国家精品课程：岩土钻掘工程学第4章——回转钻进用钻头.pptVIP

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 中国地质大学勘查教研室 第七节 全面钻头 三、其他钻头图例 * 中国地质大学勘查教研室 第七节 全面钻头 三、其他钻头图例 * 中国地质大学勘查教研室 第七节 全面钻头 三、其他钻头图例 * 中国地质大学勘查教研室 第七节 全面钻头 三、其他钻头图例 * 中国地质大学勘查教研室 第七节 全面钻头 三、其他钻头图例 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 中国地质大学勘查教研室 第五节 钢粒钻头及其孔底碎岩过程 众多钢粒的重复碾 压，裂纹加深加密，加之冲洗液的侵蚀作用，使交叉发育的裂纹以岩屑的形式被剥离下来离 开母体。这就是钢粒钻进的主要破岩方式——动疲劳破碎。 若轴载越大，则造成疲劳破碎所 需要的重复次数越少，破岩效果越好。 在实际生产过程中，上述两种破岩方式往往是同时发生的，只是新鲜的圆柱形钢粒以第一种为主，被磨圆的钢粒以第二种为主。 由于孔底不平，经冲洗液分选后的钢粒形状不 一、尺寸不均、压力不均，加之孔底环状间隙大，这些都造成钢粒钻具振动加剧，这种振动 对钢粒动压入、动疲劳破岩是有利的 * 中国地质大学勘查教研室 第六节 牙轮钻头及其孔底碎岩过程 0. 牙轮钻进概述 牙轮钻进——利用牙轮钻头在井底回转，使牙轮在井底滚动，以冲击和压碎剪切方式破碎岩石的一种钻进方法。 牙轮钻进一般不取心，广泛用于油气和大口径施工钻进，适应性广，在Ⅵ～Ⅹ级的岩石中效果最好。 牙轮钻的类型：铣齿、镶齿；有体式、无体式；单牙轮、双牙轮和三牙轮等。生产中以三牙轮钻头应用最多。 * 中国地质大学勘查教研室 第六节 牙轮钻头及其孔底碎岩过程 塑性岩石：自洗式牙轮钻头。 硬和坚硬岩石：镶齿式牙轮钻头。 冲洗：中心冲洗式和圆周冲洗式。带喷嘴的水力喷射式钻头更有利于提高软岩的破岩效果。 牙轮钻头的轴承是最容易磨损的薄弱环节。 一、牙轮钻头的结构 由钻头体、牙轮爪、牙轮、轴承、水眼和储油密封补偿系统等组成。 * 中国地质大学勘查教研室 第六节 牙轮钻头及其孔底碎岩过程 二、牙轮钻头的孔底碎岩过程 1. 牙轮的自转与公转 牙齿随钻头一起绕钻头轴线顺时针旋转——公转， 速度=钻机回转速度。外齿公转线速度最大。 牙齿绕牙轮轴逆时针旋转——自转。 牙轮自转是破岩时牙齿与地层岩石之间相互作用的结果。 * 中国地质大学勘查教研室 第六节 牙轮钻头及其孔底碎岩过程 由牙轮牙齿与孔底单齿、双齿交替接触，使钻头沿轴向作上下往返运动，造成静载外的冲击载荷。 还由于孔底不平叠加了振幅较大的低频振动。 钻头在孔底的纵向振动，使钻柱不断压缩与伸张，周期变化的弹性能通过牙齿转化为冲击作用破碎岩石，与静载压入一起形成了钻头对地层的冲击、压碎作用，这是牙轮钻头的主要形式。 2、钻头的纵向振动及对地层的冲击、压碎作用 * 中国地质大学勘查教研室 第六节 牙轮钻头及其孔底碎岩过程 3.牙齿对地层的剪切作用 剪切作用主要是由于牙轮在滚动的同时还伴有牙齿对孔底的 滑动而产生的，产生滑动的原因在于牙轮的超顶、复锥和移轴 三种结构。 3.1 超顶引起的滑动 牙轮锥顶超过钻头轴心的结构称为 超顶，超过的距离ob为超顶距c。 设工作时牙轮上每一点的公转为ωb， 自转转速为ωc。 * 中国地质大学勘查教研室 第六节 牙轮钻头及其孔底碎岩过程 牙轮与地层接触母线上x点，由ωb引起的的速度Vbx呈直线分布，oa段向前ob段向后，vbo=0。 由ωc引起的速度vcx也呈直线分布方向向后，在b点vcb=0。 速度合成后，在ob段形成向后滑动速度vsx，此时牙轮受一滑动阻力Ps，因而有滑动阻力矩Ms(-)=PsR。使牙轮的角速度ωc降低。 在oa段由vbx和vcx合成的滑动速度vsx。 近o处产生与Ms(-)同向的滑动阻力矩M’s(-)，在近a处产生一个Ms(-)反向的滑动阻力矩Ms(+) 。 * 中国地质大学勘查教研室 第六节 牙轮钻头及其孔底碎岩过程 Ms(-)、M’s(-)及Ms(+)达到平衡，使ΣMs=0。于是牙轮的角速度稳定, 不再减慢。 牙轮相对于岩石的滑动速度，呈直线与ab线交于M点，vsM=0为纯滚动点，bM段向后滑动，aM段向前滑动。 滑动速度随超顶距c的增大而增大。 3.