典型石油机械结构和工艺特点

典型石油机械结构与工艺特点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。访19适09节年蒸8茅月胆10留日，部美国舅Ho创wa励rd衰R附.廉Hu胡gh历es浩取得窑了第擦一个食牙轮仔钻头造专利私以对章付钻潜井中停遇到忍的刮术刀钻早头很吊难或畅者不漂可能亦钻进哭的较弯硬地启层。愤当时魂由于绳牙轮怜在软狗地层罪中极造易形祥成泥因包，着因此彩在便软地袋层中粉刮刀做钻头蜂仍然族享有选主导兰地位蛇。惑19嫌2铲5句年出颗现了扎自洁阀式钻顺头。愧它的肺出凭现克牙服了兔当时旬钻井娱中遇佳到软逢硬衔夹层魔地层那必须抽多次斤起下旅钻以域更换集钻头严的情印况，祥钻阅井导进势尺和院机械恋钻殿速提轻高两狠倍多护，明享显降列低了兔钻井龙成本疑。崭19悲32详年对窃牙轮欲轴承策的改奉进，帖出现龙了滚双动轴介承，章大大秘提高针了钻话头使端用寿怎命。孔19学3虑3姐年出既现了庆三喷牙轮哲钻头对，与霞二牙繁轮钻痒头相晚比，棉不仅斤工作馒更平辣稳，诊钻速玉更快债，寿纯命更沟长，狮而且佛有更右多的混规径泉面积轮维持戒井径开。荣19信35踢年出市现了颗移轴绍三牙与轮钻酬头，川这种摆钻头午在当摄时提门高机抱械钻耻速奏达奥30耕%饲，促慧进了准牙轮啄钻头磁的广腾泛使套用糖。缓19哭4良9柔年出互现了湖喷射限式牙权轮钻纷头，顽当时企的实类际测斩试表毒明能跨增盐加机大械钻懒速胜达溪50含%呼。碰19钓5陆1活年出充现了高球型刚的硬斑质合功金镶场齿钻爱头，肝大大睛提高锡了牙帮齿寿广命，慌但轴袄承成宿了主冶要的教易损挣部分喘。执19外60逝年密荷封润硬滑轴是承研螺制成也功坟，呜提停高了咳整体猎钻盐头工输作时欣间。衣19波67爆年研广制成薯功了烧用于挤各类广地层柄的硬固质合畏金镶劈齿钻叛头，扣大大疯提高申了镶齿齿钻句头的歇适用炎范围结和牙筝齿寿绞命。绩19甲68匆年密冻封润符滑滑稠动轴构承的量问世卸，使锋钻头术的工歇作时喂间进堪一步遇提高满一倍嚷以上鬼。候随着辨钻井说技术诵的不渣断发订展，家钻头附也得边到了电较大妇发展排。如责19党70送年的援O数型环叫密封肃的滑狐动轴属承；辽19浅76括年用双真假空萌/瓶压力版注油陕法向暖贮油验囊注嚷入润模滑脂互的密弃封轴圣承钻惹头；园19萄79尽年的真精密拳密封渐滚动朗轴承值；周19戒81于年的驳勺形杯齿；鸟19搜82戏年用埋环锁消法将佣牙轮案装配拉在轴旧承上梁的全搬滑动鼠元件绩的滑装动轴概承；尿90眼年代锅初推迷出的田用钻杜头体灯内的讽三合套一元诚件来斑确保袍三个让牙掌胀准确遗对位挂焊接皇技术作，污可盛以承突受恶译劣倍使用割环境锐的全阶橡胶川补偿参器；筹浮动厦套滑露动轴泥承，波对开揪丝扣丈环式守保持益器，泉网纹起状密帝封圈蛙等新玩结构俭。秧综合愿牙轮啊钻头幅的发孕展过乡程可像以看际出，向牙轮骄钻头致的发音展使片其工虑作寿桌命大历幅度眨提高给，如攀硬质左合金割镶齿乞的出愈现成蚂倍提许高了坑牙齿谣寿命汁；从央滚动伟轴承森到密宪封润须滑滑暖动轴芳承乃坦至现宗在对章轴承铲密封恋结构孙等的泰一系互列改坚进，秆都大碰大提念高了对轴承雪寿命汁；新湖技术效、新梯材料搂的不凭断利遍用又歼从各乡方面恰提高童了钻浴头的兄工作碌寿命阳；伴喂随钢膛材质服量及孤热处甜理工译艺厌的发妙展，妈牙轮萝钻头强各部址件的缘性能机都得俭以增猛强；勿新型促的密忙封材醋料、贤润滑株剂和胜高耐廉磨材即料的嫩出现借及加诵工工化艺技聚术的垃提高仇又增葱强了锯轴承秆的抗雾破坏监能力绍；精秘密的躲绞孔户工污艺块增强约了镶课齿陪的牢棍固程搞度；捞新型获合金兽成份凝及加芒工工烤艺提叶高了肌硬质滑合金瞧的强幕度等择等。池近三宇十年选来，孤由于粮齿面急结构像变化衰不大鞠，所扔有齿纸面结悲构的虹改进青都基鸭于定驼性认谜识，矿依赖错于大优量的肠试验赔结果竟。相洗对于丧钻头坟寿命怒的增课加来迹看，果钻头熔机械碧钻速却的提斥高比红较缓浸慢。摊三、丢牙轮妥钻头信结构仿1免．总虑体结叉构组预成谊牙轮泽钻头揪一直悄是钻骗井工师程中拾最主巷要的红钻井编工具么之一连，由成壳体暴、牙附爪、假牙轮质、轴皆承、挖水眼蛛和储抽油密胀封补脆偿系命统等之部分汽组成心，如按图爸5.励1掠所示浆。形1判4谁8激/阴4折英寸恰以上僻的可径制成斑无体恐式或此有体违式，啦有体强式钻遣头由拌三组露装有个牙喷轮的睁牙爪寒焊接赔在述铸造享的钻懂头体照上胁；它12腔8抄/葵4翼英寸抖以下趣的钻缴头由湖三组胶装有假牙轮胀的身牙刚爪直离接焊扩接欲而成专，称齿为无愈体式通钻绒头。御牙轮蜂钻头值主要搜零部司件具世有如狼下特疫点：页牙掌降：由头毛坯贼基易体质(合包括蛙流道符和掌赤背保造径部昆分帮)暮、轴寸承、敲水孔少、油渡孔四臭部分遵组成曲，空铲间结绢构关胃系复割杂，术形状哀极不莲规则拾，设安计上狠最痛难把萄握。图图5.1三牙轮钻头整体结构示意图忧牙轮轨：分舞钢齿乡牙轮修和镶型齿牙详轮两盏种，耻都由呜牙轮使体和李牙齿银组成轨。区波别在阅于牙显齿，初前者折用析指形执铣刀福在牙暗轮体掠上铣族削成岛齿并拼敷焊请硬质侄合金踩材料康，后证者是储在牙敬轮体舱上钻概铰齿小孔后门镶嵌构硬质米合金诱齿耽。坛小标零芦件钻陡头小衫零件碌通常史特征馒单一很，零降件已婚经标哗准化规、系浑列化烫。悄壳体岂上部忍车有颗丝低扣倡(所多为嚷母享扣橡)夏；下赌部焊培有牙耕爪（虽又称标巴掌竖）。违牙轮出分为软单锥袭牙轮霉和复购锥牙胸轮形两障种扮，单梨锥由策主滔锥盒遗背锥牵组成笔；复章锥牙颈轮由敏主锥联、副亿锥和吴背锥锁组成征，副咳锥可颗有一格至三巧个，贴如茫图岸5.举2币所示糊。图图5.2牙轮锥形给轴承耕由牙孕轮内喘的轴斑承跑研道、摘牙轮霜轴颈采和滚芳动体舞组成齿。批大轴妹承和凑小轴舌承姜承受划径向该载荷海，滚花珠轴炊承主景要起考定位鹿作用愁，锁初紧牙走轮；拥止推沙轴承阅承受紧轴向茄载荷傲。叙水眼絮是泥歇浆的税通道丹。储异油密辰封补拖偿系恰统可瓦防止梦泥浆友进入棵轴承糊腔和抛防止帮漏失床润滑神脂，光还可馋储存芳和向扑轴承泼腔内糟补充秩润滑答脂。覆2.溜牙轮扁钻头秒轴承治结构湿牙轮局钻头板的轴滩承是宗决定陵钻头澡寿哨命长帅短的圣重要您因素汽之一撇，按期结桐构不乎同分夸为滚更动图1.2镶齿密封滑动轴承喷射式三牙轮钻头1-牙爪；2-牙轮；图1.2镶齿密封滑动轴承喷射式三牙轮钻头1-牙爪；2-牙轮；3-牙轮轴；4-止推块；5-衬套；6-镶齿；7-滚珠；8-银锰合金；9-耐磨合金；10-第二道止推；11-密封圈；12-压力补偿膜；13-护膜杯；14-压盖；15-喷嘴；16-喷嘴密封圈；17-喷嘴卡簧；18-传压孔李滚口动瘦轴承寺结构岛滚端动轴坝承结瞒构有察两种贸结构菌：滚减柱直-驻滚玉珠眉-样小轴帝滑动件副孔-笼止推续；滚决柱惠-障滚秧珠震-蹦滚惑柱副-染止推榜。前无一种身结构拴用在寇小尺土寸递（丈9典英寸棕以下敌）钻视头上返，后同一种薪结构拾用在润大尺隶寸拐（赚9没英寸拥以上胁）钻球头上密。小弱轴滑滔动副居由牙库爪小证轴颈亏（堆素焊有咐碳化敬钨粉愧）和晨衬惹套组付成。贱钻头睡直径独小鹅于咬15挪2享毫米饼时，塌小轴接滑动取副由触牙爪邮小轴警颈和虏牙轮尺小孔环组成谜。结脚构示片意图洞如励图暗5.伤3筒所示窗。寄图法5.钓3学滚动纲轴承愿结构煤示意裁图而油气灶钻井荒用牙斗轮钻丰头中多的滚亡动轴与承与且通用证轴承药相比砖，该占类轴哨承具蒜有无章内外亿套圈公、无辨保持责架、遥承载升力大哲且耐值振动牌冲击则、转匹速赴低孟(<神60序0r沟/m搅in哄)毙，脂意润滑躬有限驾、强库磨粒计性外驻部环匙境银等括特点止，顿目前巡国内鲁外同眨类产疑品的适工作推寿命浩尚未虚超览过猎50衣h东。由哪于牙层轮钻杆头轴拼承几蛇何空紫间有商限、卸工作丑环境间和工限作条苦件恶祥劣，泉而钻馆井过皱程中女破碎咐岩石堤所需谎的钻萍压又迟必须草通过伯轴承像来传而递，述使牙飞轮钻散头轴焰承始屠终在无巨大却的振完动冲馒击载久荷下著工作草，因刊此接响触疲阶劳脚是牙数轮钻涌头滚叫动轴咏承在未短时道间内虚失效艰的主活要原芽因。购滑动鼻轴承躁结构芳其结幻构为络：大赏轴滑爹动侄副汗-坛滚珠浪轴昌承样-歪第二猛道止需推博-耽小轴吧滑动子副蜘-慢第一哨道止另推，虾如宝图洞5.借4晃所示至。目足前国班内外桨有的殖厂家处生产韵的钻许头已炉取消孟第一升道止掀推，夫仅保锈留第装二道苏止淮玉。羞滑动称轴承朋的摩酱擦面谨是忧面接血触，绳承压协面积摆大始，接询触压鸦应力蹈较小港，轴纷承寿庙命较翻长。手由于舅不用询滚珠杠，可卡加幼大策轴陪颈直雷径和定增葡加轮斗壳厚最度，牙使轮叙壳强趣度增炒加。究图绿5.仅4晒滑动亚轴承刺结构逮示意洗图叮3.插牙齿真目前并国内去外生蒜产的宗牙轮搏钻头盖按牙糟齿材花料不暴同分贝为铣碧齿亩(欢也称准钢伪齿肠)衰和镶疏齿厦(课也称处硬质碗合金声齿吐)桥两大芦类。万（染1涉）铣躲齿短铣齿山牙轮著钻头编（轨如刑图秆5.踪5姑所示笨）的万牙齿墨均为饭楔形拣齿，瞧由牙独轮毛援坯直畅接铁所削加稻工而翁成。锹①喉铁齿臂敷焊俊碳化淹钨粉滤的方需案众为了粒提高对牙齿政的耐姓磨性粉或使师牙齿更有自贩锐作俯用，救在钻挎极软接～中己地层侄钻头游的牙隶齿渠表面组敷焊驾一层革碳化艺钨粉栽，。剧敷焊梢部位回有以妈下几浊种方格案；字敷焊痕牙齿楼啮出骗面；讽敷工焊扮牙多齿啮粱入面概；敷赤焊牙云齿啮目出和终啮入椒面；旬敷焊盖牙齿厉啮出倘面和相啮入朋而的决一部辰分。钻牙惧轮召因杂移轴墨等结宋构厕使牙穷齿在槐井底后有轴武向滑景动，炎故需输敷焊衣牙齿婚的内桨端面尊。钻扭中硬恩和硬燃地层升钻头次的牙绞齿主阵要靠首冲击篇、压升碎作括用破末碎岩戚石，滤牙齿穗在井夹底滑痕动很巨小，橡不敷座焊碳月化钨净粉，叙而是强直接秃对牙红齿表竞面渗胸碳、纷淬火夸处理敬。这奖样可推避免乔敷焊泛层剥兆落，佩增加刺了牙辜齿韧击性。信（介2颗）镶衬齿裙镶齿混的硬碌度和啄抗磨慰性比义铣齿剪高，胁寿命店比铣阻齿长氏。特置别是犯在高未研磨市性的院极硬朋地层撕中钻雅进，如镶齿想更只洗示出茶其优似越性鱼。目恐前国拜内外怪常用闯的镶塑齿齿葬形大黎致有驱六种蒙，如误图峰5踏.法6孙所示夜。其斑中瓢虑形齿某是一少种不组对称坚的楔据形齿炮，啮炼入面携是向就内凹怒的瓢针形，得啮出姻面是兔微向非外凸猾的圆加弧，行适用泻于软剑到中瞧软地谣层。述镶齿品牙轮扛钻头棕如轿图胳5.泊7走所示疑图董5.穷5怕铣齿营钻头。图5.6图5.6镶齿齿形艳图廊5.慕7真镶齿役密封缘滑动尼轴承长三牙边轮钻剧头咱4.盾密封炕圈及刃储油吧补偿罢系统段O迈形密井封圈悼（如机图刻5.联8栋所示哀）用闻在滑骆动密央封轴写承钻葡头上珠。它声是一歇种径潜向密杀封元待件，耕由具挠有一遣定硬驾度的妙耐油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