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1、第26卷第4期天然气工业钻井工程*复合齿形牙轮钻头及其破岩机理研究胡琴刘清友(西南石油大学)胡琴等.复合齿形牙轮钻头及其破岩机理研究.天然气工业,2006,26(4):7779.摘要针对现有牙轮(钢齿、镶齿)钻头已难以对一些复杂地层进行有效钻进这一现状,根据对牙轮钻头破岩机理的新认识,研制了一种新型复合齿形牙轮钻头。该新型钻头是一种具有新型齿面结构的牙轮钻头,其牙轮上的牙齿由齿形齿和盘式齿复合而构成,并且各牙轮上齿形齿和盘式齿的布置方式可根据硬地层等复杂地层的特性和钻
2、井要求进行调整。两种齿对岩石的破碎作用将会互相影响,使得破碎岩石更加容易。为此,概述了国内外在复合齿形牙轮钻头方面所做的研究工作,并详细分析了这种新型钻头的结构特点和破岩机理,指出要研制出具有良好性能的复合齿形牙轮钻头,主要应从破岩机理、布齿方法与齿面结构、齿面强化工艺、钻头整体性能台架试验及复合齿形牙轮钻头结构设计等方面进行深入研究。主题词钻井复合齿形牙轮钻头盘式钻头破岩机理研究方向影响牙轮钻头破岩效果的主要是牙齿结构和布工作。在1994年,BakerHughes公司在美国申请齿方法。钻头的齿面结构直接与地层接触,对于岩了E
3、arthBoringBitWithAnAdvantageousCut石破碎过程和钻头工作性能的影响最大。因此,牙tingStructure专利(U.S.5,311,958),该钻头是将齿的结构形状和布置方法将直接影响钻头的破岩效钢齿和盘式齿相复合的牙轮钻头。率和钻井速度。综合牙轮钻头的发展过程可看出,我国西南石油大学在对盘式钻头几何学、运动由于材料性能的提高,加工技术的不断改进和钻头学、齿形结构、布齿方法、破岩机理等方面进行深入[14]结构的日趋完善,使牙轮钻头的寿命有了大幅度的研究的基础上,也开始进行复合齿形牙轮钻头方提高。近年来
4、关于牙轮钻头破岩机理的研究发现,面的研究工作。现已完成中国石油天然气集团公司牙轮钻头对井底岩石的破碎过程,实际上是压入和石油科技中青年创新基金项目复合齿形牙轮钻头压崩两种形式联合作用的结果,而这两种破碎机理破岩机理仿真研究,并已获得国家专利2项。现在都与齿面结构有直接的关系。所以研究和寻求新的正与江汉石油钻头股份有限公司合作进行复合齿形牙轮钻头齿面结构形式,对提高牙轮钻头在一些特牙轮钻头的产品研制工作。殊地层和特殊环境下的机械钻速、钻井进尺必将会西南石油大学申请的复合齿形牙轮钻头专利有明显的效果和重大意义。由于近几十年来牙轮钻(99
5、251810.5)。该实用新型涉及一种复合齿形牙轮头在齿面结构上缺少根本性变化,因而牙轮钻头的钻头,它主要由牙爪和牙轮组成,其特点在于牙轮上机械钻速在一些特殊地层上没有大的提高。所以,的牙齿同时采用了盘形齿、镶齿和钢齿,牙轮上牙齿要提高牙轮钻头在一些特殊地层和特殊环境下的机的布置方式可根据地层性质和钻井要求进行调整。械钻速、钻井进尺,必须根据对牙轮钻头破岩机理的其加工方法与现有牙轮钻头和盘式钻头相同,不会新认识寻求新的齿面结构。复合齿形牙轮钻头就是增加加工成本。该实用新型具有牙轮钻头和盘式钻具有全新齿面结构的牙轮钻头。头的综合破岩特点,能够适应
6、不同地层的需要,具有较高的钻井效率和较长的工作寿命。西南石油大学一、复合齿形牙轮钻头的发展概况申请的复合齿形单牙轮钻头专利(00244696.0)。对复合齿形牙轮钻头的研究在国外已作过一些该实用新型涉及一种在地壳上钻井使用的复合齿形*本文系国家自然科学基金项目(批准号:50474040)。作者简介:胡琴,女,1980年生,博士研究生;从事石油机械方面的研究工作。地址:(610500)四川省成都市新都区西南石油大学博2004级。电话:(028)83032037。Email:anliuhq@163.com77钻井工程
7、天然气工业2006年4月单牙轮钻头。它主要由牙爪和牙轮组成,其特征是(2)盘式钻头的破岩机理。盘式钻头的破岩机牙轮上的牙齿同时采用盘形齿和镶齿,牙轮上的布理根本不同于常规的齿形齿牙轮钻头,它改变了与齿方式可在单牙轮上布置一圈、二圈或三圈盘形齿,岩石的作用特点及其破碎机理。盘式钻头的连续楔其余布置镶齿。牙轮上的布齿方式可根据地层性质形齿圈沿岩块滚辗时,要形成同心圆环式的岩石破和钻井要求进行调整。本实用新型具有牙轮钻头和碎。这些破碎环分散为单个的圆环形岩屑,其大小盘式钻头的综合破岩特点,
8、因而破岩效率有较大提取决于齿圈间距及岩石的机械物理性质。由于井底高。它不仅具有较高的钻井效率,而且具有较长的的圆环状破碎,增加了机械钻速和减小破岩过程
