,在钻进时选用的钻压,应避 免造成低效率的外表破碎,而应到达最高效率的体积破碎。
一般地说,提高钻压有利于提高机械钻速,但这有个前提,就是要在承载能 力范围内。
所以,最优的钻压就是,到达牙齿每次冲击作用都能使岩石产生二次体积破 碎,又在钻头的承载能力范围内。
(2)钻头转速对岩石破碎速度的影响实验说明:对于低塑性岩石(如大理岩)和脆性岩石(如花岗岩),在所研 究的转速范围内,其机械钻速Vm与钻头速度n成直线关系。对于高塑性及多孔 隙岩石(如白垩和多孔石灰岩),在相当低的转速时,其相互关系已偏离直线。 其原因在于对塑性高及多孔岩石,其从变形到破碎,需要较长的时间,而牙齿与 岩石的接触时间大约是几个毫秒。钻头的转速越高,那么牙齿与岩石的接触时间越 短。接触时间缺乏以使岩石到达完全的破碎,这意味着增大钻头转速时,钻头每 转一圈所破碎的岩石深度就要减少。岩石的塑性系数越大,需要接触时间越长, 因此,不宜采用很高的转速。当钻头类型选定之后,对于具体的特定岩层,存在 一个最合理的钻压和转速的配合,以到达最高的破岩效率,而岩石不同的硬度和 塑性系数是选择这两个参数的重要依据。
3.各类型钻头的主要破岩方式
(1)适用于极软至中软地层的钻头(如437517116126型等)兼有 移轴、超顶及复锥三种结构要素,主要靠牙齿的压入剪切作用破碎地层。
(2)适用于中软至中硬地层的钻头(如537617136216型等),也是 兼有移轴、超顶及复锥三种结构要素,但其偏移量及超顶值较小,靠牙齿的冲击、 压碎作用及剪切作用
同时破碎地层。
(3)适用于硬至极硬地层的钻头(如737.837型),其移轴及超顶值极小,甚至为零,多为单锥形牙轮,主要靠牙齿的冲击、压碎作用破碎地层。
A-橡胶密封;一J-金属密封;
3个字母表示特殊结构。现主要有2种特殊结构: 一T-特别保径;—S-副齿。
对于MDHFSWTQ等系列钻头,其组合字母含义分别为:
vvint—MD-高速马达钻头系列,适用定向井、水平井、高温深井钻井; 一HF-硬地层钻头系列,适用深井硬地层,如:火成岩、花岗岩; —SWT-高效钢齿钻头系列,适合高转速,软或中软地层钻进; 一Q-气体钻井牙轮钻头系列,适用以气体作为循环介质的欠平衡钻井。 4、钻头分类号
钻头分类号采用SY/T5164的分类规定,用一组3位数字组成,首位数表示 钻头切削结构类别及地层系列号,第2位数为地层分级号,末位数为钻头结构特 征代号。钻头分类号见表2
例如:适用于低抗压强度高可钻性的软第1级地层,密封滑动轴承非保径 钢齿钻头的分类号为“116”
5、钻头附加结构特征
钻头附加结构特征是钻头系列、分类不能表示出来的但又影响钻头本钱、 性能的特征。采用在分类号后用一个大写英文字母表示一种附加结构特征。型号 中可用多个字母表示附加结构特征,这时应以字母先后顺序排列附加结构特征。 与SY/T5164相同的附加结构特征采用相同的字母代号,公司专有技术代号自定。 附加结构特征及其代号见表3o 6、钻头型号例如例如:8 1/2 HJT 537 GL 钻头
—8 1/2:钻头直径为8. 5in、公制尺寸①215. 9mm;-HJT:滑动轴承金属密封、特别保径;
—537:低抗压强度、软到中硬地层镶齿钻头;-G:掌背强化;
-L:掌背扶正块。
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序号
系列名称
标准
系列
特殊系列
T (特别保径)
S (大井底覆
盖)
1
滑动轴承橡胶密封钻头
HHA
HAT
HAS
2
滑动轴承金属密封钻头
HJ
HJT图像型火焰探测器
HJS
3
金属丝的杨氏模量
浮动轴承橡胶密封钻头
FA
FAT
FAS
4
浮动轴承金属密封钻头
FJ
FJT
FJS
5
滚动轴承橡胶密封钻头
GA
GAT
GAS
破碎轨迹6
滚动轴承金属密封钻头
GJ
GJT
GJS
7
非密封滚动轴承钻头
W
8
MD高速马达钻头
MD
9
HF硬地层钻头
HF
10
SWT高效钢齿钻头
SWT
11
Q气体钻井牙轮钻头
Q
贴片式称重料位计

本文发布于:2024-09-20 21:19:40,感谢您对本站的认可!

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