4海底岩石与钻头破岩海洋钻井工程

1海洋洋石石油油工工程程李玮博博士、、副教教授Tel-mail:liwei@1目录录海上钻钻井发发展状状况及及环境境特点点海上钻钻井装装置海上钻钻井主主要系系统海底岩岩石与与钻头头破岩岩井眼轨轨道设设计与与控制制优选参参数钻钻井海洋钻钻井压压力预预测与与控制制海上钻钻井工工艺技技术本章主主要内内容一、海海底岩石的的力学学性质质二、海海底岩石的的研磨磨性与与可钻钻性三、刮刀钻钻头及及其破破岩原原理四、牙轮钻钻头及及其破破岩原原理五、金刚石石钻头头及其其破岩岩原理理一、海海底岩岩石的的力学学性质质水龙头方钻杆转盘钻杆扶正器钻铤钻头顶驱一、海海底岩岩石的的力学学性质质岩石的的力学学性质质变形特特征强度特特征自生石石英晶晶体,溶孔中中绒球球状绿绿泥石石一、海海底岩岩石的的力学学性质质变形特特征:指岩石石在各各种载载荷作作用下下的变变形规规律(包括括岩岩石石的的弹弹性性变变形形、、塑塑性性变变形形、、粘粘性性流流动动和和破破坏坏规规律律)。强度度特特征征:指岩岩石石在在载载荷荷作作用用下下开开始始破破坏坏时时的的最最大大应应力力(强度度极极限限)以及及应应力力与与破破坏坏之之间间的的关关系系，，它它反反映映了了岩岩石石抵抵抗抗破破坏坏的的能能力力和和破破坏坏规规律律。。一、、海海底底岩岩石石的的力力学学性性质质一、、海海底底岩岩石石的的力力学学性性质质岩石石试试样样的的钻钻取取及及制制备备(一)、应应力力应应变变曲曲线线(二)、强强度度(简单单应应力力)(三)、强强度度(复杂杂应应力力)一、、海海底底岩岩石石的的力力学学性性质质图典型型应应力力应应变变曲曲线线OA段：：曲线线稍稍向向上上凹凹，，这这反反映映岩岩石石试试件件内内部部裂裂隙隙逐逐渐渐被被压压密密。。AB段：：随着着岩岩石石内内裂裂隙隙被被压压密密进进入入AB段，，它它的的斜斜率率为为常常数数或或接接近近于于常常数数，，该该直直线线的的斜斜率率称称为为杨杨氏氏弹弹性性模模量量E。(一)、岩岩石石的的应应力力-应变变曲曲线线BC段：：B点为为屈屈服服极极限限，，是是岩岩样样弹弹性性行行为为到到塑塑性性行行为为过过渡渡的的点点。。C点为为强强度度极极限限，，是是岩岩样样所所能能承承受受的的最最大大应应力力。。C点以以前前的的阶阶段段称称为为破破坏坏前前阶阶段段，，之之后后称称为为破破坏坏后后阶阶段段。。特点：变形和荷荷载呈非非线性关关系，裂裂隙进入入不稳定定发展状状态。卸卸载不能能完全恢恢复，存存在永久久变形。。CD段：该段曲线线呈下降降形态，，岩样承承受应力力的能力力下降，，而岩石石的应变变增加，，岩石开开始解体体。(一)、岩石的的应力-应变曲线线图典型应力力应变曲曲线岩石的强强度抗压强度度抗拉强度度抗压强度度抗弯曲强强度通常情况况下：抗抗压>抗剪>抗弯>抗拉强度度强度获取取方法：：对具体体的岩石石进行强强度试验验(二)、简单应应力条件件下岩石石的强度度岩石抗压压缩强度度指岩石抵抵抗外力力压缩的的能力．．其大小小等于在在岩样上上施加轴轴向压缩缩载荷直直至破坏坏时单位位面积上上的载荷荷，可通通过单轴轴抗压缩缩强度试试验来获获得。三轴应力力机1、岩石抗抗压缩强强度真实的应应力应变变曲线1、岩石抗抗压缩强强度*设计恰当当的夹紧紧机构；；*制备一一定形状状的岩样样；*确保加加载方向向严格平平行于岩岩样轴线线。实验要求求测量方法间接抗拉拉伸强度度试验直接抗拉拉伸强度度试验2、岩石抗抗拉伸强强度破裂从圆圆的中心心开始,沿加载直直径向上上下扩展展。岩石石的抗张张强度可可按下式式计算：：巴西劈裂裂实验1.常规三轴轴试验（a）（（b）（（c）（（d）图1-10三轴岩石石试验方方法（a）液压作作用下的的压（拉拉）试验验（常规规三轴试试验）；；（b）用三个个液缸的的柱塞进进行的三三面压缩缩试验（（真三轴轴试验））；（c）液压作用用下的压扭扭试验；(d）液压作用用下的两面面柱塞压缩缩试验。(三)、复杂应力力条件下的的岩石强度度σ1P=σ2=σ3σ3P=σ1=σ2（a）压缩试验验（b）拉伸试验验1.常规三轴试试验2θσ1σ3ψCστoOAB库仑剪切强强度曲线2.三轴轴应力下岩岩石的强度度和变形的的特点岩石的强度度是随作用用于破坏面面(或剪切滑动动面)的垂直(法向)压应力的增增加而增大大的。库仑—莫尔强度理理论莫尔提出岩岩石的强度度曲线是一一系列不同围压下下的极限应应力圆的包包络线画在τ-σ平面上的岩岩石强度曲曲线变成了了近似于斜斜率逐渐减减小的抛物线，可可适用于高高围压的情情况。O莫尔应力圆圆包络线τσ0库仑—莫尔强度理理论卡尔曼在室室温下的试试验结果（（应力-应变曲线））三轴试验的的应力－应应变曲线（（图中有X者为脆性破破坏）3=3260bar3=1650bar3=850bar3=500bar3=235bar3=0应变∑z，％（大理岩）(1－3)，bar应变∑z，％（砂岩）3＝2175bar3＝1550bar3＝555bar3＝275barX3＝0(1－3)，bar6000400030002000100060004000300020001000XX012345678901234567(四)、三三轴应力作作用下岩石石机械性质质的变化两方面显著著变化1、随着围压压的增大，，岩石强度度极限增大大。（１）不同同类型的岩岩石，增大大幅度和倍倍数是不一一样的；（２）围压压对岩石强强度的影响响程度，并并不是在所所有压力范围内都相相同。2、随着围压压的增大，，岩石表现现出从脆性性到塑性的的转变，且且围压越大大，岩石破破碎前所呈呈现的塑性性也越大。。(四)、三三轴应力作作用下岩石石机械性质质的变化岩石从脆性性到塑性的的转变点（（或称临界界压力）对对深井钻井井的重要意意义：脆性破坏塑性破坏本质差别不同的破碎碎工具不同的破碎碎方式不同的破碎碎参数因此，确定定岩石的脆脆——塑性转变的的“临界压力”将为设计和和合理选择择使用钻头头提供科学学依据。(四)、三三轴应力作作用下岩石石机械性质质的变化岩心试样力力学参数的的测试结果果岩石的硬度度（抗压入入强度）：：岩石抵抗抗外力压入入的能力平底圆柱压压模压入岩岩石时，在在压头下的的岩体中发发展了轴对对称分布的的三向应力力状态，这这种应力状状态使压头头下岩石的的强度会急急剧增大，，同时多数数岩石具有有塑性性质质。(五)、岩岩石的抗压压入破碎强强度实验方法抗压入破碎碎强度测试试仪器示意意图测试方法①用加载能力力为10kN的小型液压压机；②压头上上作用的载载荷可由液液压系统的的压力指示示计算得出出；③压入深深度可由千分表（或百分表表）指示读读出；④记录下下载荷与吃吃深的相关关数据，事事后绘制载荷-吃深曲线。压头zσzσr=σθz0σpτσzzσrσθσzσr=σθaaap圆柱压模压压入岩石的的应力状态态及分布P-岩石平均压压强a-压头底面的的半径z-距岩石表面面的深度ν-岩石泊松比比W0OCEDW载荷W/NW0载荷W/N吃入深度ε/m(b)塑脆性岩石EDW吃入深度ε/m载荷W/N吃入深度ε/m(a)脆性岩石(c)塑性岩石OOBA硬度屈服极限塑性系数压入实验确确定岩石的的硬度和塑塑性系数通过大量的的试验，可可以根据上上面所讲的的岩石的硬度和塑性将岩石进行行分类。1、岩石按塑塑性系数的的分类类别脆性塑脆性塑性低塑性高塑性级别123456塑性系数1＞1～22～33～44～6＞6岩石分类参照我国石石油钻井使使用的钻头头类型，按按岩石的硬硬度大小可可将岩石分分为六类十十二级。2、岩石按硬硬度的分类类类别软中软中硬硬坚硬极硬级别123456789101112硬度kbar≤11～2.52.5～55～1010～1515～2020～3030～4040～5050～6060～70＞70岩石分类本章主要内内容一、海底岩石的力学学性质二、海底岩石的研磨磨性与可钻钻性三、刮刀钻头及及其破岩原原理四、牙轮钻头及及其破岩原原理五、金刚石钻头头及其破岩岩原理钻井过程中中，钻井工工具和岩石石产生接触触和摩擦，，从而在破破碎岩石的的同时，工工具本身也也受到岩石石的磨损而而逐渐变钝钝甚至损坏坏。岩石磨磨损这些材材料的能力力称为岩石石的研磨性性。测定岩石研研磨性的方方法(一)、岩石的研磨磨性钻磨法磨削法微钻头钻进进法摩擦磨损法法各种岩石的的研磨性研磨性最小的岩石低研磨性岩石高研磨性岩石盐岩、泥岩和一些硫酸盐岩石灰岩和白云岩含有刚玉矿物成分的岩石各种岩石的的研磨性由所含长石和石英成分的多少、颗粒粒度和多晶矿物间的硬度差而定。含长石及石英成分少，粒度细，矿物的硬度差小，研磨性较小，反之研磨性较高。中等或高研磨性岩石由石英颗粒的含量及胶结强度而定，石英颗粒含量越多，粒度越粗，胶结强度越小，其研磨性越高；反之研磨性则低。沉积碎屑岩火成岩岩石的研磨磨作用，包包含有两种种不同的机机理：一种是类似似于锉刀锉金属属的作用，称称之擦蚀。其特征是是被磨蚀物物体的硬度度小于磨蚀蚀物体，而而后者表面面又必须是是粗糙的，，它在前者者的表面上上剋削下碎碎屑末。研磨作用的的物理实质质：另一种作用用是类似于于砚台受墨墨的研磨，久而久之之也要被磨蚀，称之磨损。对于钢制制工具而言言，除了含含有石英颗颗粒的岩石石以外，岩岩石的磨蚀蚀作用主要要是以磨损损的形式进进行的。研磨作用的的物理实质质：牙轮钻头的轻度磨损

牙轮钻头的中度磨损牙轮钻头的高度磨损研究岩石的的磨蚀性及及其规律，，直接关系系到机械和和工具的寿寿命、生产产的效率和和成本；作为改进机机具设计的的依据，也也是采取合合适工作参参数的基础础。研究岩石磨磨蚀性的意意义：岩石破碎的的难易性称称为岩石的的可钻性，由此把岩岩石分为难难钻的和易易钻的。研究可钻性性方法生产工艺的的指标岩石机械性性质50年代史立涅涅尔压入硬硬度法60年代罗劳微微钻法(我国石油行行业)(二)、岩石的的可钻性可钻性的单单位采用在在确定条件件下的钻头头进尺或者者机械钻速速.可用抗压强强度，d指数、压痕痕指数、纵纵波速度、、抗钻强度度、实钻速速度、杨氏氏钻速模式式中的地层层可钻性系系数等几十十种.微型钻头钻钻进法采用直径等等于31.75mm（11/4in）的微型钻钻头在小块块岩样上进进行钻进试试验。以907.2N的钻压，55rpm的转速钻一一个深度为为2.381mm（3/32in）的孔，根根据所需的的钻时（s）计算出微微钻头的钻钻速。(二)、岩石的的可钻性每次试验后后测出微型型钻头齿的的磨损高度度，适过查查表可查得得所选用的的钻头在该该岩层中钻钻进的预计计寿命、进进尺数及每每米进尺成成本。这种方法是用用微型钻头的的试验钻速（（m/h）作为确定岩岩石可钻性的的指标。(二)、岩石的可可钻性当以钻速作为为可钻性指标标时，钻进的的速度V与深度H、钻进时间T之间有如下关关系：为了统计研究究方法的需要要，对钻时T作对数变换，，便可得岩石石可钻性级值值（Kd）与微钻时之之间的关系式式：(二)、岩石的可可钻性油矿地层可钻钻性分级和适适用的钻头类类型表微牙轮钻头可可钻性级值分分级(二)、岩石的可可钻性类别软中硬级别1234567910钻速（米/时）≥22~11~0.50.5~0.30.3~0.10.1~0.060.06~0.030.03~0.0080.008~0.004可钻性级别ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩ适用钻头类型JR～RZR～ZZY～YJ～JY本章主要内容容一、海底岩石的力学性性质二、海底岩石的研磨性性与可钻性三、刮刀钻头及其其破岩原理四、牙轮钻头及其其破岩原理五、金刚石钻头及及其破岩原理理牙轮钻头PDC钻头金刚石钻头刮刀钻头常用尺寸：26"、171/2"、121/4"、81/2"各种钻头各种钻头刮刀钻头的结结构：上钻头体、下下钻头体（分分水帽）、刀刀翼、水水眼。两刀翼的称作作两刮刀钻头或或鱼尾刮刀钻钻头三刀翼的称作作三刮刀钻头四刀翼的称作作四刮刀钻头三、刮刀钻头头及其破岩原原理刮刀钻头特点结构简单，制制造方便。在软地层中，可可以得到高的的机械钻速和和钻头进尺。。在较硬地层中，，钻头吃入困困难，钻井效效率低。刮刀钻头特点点1.刀翼结构角刀翼结构角刃尖角β切削角α刃前角φ刃后角ψ(一)、刮刀刀钻头刀翼的的几何形状和和结构参数2.刀翼几何形状状背部几何形状状抛物线型刀翼的厚度随随距刀刃的距距离增加应逐逐渐增厚，呈呈抛物线形。。刀翼底部形状状平底正阶梯梯反阶梯梯反锥(一)、刮刮刀钻钻头刀刀翼的的几何何形状状和结结构参参数根据摩摩尔强强度理理论，，如果果忽略略摩擦擦力，，当F力等于于或大于剪剪切面面积与与岩石石抗剪剪极限限强度度乘积积时，岩石沿沿剪切切面破破碎。。(二)、刮刮刀钻钻头破破碎岩岩石的的基本本原理理1.塑性岩岩石泥岩页岩盐岩膏岩塑性岩岩石硬硬度小小，在在钻压压W的作用用下容容易吃吃入地地层，，刃前前岩石石在扭扭转力力T作用下下不断断产生生塑性性流动动。因因此，，吃入入深度度要比比力W单独作作用时时深得得多。。(二)、刮刮刀钻钻头破破碎岩岩石的的基本本原理理2.塑脆性性岩石石刮刀钻钻头破破碎塑塑脆性性岩石石过程程P(a)Th0(b)压碎和小剪切分离的岩屑TP大剪切分离的岩屑压实的岩粉(c)TPAAA砂泥岩岩砂砂岩大大理石石碰撞压碎及及小剪剪切大剪剪切切(二)、、刮刮刀刀钻钻头头破破碎碎岩岩石石的的基基本本原原理理本章章主主要要内内容容一、、海海底底岩石石的的力力学学性性质质二、、海海底底岩石石的的研研磨磨性性与与可可钻钻性性三、、刮刀刀钻钻头头及及其其破破岩岩原原理理四、牙轮钻头头及其破破岩原理理五、金刚石钻钻头及其其破岩原原理1909年就出现现了第一一个牙轮轮钻头。。1925年，出现现了自洁洁式牙轮轮钻头。。1933年出现了了滚动轴轴承的三三牙轮钻钻头。1935年经进一一步改进进，出现现了移轴轴三牙轮轮钻头。。1949年开始发发展喷射射钻井。。1951年成功地地使用了了镶硬质质合金齿齿的钻头头。1960年试制成成功了密密封润滑滑轴承。。1968年研究成成功了密密封润滑滑滑动轴轴承钻头头。牙轮钻头头的发展展牙轮钻头头分类单牙轮钻钻头两牙轮钻钻头三牙轮钻钻头四牙轮钻钻头牙轮钻头头是使用用最多的的钻头，，占钻头头总数的的70%。牙轮钻头头的分类类单牙轮钻钻头特点点：牙轮轮的转速速比钻头头转速低低得多，，仅为钻钻头转速速的1/2～l/5，能适应应大幅度度的转速速变化。。这种钻钻头工作作时对井井底的滑滑动作用用很大，，因而有有较大的的切削作作用。两牙轮钻钻头的优优点：喷喷嘴的安安装位置置较充裕裕，喷嘴嘴可以向向下接近近井底以以充分发发挥钻头头的水力力作用。。四牙轮钻钻头有两两个牙轮轮破碎井井底外缘缘部分，，而另两两个牙轮轮破碎井井底中间间部分，，它适于于钻软到到中硬地地层。各种牙轮轮钻头的的特点1、钻头的的复合运运动牙轮钻头头在钻头头旋转运运动过程程中，由由于牙轮轮钻头在在运动过过程中受受到井底底岩石对对钻头牙牙齿的摩摩阻力，，钻头牙牙轮要向向钻头前前进时相相反的方方向旋转转。钻头与井井底接触触母线上上任意点点的实际际运动速速度应为为该点随随钻头运运动所产产生的速速度(称为牵连速速度)与该点点随牙牙轮旋旋转所所产生生的速速度(称为相对速速度)的矢量量和(称为绝对速速度)。(一)、三牙轮轮钻头头破碎碎岩石石的基基本原原理2.钻头的的冲击击和压压碎作作用由于牙牙轮钻钻头的的纵向向振动动，钻钻头对对岩石石产生生冲击击和压压碎，，单双双齿着着地的的频率率为：：(一)、三牙轮轮钻头头破碎碎岩石石的基基本原原理3.牙轮对对地层层的剪剪切作作用剪切作作用主主要是是通过过牙轮轮在井井底滚滚动的的同时时，还还产生生轮齿齿对井井底岩岩石的的滑动动来实实现的的。产生滑滑动的的主要要因素素有三三个，，即超顶、复锥和移轴。当牙轮轮锥顶顶不与与钻头头轴线线重合合时，，就有有滑动动产生生。(一)、三牙轮轮钻头头破碎碎岩石石的基基本原原理①超超顶牙牙轮产产生切切线方方向的的滑动动；②滑滑动速速度大大小与与超顶顶距c成正比比；③存存在一一个纯纯滚动动点，，在该该点两两侧的的滑动动方向向相反反。①超顶顶引起起的滑滑动牙轮锥锥顶超超过钻钻头轴轴线，，这种种特点点称作作超顶。②复锥引引起的的滑动动复锥牙牙轮包包括主主锥（（锥顶顶角2Φ）和副副锥（（锥顶顶角2θ），如如主锥锥顶与与钻头头中心心重合合，则则副锥锥顶必必是超超顶的的。如前述述，超超顶会会引起起切线线方向向滑动动，所所以复复锥同同样会会产生生切线线方向向的滑滑动。。单锥牙牙轮：：主锥锥+背锥，，硬地地层复锥牙牙轮：：主锥锥+副锥+背锥，，软到到中硬硬a—单锥；b、c—复锥；1—主锥；2—副锥；3—背锥abc牙轮轮①移移轴牙牙轮仅仅产生生轴向向滑动动；②滑滑动量量的大大小和和偏移移值s成正比比。③移轴引引起的的滑动动牙轮轴轴线相相对于于钻头头轴线线平移移一段段距离离，这这种方方式称称作移轴。①移轴引引起的轴向滑动剪剪切掉齿圈圈之间的岩岩石；②超顶和和复锥所引引起的切线线方向滑动动剪切掉同一齿圈相相邻牙齿之之间的岩石石；③移轴引引起的轴向向滑动使牙牙齿的内端面部分分磨损；④超顶和和复锥引起起的切线方方向滑动使使牙齿侧面磨磨损；⑤对于极极软到中硬硬地层的钻钻头，兼有有移轴、超超顶和复锥锥；⑥中硬或或硬地层钻钻头有超顶顶和复锥；；⑦对于极极硬和研磨磨性很强的的地层的钻钻头是纯滚动而无无滑动。滑动分析牙轮钻头结结构：牙轮钻头由由钻头体、、牙抓（巴巴掌）及牙牙轮轴、牙牙轮及牙齿齿、轴承、、储油润滑滑密封系统统、喷嘴等等部分组成成。(二)、牙轮钻头的的结构和类类型钻头直径牙轮轴线偏偏移值牙轮轴线与与钻头轴线线夹角牙轮的形状状与布置牙轮上牙齿齿的布置１.牙轮钻头的的基本参数数(二)、牙轮钻头的的结构和类类型钻头直径原则：以最最少的尺寸寸系列来满满足钻井工工作需要。。①我国目前前已审订出出牙轮钻头头的直径系系列。最小小直径为97mm（37/8in），最大尺尺寸为445mm（171/2in）。②钻头制造造时规定了了它的直径径公差。牙轮轴线偏偏移值①牙轮轴线沿沿钻头旋转转方向平移移一段距离离（或偏转转一个角度度）②牙轮轴轴线的偏移移值应根据据岩层的特特性来定。。③用偏移移系数来表表示；偏移移系数为偏偏移值s与钻头直径径之比值。。１.牙轮钻头的的基本参数数牙轮轴线与与钻头轴线线夹角影响牙轮的的空间体积积大小和轴轴承受力状状况。①角为5l～59。②软地层层钻头角较较大大，，硬硬地地层层钻钻头１.牙轮轮钻钻头头的的基基本本参参数数牙轮轮的的形形状状及及布布置置（a）牙牙轮轮的的几几何何形形状状及及尺尺寸寸牙轮轮的的几几何何形形状状尺尺寸寸包包括括主主锥锥角角（（2）、副锥角（（2）、牙轮总高高（H）、牙轮最大大外径（d）、背锥角（（2）。（b）牙轮上牙齿的布置置①着重考虑牙牙轮及牙齿对对井底的破碎碎效果；②考虑到相邻邻牙轮的牙齿齿之间的啮合合；③牙轮钻头对对井壁的切削削和修整作用用。１.牙轮钻头的基基本参数牙轮及牙齿的的布置方式布齿原则：（1）转一周牙齿齿全部破碎井井底，不留下下未被破碎的的凸起；（2）牙轮在重复复滚动时应使使牙齿不落入入别的牙齿的的破碎坑内；；（3）牙齿磨损均均匀。１.牙轮钻头的基基本参数牙轮布置方案案：（1）非自洗无滑滑动布置：各牙轮牙齿齿齿圈不嵌合，，单锥、不超超顶，不移轴轴，用于硬地地层；（2）自洗不移轴轴布置：各牙轮牙齿齿齿圈相互嵌合合，副锥、超超顶，不移轴轴，用于中硬硬地层；（3）自洗移轴布布置：各牙轮牙齿齿齿圈相互嵌合合，副锥、超超顶，移轴，，用于软地层层；１.牙轮钻头的基基本参数非自洗自洗无移轴自洗移轴１.牙轮钻头的基基本参数齿间相互齿合产生自洗作用对于牙齿的基基本要求是破破岩效率高、、寿命长。要要满足这两点点，必须从两两方面着手:一是牙齿的几几何形状要合合理；二是齿的材料料要耐磨并有有足够的强度度。目前牙轮钻头头的牙齿有铣齿（也称钢齿））和硬质合金金齿（简称镶齿）两大类。2、牙轮钻头的的牙齿铣齿(也称钢齿)硬质合金齿(简称镶齿)2、牙轮钻头的的牙齿①铣齿牙轮轮钻头的牙齿齿与牙轮壳体体成一体。②铣齿牙轮轮钻头的牙齿齿主要是楔形形。用于地层研磨磨性高的钻头头，为了防止止钻头直径磨磨小，外排齿齿做成π型、T型、或L型，称为保径径齿。

保径齿齿型L型T型

π型铣齿楔形齿齿：适适用于于高塑塑性的的软地地层以以及中中硬地地层。。锥形齿齿：以以压碎碎方式式破碎碎岩石石，它它的强强度高高于楔楔形齿齿。三棱形形齿：：适用用于硬硬、脆脆地层层和软软、塑塑性地地层的的交错错层。。球形齿齿：以以压碎碎和冲冲击的的方式式破碎碎高研研磨性性的坚坚硬地地层。。镶齿①镶齿齿的齿齿形归纳为为两类类：一类端端部为为球面形形的如球球齿、、锥形形齿及及抛射射体形形齿，，这类类齿压压入岩岩石时时与球体压压入岩岩石相似。。另一类类楔形形齿齿齿锋是是圆弧形形，在破破碎岩岩石时时相当当于圆圆柱体体沿母母线压压入岩岩石，，岩石破破碎所所需压压力与与圆弧弧半径径大小小和齿齿锋长长度（（齿宽宽）关关。镶齿硬质合合金齿齿的材材料是是烧结碳碳化钨钨类硬硬质合合金，硬质质合金金既应应具有有高的硬硬度和和耐磨磨性，又有有较好好的韧性以以抵抗抗钻进进中的的冲击击载荷荷。所以以一般般多采采用粗粗粒碳碳化钨钨硬质质合金金来制制造牙牙齿。。②硬质质合金金齿的的材料料镶齿固齿工工艺又又叫镶镶齿工工艺，，目前前多采采用过过盈配配合镶镶齿工工艺。。提高固固齿强强度的的关键键在于于以下下两点点：首先牙牙轮基基体材材料要要有一一定的的强度度，齿齿圈表表面要要有适适当的的硬度度，第二，，镶齿齿过盈盈量要要适当当。室室内研研究及及现场场实验验得出出过盈盈量在在0.04～0.07mm范围内内较好好。③固固齿工工艺镶齿①轴轴承结结构牙轮钻钻头每每个牙牙轮一一般有有三副承承受径径向载载荷的的轴承承，外排排是滚柱轴轴承，内排排是滑动轴轴承，中间间的是是滚珠轴轴承。目前常常用的的轴承承结构构有两两种，，一种种是滚滚柱-滚珠-滑动，，另一一种是是滚柱柱-滚珠-滚柱。。3、牙轮轮钻头头的轴轴承②钻头头轴承承的工工作条条件和和磨损损4~5颗大滚滚柱轴轴承承承受60%~70%的钻压压；牙爪轴轴承要要承受受多次次冲击击载荷荷的作作用。。这这导致致了轴轴承特特别是是轴颈颈的严严重接接触疲疲劳剥剥落。。泥浆中中所含含的砂砂粒、、岩屑屑和轴轴承元元件碎碎屑等等固体体硬颗颗粒，，它们们的棱棱角可可在轴轴承元元件的的表面面产生生微切切削和和研磨磨等机机械作作用，，又叫叫磨粒磨磨损。3、牙轮轮钻头头的轴轴承喷嘴：：钻井液液流出出钻头头射向向井底底的流流道。。高压压钻井井液流流经喷喷嘴后后产生生高速速流动动的水水射流流，清清除井井底岩岩屑，，辅助助破碎碎岩石石。三牙轮轮钻头头一般般安装装3个喷嘴嘴，直径7~13mm。用卡卡簧固固定在在水眼眼内，，并用用o形圈密密封。。4、喷喷嘴国产牙牙轮钻钻头分分类方方法（1）按结结构分分类：Y，P，MP，MPB，HP，HPB，XMP，XH共8个系列列(三)、牙轮钻钻头类类型（2）按地地层分分类：：JR，R，ZR，Z，ZY，Y，JY1，2，3，4，5，6，7国产三三牙轮轮钻头头类型型及适适应地地层(三)、牙轮钻钻头类类型1.根据地地层性性质合合理选选择钻钻头类类型，，标准准是每每米钻钻进成成本最最低。。地层较较软时时：选选用牙牙齿高高度大大并带带有超超顶或或移轴轴的钻钻头；；地层较较硬时时：选选用牙牙齿高高度小小，无无超顶顶或移移轴的的钻头头；2.优选钻钻进参参数：：钻压压、转转速、、水力力参数数等。。(四)、牙轮钻钻头的的正确确使用用本章主主要内内容一、海海底岩石的的力学学性质质二、海海底岩石的的研磨磨性与与可钻钻性三、刮刀钻钻头及及其破破岩原原理四、牙轮钻钻头及及其破破岩原原理五、金刚石石钻头头及其其破岩岩原理理金刚石石钻头头是以以锋利利、耐耐磨和和能够够自锐锐的天天然金金刚石石或人人造金金刚石石为切切削齿齿，在在钻低低钻压压下即即可获获得较较高的的钻速速和钻钻头进进尺，，是石石油钻钻井中中广泛泛使用用的一一种高高效钻钻头。。三、金金刚石石钻头头及其其破岩岩原理理类型按来源源分按功用用分按镶嵌嵌方式式分按钻井井方式式分天然金金刚石石钻头头人造造金刚刚石钻钻头全面钻钻进钻钻头表镶孕镶转盘钻钻井涡轮钻钻井取心钻钻头金刚石石钻头头类型型1、金刚刚石钻钻头的的结构构钢体胎体切削刃刃水眼与与水槽槽(一)、金刚石石钻头头结构双锥阶阶梯形形剖面面软到中中硬地地层双锥形形剖面面较硬地地层“B”型剖面面硬地层层带波纹纹的“B”型剖面面坚硬地地层①钢体钢体是是金刚刚石钻钻头的的骨架架。上上部螺螺纹连连接钻钻具，，下部部与胎胎体烧烧结。。②胎体体镶嵌金金刚石石颗粒粒的基基体．．胎体体形状状，主主要指指工作作面的的几何何形状状和工工作面面积的的大小小，根根据岩岩性设设计的的。1、金刚刚石钻钻头的的结构构金刚石在钻头工作面上的排布方式软到中硬硬地层坚硬地层交错排列法圆周排列法脊圈排列法切削刃刃表镶式式孕镶式式表孕镶镶式③切削削刃1、金刚刚石钻钻头的的结构构金刚石石钻头头的水水眼与与水槽槽是构构成钻钻头水水动力力的通通道。。④水眼眼与水水槽1、金刚刚石钻钻头的的结构构水眼和和水槽槽的布布置原原则使金刚石石钻头在在钻进时时，保证证供给钻钻头工作作面有足足够的水水力能量量。用于软到到中硬地地层的金金刚石钻钻头，由由于工作作小，金金刚石颗颗粒粗而而稀，钻钻进时钻钻速快，，岩屑多多而粗，，因此水水槽应宽宽而少。。对于硬和和坚硬地地层，钻钻头工作作面大、、金刚石石颗粒细细而密，，且出刃刃低，钻钻压大，，水槽应应多、密密、窄。。1、金刚石石钻头的的结构④水眼与与水槽接触面积吃入深度出露高度金刚石钻头基体当钻某些些硬地层层时，钻钻头上的的每粒金金刚石在在钻压作作用下压压入岩石石使下面的岩岩石处于于极高的的应力状状态，呈呈现塑性性，同时时在旋转转扭矩的的作用下下产生切削削作用，，破碎岩岩石的体体积大体体上等于于金刚石石吃入岩岩石的位位移体积积。2、金刚石钻钻头破岩岩原理①、适用用于硬、、研磨性性地层，，涡轮钻钻井，深深井钻井井，取心心作业。。②、寿命命长，进进尺高。。③、钻钻头下井井前，井井底打捞捞干净，，确保没没有金属属落物。。④、先先用小钻钻压、低低转速跑跑合，然然后用合合适钻压压和高转转速钻进进。⑤、采用用低钻压压（30-50kN）、高转转速、大大排量钻钻进。3、金刚石石钻头的的正确使使用(1)金刚石钻钻头是一一体性钻钻头，可可以使用用高的转转速低钻钻压（30-70kN)，适合与与高转速速的井下下动力钻钻具一起起使用，，适合于定定向钻井井。(2)金刚石钻钻头耐磨磨且寿命命长，适适合于深井及研研磨性地地层使用。(3)在地温较高高时，牙轮轮钻头的的轴承密密封易失失效，金金刚石钻钻头则不不会出现现此问题题。(4)金刚石钻钻头的钻钻压低于于牙轮钻钻头，因因而在钻压受受到限制制(如防斜钻钻进)的情况下下应使用用金刚石石钻头。。(5)金刚石钻钻头结构构设计、、制造比比较