三牙轮钻头
1 、三牙轮钻头的分类:
钢齿(铣齿)三牙轮钻头,镶齿三牙轮钻头
2、三牙轮钻头的工作原理:
牙轮钻头在钻压和钻柱旋转的作用下,牙齿压碎并吃入岩石,同时产生一定的滑动而剪切岩石。当牙轮在井底滚动时,牙轮上的牙齿依次冲击、压入地层,这个作用可以将井底岩石压碎一部分,同时靠牙轮滑动带来的剪切作用削掉牙齿间残留的另一部分岩石,使井底岩石全面破碎,井眼得以延伸。
3、三牙轮钻头在井底的运动
钻头公转:牙轮随钻头一起旋转
钻头自转:牙轮绕牙轮轴线逆时针方向旋转(1.5倍)
钻头的纵振:牙轮在滚动过程,其中心上下波动,使钻头做上下往复运动。原因:单双齿交替接触井底;井底凹凸不平。
牙轮的滑动:牙轮齿相对于井底的滑移,包括径向滑动和切向滑动。
原因:超顶和复锥引起切向滑动,移轴引起径向滑动。
4、钻头工作时的受力(受力情况非常复杂)
纵向静载荷,纵向动载荷,扭矩,侧向力
5、三牙轮钻头对岩石的破碎作用
主要方式——冲击、压碎作用:纵向振动产生的冲击力和静压力(钻压)一起使牙齿对地层产生冲击、压碎作用,形成体积破碎坑。
辅助方式——滑动、剪切作用:
牙轮牙齿的径向和切向滑动对井底产生剪切作用,破碎齿间岩石。
射流的冲蚀作用:由喷嘴喷出高速射流对井底岩石产生冲蚀作用,辅助破碎岩石。
地层岩性对牙轮钻头失效的影响表现在钻井工艺上:影响钻进速度、钻头进尺;使钻井过程泛起井漏、井喷、井塌和卡钻等复杂情况;使泥浆机能发生变化;影响井眼质量,如井斜、井径不规则,进而影响固井质量。通过分析地层岩性及其对钻井工艺的影响,可对钻头选型和使用的公道性进行判定。
粘土、泥岩和页岩层影响:极易吸收泥浆中的自由水而膨胀,使井径缩小,造成下钻遇阻,甚至卡钻,跟着浸泡时间的延长,又会
产生掉块剥落,使井径扩大,造成井塌。应尽量使用净水或低比重低粘度的泥浆钻进。炭质页岩联接力弱,轻易垮塌。泥质岩层质软,钻速快
,也轻易泥包。
砂岩:其性质依颗粒的大小、成分以及胶结物的不同有很大差别。颗粒越细、石英颗粒越多、硅质和铁质胶结物越多则越硬,对钻头磨损越大,如石英砂岩;泥质胶结物越多,云母和长石的成分越多则较软易钻;颗粒越粗,胶结物越少,渗透渗出性越好,易产生泥浆的渗透
渗出性漏失,并在井壁上形成较厚的泥饼,引起粘附卡钻等复杂情况,造成钻头的非正常使用。
砾岩:在砾岩层中钻进易产生跳钻、蹩钻和井壁垮塌;当泵排量小或泥浆粘度低时,砾石颗粒不易上返,对钻头牙轮体和牙齿损坏 大。
石灰岩:一般质硬,钻速慢、进尺少。有的有缝缝洞洞发育,钻遇缝洞时,会引起蹩钻、放空、泥浆漏失等,井漏后有时还会发生井喷。
石灰岩地层对钻头进尺、机械钻速和钻头失效影响很大。另外,当地层软硬交错,如泥岩与较硬的砂岩相间,易产生井斜;地层倾角较大时易产生井斜。钻头在斜井中钻进易造成损坏。当岩层中含有可溶性盐类,如石膏层、岩盐层等,会破坏泥浆的机能,影响到钻头的正常使用。