《钻井工具分析实验》实验指导书（模板）

1、钻井工具分析实验钻头是石油钻井中用来破碎岩石以形成井眼的工具，我国常用钻头：按照类型可以分为 刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头、PDC钻头等；按功用可分为全面钻进钻头、取芯钻头、 特殊工艺钻头。钻井中根据所钻地层的性质合理选择和使用钻头，对提高钻井速度有着十分 重要的意义。一、实验目的.通过钻井工具分析实验，使学生在观察学习中感性地认识各种钻头的结构，更好的 与理论知识融合.掌握刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头的工作原理。二 实验原理.刮刀钻头破岩机理工作原理：刀翼在钻压作用下吃入岩石，并在扭矩作用下剪切破碎岩石。破岩方式：以刮削、挤压和剪切为主。适用地层：松软一软地层刃尖角B刀翼尖端前后刃之间的

2、夹角。它反映了刀翼的尖锐程度。B越小，刃部越尖 锐，越容易吃入地层，但强度越低。一般:软地层 2810。；硬地层0=12。15图7-2.牙轮钻头的破岩机理（1）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。单、双齿交替着地引起纵向振动图7-3单双齿交替地引起纵向震动示意图（2）滑动剪切作用牙轮牙齿的径向滑动和切向滑动对井底地层产生剪切作用，破碎牙齿间或齿圈间岩石。 （3）射流的冲蚀作用喷嘴喷出的高速射流对井底岩石产生冲蚀作用，辅助破碎岩石。.金刚石钻头的破岩机理金刚石钻头以磨削（研磨）方式破碎岩石，类似于砂轮磨削金属的过程在钻进某些硬地

3、层时，在钻压作用下压入岩石，使与金刚石接触的岩石处于极高的 应力状态而使岩石呈现塑性；在塑性地层，金刚石吃入地层并在扭矩的作用下，使前方的岩石内部发生破碎或塑 性流动，脱离岩、图7-4梨削作用（3）在脆性较大的岩石中，在钻压和扭矩作用下所产生的应力使岩石表现为脆性破碎， 即属于以剪力和张力形式破碎岩石。（4）在坚硬岩石（如隧石、硅质白云岩、硅质石灰岩等）中，是要靠金刚石的棱角实现微切 削、刻划等方式来破碎岩石。三、仪器设备图7-5刮刀钻头图7-5刮刀钻头图7-6三牙轮钻头2图7-7金刚石钻头.钻头体2.水眼3.排屑槽4.切削齿四、实验步骤.观察三种钻头的结构和特点；.教师讲解三种钻头的工作原理

4、以及结构组成；.测量钻头喷嘴直径及长度；.详细学习三种钻头的实际应应用。五、钻头的用途及特点.刮刀钻头制造工艺简单，本钱低；适用于软地层，钻速快，每米钻进本钱低；容易磨损成锥形, 造成缩径和井斜；刮刀钻头产生剧烈的扭转振动，破坏钻具和设备；目前逐渐被PDC钻头 取代。,牙轮钻头根据地层性质合理选择钻头类型，标准是每米钻进本钱最低；地层较软时：选用牙齿高 度大并带有超顶或移轴的钻头；地层较硬时：选用呀齿高度小，无超顶或移轴的钻头；优选 钻进参数:钻压、转速、水力参数等。.金刚石钻头适用于硬、研磨性地层，涡轮钻井，深井钻井，取心作业。寿命长，进尺高。钻头下井 前，井底打捞干净，确保没有金属落物。先

5、用小钻压、低转速跑合，然后用合适钻压和高转 速钻进。采用低钻压（30-50kN）,高转速、大排量钻进。六、数据分析.常用钻头直径：444.5mm、346.1mm、241.3mm 215.9mm.牙轮钻头喷嘴直径与长度表7；牙轮钻头喷嘴直径与喷嘴长度详表尺寸代号适用的钻头宜径尺寸（英寸）喷嘴外径mm喷哧装配长度mm13-3/4-4-3/4 (95.2-120. 6mm)钻头 用喷嘴20. 3017.4825-7/8-6-3/4 (149.2-171. 4mm)钻头 用喷嘴23.519. 0537-1/2-7-7/8(190. 5-200. 0mm)钻头 用喷嘴29. 7420. 6248-3/8-13-3/4(212. 7-349. 2mm)钻 头用喷嘴32. 8926. 97514-3/4一17-1/2(374. 6-660. 1