4[海底巖石與鉆頭破巖]海洋鉆井工程(編輯修改稿)
2025-03-17 00:41 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 用鉆頭類型 JR～ R ZR～ Z ZY～ Y J～ JY本章主要內(nèi)容一、海底 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的力學(xué)性質(zhì)二、海底二、海底 巖石的研磨性與可鉆性巖石的研磨性與可鉆性三、三、 刮刀鉆頭及其破巖原理刮刀鉆頭及其破巖原理四、四、 牙輪鉆頭及其破巖原理牙輪鉆頭及其破巖原理五、五、 金剛石鉆頭及其破巖原理金剛石鉆頭及其破巖原理牙輪鉆頭 PDC鉆頭 金剛石鉆頭刮刀鉆頭常用尺寸： 26 、 171/2 、 121/4 、 81/2 各種鉆頭各種鉆頭 刮刀鉆頭的結(jié)構(gòu)： 上鉆頭體、下鉆頭體（分水帽）、 刀翼、水眼。?兩刀翼的稱作 兩刮刀鉆頭或魚尾刮刀鉆頭?三刀翼的稱作 三刮刀鉆頭?四刀翼的稱作 四刮刀鉆頭三、刮刀鉆頭及其破巖原理三、刮刀鉆頭及其破巖原理刮刀鉆頭特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。在 軟地層中，可以得到高的機(jī)械鉆速和鉆頭進(jìn)尺。在 較硬地層中，鉆頭吃入困難，鉆井效率低?！ 」蔚躲@頭特點(diǎn)1. 刀翼結(jié)構(gòu)角刀翼結(jié)構(gòu)角刀翼結(jié)構(gòu)角刀翼結(jié)構(gòu)角刃尖角 β切削角 α刃前角 φ刃后角 ψ(一一 )、刮刀鉆頭刀翼的幾何形狀和結(jié)構(gòu)參數(shù)、刮刀鉆頭刀翼的幾何形狀和結(jié)構(gòu)參數(shù)2. 刀翼幾何形狀刀翼幾何形狀背部幾何形狀 拋物線型刀翼的厚度隨距刀刃的距離增加應(yīng)逐漸增厚，呈拋物線形。刀翼底部形狀平底 正階梯 反階梯 反錐(一一 )、刮刀鉆頭刀翼的幾何形狀和結(jié)構(gòu)參數(shù)、刮刀鉆頭刀翼的幾何形狀和結(jié)構(gòu)參數(shù) 根據(jù)摩爾強(qiáng)度理論，如果忽略摩擦力， 當(dāng) F力等于或 大于剪切面積與巖大于剪切面積與巖石抗剪極限強(qiáng)度乘積時(shí)石抗剪極限強(qiáng)度乘積時(shí) ，巖石沿剪切面破碎。 (二二 )、刮刀鉆頭破碎巖石的基本原理、刮刀鉆頭破碎巖石的基本原理 泥巖頁巖鹽巖膏巖 塑性巖石硬度小，在鉆壓 W的作用下容易吃入地層，刃前巖石在扭轉(zhuǎn)力 T作用下不斷產(chǎn)生塑性流動(dòng)。因此，吃入深度要比力 W單獨(dú)作用時(shí)深得多。(二二 )、刮刀鉆頭破碎巖石的基本原理、刮刀鉆頭破碎巖石的基本原理 刮刀鉆頭破碎塑脆性巖石過程P(a)Th0(b)壓碎和小剪切分離的巖屑TP大剪切分離的巖屑?jí)簩?shí)的巖粉(c)TPAAA砂泥巖 砂巖 大理石 碰撞壓碎及小剪切大剪切(二二 )、刮刀鉆頭破碎巖石的基本原理、刮刀鉆頭破碎巖石的基本原理 本章主要內(nèi)容一、海底 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的力學(xué)性質(zhì)二、海底二、海底 巖石的研磨性與可鉆性巖石的研磨性與可鉆性三、三、 刮刀鉆頭及其破巖原理刮刀鉆頭及其破巖原理四、四、 牙輪鉆頭及其破巖原理牙輪鉆頭及其破巖原理五、五、 金剛石鉆頭及其破巖原理金剛石鉆頭及其破巖原理1909年就出現(xiàn)了第一個(gè)牙輪鉆頭。1925年，出現(xiàn)了自潔式牙輪鉆頭。1933年出現(xiàn)了滾動(dòng)軸承的三牙輪鉆頭。1935年經(jīng)進(jìn)一步改進(jìn)，出現(xiàn)了移軸三牙輪鉆頭。1949年開始發(fā)展噴射鉆井。1951年成功地使用了鑲硬質(zhì)合金齒的鉆頭。1960年試制成功了密封潤(rùn)滑軸承。1968年研究成功了密封潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承鉆頭。牙輪鉆頭的發(fā)展牙輪鉆頭分類單牙輪鉆頭兩牙輪鉆頭三牙輪鉆頭 四牙輪鉆頭牙輪鉆頭是使用最多的鉆頭，占鉆頭總數(shù)的 70%。牙輪鉆頭的分類216。 單牙輪鉆頭特點(diǎn)：牙輪的轉(zhuǎn)速比鉆頭轉(zhuǎn)速低得多，僅為鉆頭轉(zhuǎn)速的 1/2～ l/5，能適應(yīng)大幅度的轉(zhuǎn)速變化。這種鉆頭工作時(shí)對(duì)井底的滑動(dòng)作用很大，因而有較大的切削作用。216。 兩牙輪鉆頭的優(yōu)點(diǎn)：噴嘴的安裝位置較充裕，噴嘴可以向下接近井底以充分發(fā)揮鉆頭的水力作用。216。 四牙輪鉆頭有兩個(gè)牙輪破碎井底外緣部分，而另兩個(gè)牙輪破碎井底中間部分，它適于鉆軟到中硬地層。各種牙輪鉆頭的特點(diǎn)鉆頭的復(fù)合運(yùn)動(dòng) 牙輪鉆頭在鉆頭旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過程中，由于牙輪鉆頭在運(yùn)動(dòng)過程中受到井底巖石對(duì)鉆頭牙齒的摩阻力，鉆頭牙輪要向鉆頭前進(jìn)時(shí)相反的方向旋轉(zhuǎn)。 鉆頭與井底接觸母線上任意點(diǎn)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)為該點(diǎn)隨鉆頭運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的速度 (稱為 牽連速度 )與該點(diǎn)隨牙輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的速度 (稱為 相對(duì)速度 )的矢量和 (稱為 絕對(duì)速度 )。 (一一 )、 三牙輪鉆頭破碎巖石的基本原理三牙輪鉆頭破碎巖石的基本原理 由于牙輪鉆頭的縱向振動(dòng)，鉆頭對(duì)巖石產(chǎn)生沖擊和壓碎，單雙齒著地的頻率為： (一一 )、 三牙輪鉆頭破碎巖石的基本原理三牙輪鉆頭破碎巖石的基本原理 剪切作用主要是通過牙輪在井底滾動(dòng)的同時(shí)，還產(chǎn)生輪齒對(duì)井底巖石的滑動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。 產(chǎn)生滑動(dòng)的主要因素有三個(gè)，即 超頂 、 復(fù)錐 和 移軸 。 當(dāng)牙輪錐頂不與鉆頭軸線重合時(shí)，就有滑動(dòng)產(chǎn)生。(一一 )、 三牙輪鉆頭破碎巖石的基本原理三牙輪鉆頭破碎巖石的基本原理① 超頂牙輪產(chǎn)生切線方向的滑動(dòng)；② 滑動(dòng)速度大小與超頂距 c成正比；③ 存在一個(gè)純滾動(dòng)點(diǎn)，在該點(diǎn)兩側(cè)的滑動(dòng)方向相反。① 超頂引起的滑動(dòng) 牙輪錐頂超過鉆頭軸線，這種特點(diǎn)稱作 超頂 。② 復(fù)錐引起的滑動(dòng) 復(fù)錐牙輪包括主錐（錐頂角2Φ ）和副錐（錐頂角 2θ ），如主錐頂與鉆頭中心重合，則副錐頂必是超頂?shù)摹? 如前述，超頂會(huì)引起切線方向滑動(dòng)，所以復(fù)錐同樣會(huì)產(chǎn)生切線方向的滑動(dòng)。單錐牙輪：主錐 +背錐，硬地層復(fù)錐牙輪：主錐 +副錐 +背錐，軟到中硬a— 單錐； b、 c— 復(fù)錐； 1— 主錐； 2— 副錐； 3— 背錐a b c牙 輪① 移軸牙輪僅產(chǎn)生軸向滑動(dòng)；② 滑動(dòng)量的大小和偏移值 s成正比。③ 移軸引起的滑動(dòng) 牙輪軸線相對(duì)于鉆頭軸線平移一段距離，這種方式稱作 移軸 。① 移軸引起的 軸向滑動(dòng)剪切掉齒圈之間的巖石 ；② 超頂和復(fù)錐所引起的切線方向滑動(dòng)剪切掉 同一齒圈相鄰牙齒之間的巖石 ；③ 移軸引起的軸向滑動(dòng)使牙齒的 內(nèi)端面部分磨損 ；④ 超頂和復(fù)錐引起的切線方向滑動(dòng)使 牙齒側(cè)面磨損 ；⑤ 對(duì)于極軟到中硬地層的鉆頭，兼有移軸、超頂和復(fù)錐；⑥ 中硬或硬地層鉆頭有超頂和復(fù)錐；⑦ 對(duì)于極硬和研磨性很強(qiáng)的地層的鉆頭是 純滾動(dòng)而無滑動(dòng) 。滑動(dòng)分析牙輪鉆頭結(jié)構(gòu)： 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)滑密封系統(tǒng)、噴嘴等部分組成。(二二 )、 牙輪鉆頭的結(jié)構(gòu)和類型牙輪鉆頭的結(jié)構(gòu)和類型 鉆頭直徑牙輪軸線偏移值牙輪軸線與鉆頭軸線夾角牙輪的形狀與布置牙輪上牙齒的布置１ .牙輪鉆頭的基本參數(shù)(二二 )、 牙輪
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