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牙轮钻头是如何破碎岩石的
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牙轮钻头是如何破碎岩石的

分类:
行业新闻
2019/04/06 14:11
【摘要】:
牙轮钻头是如何破碎岩石的

牙轮钻头的冲击、压碎作用

钻进时,钻头及其牙轮绕钻头轴线旋转,牙轮牙齿受地层岩石阻力作用同时绕自身轴旋转,并且牙齿以单双齿交替接触井底。

牙轮从单齿到双齿接触井底时,牙轮中心从最高位置降到最低位置;牙轮再次从双齿到单齿接触井底时,牙轮中心又从最低位置升到最高位置。如此反复运动,牙轮轴心周期性的升高、降低,使钻头产生纵向振动,振幅是轮心的垂直位移。每次纵振过程中,轴心上移会压缩下部钻柱积聚弹性能,轴心下行又使下部钻柱弹性伸长释放弹性能。因次,牙轮钻头在井底破碎岩石时,牙齿作用在岩石上的力不仅有钻压所产生的静载荷,还有因纵向振动而使牙齿以很高速度冲向岩石所产生的动载荷,前者使牙齿压碎岩石,称为压碎作用;后者使牙齿冲击破碎岩石,称为冲击作用。    

钻头的冲击载荷有利于破碎岩石,但也会使钻头轴承过早破坏,使牙齿特别是硬质合金齿崩碎,造成钻柱的疲劳失效。因此,在钻井中,特别是钻硬地层时,要使用减震器。

牙轮钻头的剪切作用

牙轮钻头的剪切作用是通过牙轮在井底滚动的同时产生轮齿对井底岩石的滑动来实现。产生滑动有三个因素:超顶、复锥和移轴。

超顶引起的滑动(滑动方向垂直于牙轮母线、即沿切线方向)

移轴引起的滑动(滑动方向沿牙轮轴向)

复锥引起的滑动

复锥牙轮包括主锥和副锥如主锥顶与钻头中心重合,则副锥顶必是超顶的超顶引起切线方向上的滑移。      

由移轴所引起的轴向滑动可以剪切掉齿圈间的岩石,而超顶和复锥所引起的切向方向上的滑动可以剪切掉同一齿圈相邻牙齿破碎坑之间的岩石。滑动增加了牙齿的磨损。

对于极软到中硬地层的钻头,一般兼有移轴、超顶和复锥;中硬或硬地层钻头有超顶和复锥。极硬地层,所选钻头为纯滚动(单锥、不超顶、不移轴)。