第1页共13页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共13页典型石油机械结构与工艺特点第一节牙轮钻头结构简介一、概述随着石油天然气勘探开发难度的不断加大，面临的地质条件和自然环境日趋复杂恶劣，对勘探开发过程中的石油装备也提出了更高的要求。牙轮钻头作为钻井的主要破岩工具之一，如何进一步提高其工作性能，延长其使用寿命，是目前石油天然气勘探开发领域急需解决的关键技术问题之一，也是减少起下钻次数，缩短完井周期的有效途径，将有利于加快我国石油天然气勘探开发速度，降低原油生产成本和提高原油产量，从而确保我国经济建设持续健康发展。牙轮钻头的工作寿命对降低钻井成本，提高钻井速度起着十分重要的作用。钻头从下井开始直到工作寿命结束后才从井底提出，中途在井下无法更换任何零件，其寿命长短直接影响机械进尺和起下钻次数。因此，这就要求尽可能延长牙轮钻头各部件的工作寿命，从而提高牙轮钻头的整体工作寿命。三牙轮钻头工作过程中，钻压由钻杆或钻挺施加在牙轮钻头上部，再由牙爪经轴承传递至牙轮，驱使牙轮上的牙齿压入和破碎岩石，同时钻头的旋转使得牙齿破碎岩石的位置发生改变。通常81/2"三牙轮钻头的钻压在100～150kN左右，每个轴承载荷为30～50kN，轴承直径为57mm，旋转速度约为200转/分钟。实际钻井过程中，由于牙齿与岩石互作用、钻柱振动产生的动载荷使得作用在钻头上的实际载荷为随机变化的动载荷。二、牙轮钻头发展简史自20世纪初期第一个旋转牙轮钻头问世开始，牙轮钻头就不断发展，并很快以其优良的性能成为钻井工业中最主要的破岩工具之一。1909年8月10日，美国HowardR.Hughes取得了第一个牙轮钻头专利以对付钻井中遇到的刮刀钻头很难或者不可能钻进的较硬地层。当时由于牙轮在软地层中极易形成泥包因此在软地层中刮刀钻头仍然享有主导地位。1925年出现了自洁式钻头。它的出现克服了第2页共13页第1页共13页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共13页当时钻井中遇到软硬夹层地层必须多次起下钻以更换钻头的情况，钻井进尺和机械钻速提高两倍多，明显降低了钻井成本。1932年对牙轮轴承的改进，出现了滚动轴承，大大提高了钻头使用寿命。1933年出现了三牙轮钻头，与二牙轮钻头相比，不仅工作更平稳，钻速更快，寿命更长，而且有更多的规径面积维持井径。1935年出现了移轴三牙轮钻头，这种钻头在当时提高机械钻速达30%，促进了牙轮钻头的广泛使用。1949年出现了喷射式牙轮钻头，当时的实际测试表明能增加机械钻速达50%。1951年出现了球型的硬质合金镶齿钻头，大大提高了牙齿寿命，但轴承成了主要的易损部分。1960年密封润滑轴承研制成功，提高了整体钻头工作时间。1967年研制成功了用于各类地层的硬质合金镶齿钻头，大大提高了镶齿钻头的适用范围和牙齿寿命。1968年密封润滑滑动轴承的问世，使钻头的工作时间进一步提高一倍以上。随着钻井技术的不断发展，钻头也得到了较大发展。如1970年的O型环密封的滑动轴承；1976年用真空/压力注油法向贮油囊注入润滑脂的密封轴承钻头；1979年的精密密封滚动轴承；1981年的勺形齿；1982年用环锁法将牙轮装配在轴承上的全滑动元件的滑动轴承；90年代初推出的用钻头体内的三合一元件来确保三个牙掌准确对位焊接技术，可以承受恶劣使用环境的全橡胶补偿器；浮动套滑动轴承，对开丝扣环式保持器，网纹状密封圈等新结构。综合牙轮钻头的发展过程可以看出，牙轮钻头的发展使其工作寿命大幅度提高，如硬质合金镶齿的出现成倍提高了牙齿寿命；从滚动轴承到密封润滑滑动轴承乃至现在对轴承密封结构等的一系列改进，都大大提高了轴承寿命；新技术、新材料的不断利用又从各方面提高了钻头的工作寿命；伴随钢材质量及热处理工艺的发展，牙轮钻头各部件的性能都得以增强；新型的密封材料、润滑剂和高耐磨材料的出现及加工工艺技术的提高又增强了轴承的抗破坏能力；精密的绞孔工艺增强了镶齿的牢固程度；新型合金成份及加工工艺提高了硬质合金的强度等等。近三十年来，由于齿面结构变化不大，所有齿面结构的改进都基于定性认识，依赖于大量的试验结果。相...
