中国石油大学（华东）：《海洋钻井工程》课程教学资源（PPT课件讲稿）第二章 钻进工具

第二章钻进工具 本章主要内容: 第一节钻头 钻头的分类及工作原理 钻头的选型及分类方法 钻头的合理使用 第二节钻柱 钻柱的组成及功用 钻柱的工作状态及受力分析 钻柱设计

1 第二章 钻进工具 本章主要内容： 第一节 钻头 钻头的分类及工作原理 钻头的选型及分类方法 钻头的合理使用 第二节 钻柱 钻柱的组成及功用 钻柱的工作状态及受力分析 钻柱设计

第一节钻头 1.钻头分类 金刚石钻头 按结构及工作原理分 刮刀钻头 PDC钻头 牙轮钻头 PDc钻头 刮刀钻头 金刚石钻头 按功用分 扩眼钻影 全面钻进钻头 牙轮钻头 取心钻头 取心钻头 扩眼钻头

2 1. 钻头分类 按结构及工作原理分 刮刀钻头 牙轮钻头 PDC钻头 金刚石钻头 按功用分 全面钻进钻头 取心钻头 扩眼钻头 第一节 钻 头

第一节钻头 2钻头尺寸系列 3-3/4~36in 3.钻头性能指标 钻头进尺(米) 钻头工作寿命(小时) 机械钻速(米/小时) 单位进尺成本(元/米):Cm +C(t+t1)

3 2. 钻头尺寸系列 3-3/4 ~ 36 in 3. 钻头性能指标 钻头进尺（米） 钻头工作寿命（小时） 机械钻速（米/小时） 单位进尺成本（元/米）： H C C t t C b r t pm + ( + ) = 第一节 钻 头

第一节钻头 、刮刀钻头 牙轮钻头(重点) 、金刚石钻头 四、PDC钻头(重点)

4 第一节 钻 头 一、刮刀钻头 二、牙轮钻头(重点) 三、金刚石钻头 四、PDC钻头(重点)

、刮刀钻头( Drag bit) (一)刮刀钻头的结构 刀翼 上钻头体 下钻头体(分水帽) 刀翼 水眼 >三刮刀钻头(最常见) >两刮刀钻头鱼尾刮刀钻头) 四刮刀钻头

5 （一）刮刀钻头的结构 ➢ 上钻头体 ➢ 下钻头体（分水帽） ➢ 刀翼 ➢ 水眼 刀翼 一、刮刀钻头（Drag Bit） ➢三刮刀钻头（最常见） ➢两刮刀钻头(鱼尾刮刀钻头) ➢四刮刀钻头

、刮刀钻头( Drag bit) 刀翼结构 (1)刀翼结构角 刃尖角B 般:软地层B=8~10°; 硬地层B=12°~15° 切削角 ψ 般:松软地层a=70°; 软地层a=70~80°; 中硬地层a=80~85°。 ■刃后角ψ ■刃前角q:中=90°-a

6 ◼刀翼结构 （1） 刀翼结构角 ◼ 刃尖角β 一般: 软地层 β=8 ～ 10° ； 硬地层 β=12° ～ 15° ◼ 切削角α 一般: 松软地层 α＝70° ； 软地层 α＝70～80° ； 中硬地层 α＝80～85° 。 ◼ 刃后角ψ： ψ ＝α-β ◼ 刃前角φ ： φ＝90°－α 一、刮刀钻头（Drag Bit）

、刮刀钻头( Drag bit) (2)刀翼背部形状 刀翼的厚度随距刀刃的距离增加而增厚,呈抛物线形, 以确保刀翼强度足以承受弯短。 (3)刀翼底部形状:平底、正阶棉、反阶梯、反锥 a平底 b正阶梯 c反阶梯 d反锥形

7 （2）刀翼背部形状 刀翼的厚度随距刀刃的距离增加而增厚，呈抛物线形， 以确保刀翼强度足以承受弯矩。 （3）刀翼底部形状： 平底、正阶梯、反阶梯、反锥 一、刮刀钻头（Drag Bit）

、刮刀钻头( Drag bit) (4)提高刀翼的耐磨性 ■刀翼一般采35crMo或35 MasiMov高强度合金钢 锻制而成,以保证有足够的强度。 一般在刀翼表面平铺一层YG8硬质合金块,在外侧 面镶装YG8硬质合金块。 刀翼表面和外侧面镶焊人造金刚石聚晶块

8 (4)提高刀翼的耐磨性 ◼ 刀翼一般采35CrMo或35MnSiMoV高强度合金钢 锻制而成，以保证有足够的强度。 ◼ 一般在刀翼表面平铺一层YG8硬质合金块，在外侧 面镶装YG8硬质合金块。 ◼ 刀翼表面和外侧面镶焊人造金刚石聚晶块。 一、刮刀钻头（Drag Bit）

、刮刀钻头( Drag bit) (二)刮刀钻头的工作原理 刀头主要以切助作用破碎地层。 破碎塑性岩石过程: 在钻压W作用 下刀翼吃入地层;刃 前岩石在扭转力T的 作用下不断产生塑性 流动

9 （二）刮刀钻头的工作原理 刮刀钻头主要以切削作用破碎地层。 一、刮刀钻头（Drag Bit） 破碎塑性岩石过程： 在钻压W 作用 下刀翼吃入地层；刃 前岩石在扭转力T 的 作用下不断产生塑性 流动

、刮刀钻头( Drag bit) 破碎塑脆性岩石的过程: 碰撞→压碎及小剪切→大剪切。 压碎和小剪切 分离的岩屑 大剪切分离的岩屑 碰 压实的岩粉

10 破碎塑脆性岩石的过程： 碰撞→ 压碎及小剪切→大剪切。 一、刮刀钻头（Drag Bit）