钻进工具钻头专业知识讲座
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钻头、铣刀、丝锥知识讲座
II.Nomenclature-柄部 圆柱柄 柄部-圆柱柄 柄部
圆柱柄Plain Shank 圆柱柄
通柄 Straight Shank
缩小柄 Reduced Shank
加强柄 Reinforced Shank
II.Nomenclature-柄部 驱动柄 柄部-驱动柄 柄部
驱动柄Drive Shank 驱动柄
柄舌Tang 柄舌
II.Nomenclature-钻体 钻体
螺旋角 Helix Angle
钻芯 Core
沟槽 Flute
钻芯锥度 Core Taper
刃带 Margin
倒锥 Back Taper
II.Nomenclature-钻体 螺旋角 钻体-螺旋角 钻体
螺旋角Helix Angle 螺旋角
螺旋角是沟槽螺旋线的切线与轴线之间的夹角
II.Nomenclature-钻体 沟槽 钻体-沟槽 钻体
断屑器型 Chip Breaker 结构特点： 结构特点： 将沟槽刃背处进行倒角 断屑器型 Chip Breaker ： 切屑运动至刃背处更容易折断； 切屑运动至刃背处更容易折断； 拿取刀具时避免手指被刃背部划伤； 拿取刀具时避免手指被刃背部划伤； 适用于钻削塑性高的材料， 适用于钻削塑性高的材料，恒定进给切屑 不易折断的场合。 不易折断的场合。
II.Nomenclature-钻体 刃带 钻体-刃带 钻体
刃带是影响钻孔工序的重要因素。 刃带是影响钻孔工序的重要因素。 刃带在钻头的最外部，形成钻头的外径，且始终与孔的已加工表面保持接触。 刃带在钻头的最外部，形成钻头的外径，且始终与孔的已加工表面保持接触。由于刃带的存 间隙形成了，这有助于控制摩擦和由摩擦产生的热量，此外， 在，间隙形成了，这有助于控制摩擦和由摩擦产生的热量，此外，间隙还可使冷却液流入钻 头刃口，进一步减少热量的产生。刃带还有利于钻削稳定、 头刃口，进一步减少热量的产生。刃带还有利于钻削稳定、增加钻头的强度及防止钻头粘连 除了这些主要作用，刃带的尺寸、表面光洁度和数量还会影响钻孔的质量和加工时间。 。除了这些主要作用，刃带的尺寸、表面光洁度和数量还会影响钻孔的质量和加工时间。 不同的被加工材料，刃带的大小不同。 不同的被加工材料，刃带的大小不同。
钻削与钻头学习.pptx
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第四节 先进钻型与结构特点简介
六、可转位浅孔钻
使用硬质合金可转位刀片—— 可高速、大进给切削，效率高。
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第五节 深 孔 钻
* 深孔加工概念：长径比L/D＞5的孔为深孔。 一般L/D＝5～10的深孔可用深孔麻花钻加工， L/D ＞20则必须使用深孔刀具。
* 深孔加工的难点：
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第一节 麻 花 钻
二、麻花钻的几何角度 2、钻头的刃磨角度
普通麻花钻只需 刃磨两个后面，控制 三个角度： （1）顶角2φ （2）外缘后角αf （3）横刃斜角ψ
第5页/共44页
第一节 麻 花 钻
二、麻花钻的几何角度 2、钻头的刃磨角度 ——越靠近钻头中心，后角磨得越大： （1）使横刃获得较大前角，增加其锋利程度； （2）使切削刃各点的工作后角差较小。外缘后角αf
2.在车床上钻孔
第37页/共44页
第六节 钻削方法及特点（补充）
二、钻头的装夹
1.直柄钻夹头
钻夹头的结构如图 所示，夹头体上有锥孔 与钻夹锥柄紧配；夹头 套与内螺纹圈紧配；钥 匙用来旋动夹头套；夹 爪用来夹紧钻头直柄； 内螺纹圈用来使爪伸出 或缩进。
1—夹头体 2—夹头套 3—夹头钥匙 4—夹爪 5—内螺纹圈
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第一节 麻 花 钻
二、麻花钻的几何角度 5、 几何角度小结
第9页/共44页
第二节 钻削原理
一、切削用量与切削层参数
1.钻削用量
钻削背吃刀量（mm） 每刃进给量（mm／z） 钻削速度（m／min）
ap d / 2
fz f / 2
v (dn) /1000
2.切削层参数
钻削厚度（mm）
第四节 先进钻型与结构特点简介
六、可转位浅孔钻
使用硬质合金可转位刀片—— 可高速、大进给切削，效率高。
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第五节 深 孔 钻
* 深孔加工概念：长径比L/D＞5的孔为深孔。 一般L/D＝5～10的深孔可用深孔麻花钻加工， L/D ＞20则必须使用深孔刀具。
* 深孔加工的难点：
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第一节 麻 花 钻
二、麻花钻的几何角度 2、钻头的刃磨角度
普通麻花钻只需 刃磨两个后面，控制 三个角度： （1）顶角2φ （2）外缘后角αf （3）横刃斜角ψ
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第一节 麻 花 钻
二、麻花钻的几何角度 2、钻头的刃磨角度 ——越靠近钻头中心，后角磨得越大： （1）使横刃获得较大前角，增加其锋利程度； （2）使切削刃各点的工作后角差较小。外缘后角αf
2.在车床上钻孔
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第六节 钻削方法及特点（补充）
二、钻头的装夹
1.直柄钻夹头
钻夹头的结构如图 所示，夹头体上有锥孔 与钻夹锥柄紧配；夹头 套与内螺纹圈紧配；钥 匙用来旋动夹头套；夹 爪用来夹紧钻头直柄； 内螺纹圈用来使爪伸出 或缩进。
1—夹头体 2—夹头套 3—夹头钥匙 4—夹爪 5—内螺纹圈
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第一节 麻 花 钻
二、麻花钻的几何角度 5、 几何角度小结
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第二节 钻削原理
一、切削用量与切削层参数
1.钻削用量
钻削背吃刀量（mm） 每刃进给量（mm／z） 钻削速度（m／min）
ap d / 2
fz f / 2
v (dn) /1000
2.切削层参数
钻削厚度（mm）
钻井装备知识培训讲座课件
钻井装备知识培训讲座课件
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二. 钻机类型及组成
➢ 组成：石油钻机主要由动力机、
传动机、工作机及辅助设备组成。一 般有八大系统（起升系统、旋转系统、 钻井液循环系统、传动系统、控制系 统、动力驱动系统、钻机底座、钻机 辅助设备系统），具备起下钻能力、 旋转钻进能力、循环洗井能力。
➢ 类型：根据钻井深度分为浅井钻
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某型钻井液加重流程示意图
钻井装备知识培训讲座课件
钻井液加重流程 是钻井液固控系统流 程中的辅助流程，通 过向钻井液中加入重 晶石等成份，增加钻 井液的密度，保持井 壁稳定，以满足钻井 要求。4#罐的加重泵 可以通过加重吸入管 线直接吸入药品混合 仓、加重混合仓、储 备仓中的钻井液，经 过加重漏斗加重处理 后，通过加重排出管 线输送到3#罐、4#罐 各仓中。这样就完成 了钻井液加重流程。
钻井装备知识培训讲座课件
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钻井液固控系统发展过程：在20世纪50年代 以前，并不使用机械装置来净化钻井液，到 了20世纪50年代以后，开始采用钻井液振动 筛、离心机来清除钻井液中的岩屑。60年代 以后，国外油田开始采用4英寸除泥旋流分离 器，六十年代中期，细目钻井液振动筛得到 使用。70年代以后，超细目振动筛得到使用。 80年代以后，钻井液固相控制从采用两级处 理发展成为三级、四级、五级处理。
钻井装备知识培训讲座课件
2#钻井泵
1#钻井泵
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电驱动钻机类型及特点
➢ 类型：电驱动钻机包括直流电机驱动和交流变频电机驱动两种形式。
电驱动钻机具有传动柔和、调速性能好、操作方便灵活、模块体积小、 安装移运方便、可靠性高、噪音小、污染小、节能等特点。
➢直流电机驱动：直流电动钻机是采用AC-SCR-DC方式，将柴油发电 机组并网发出的电力通过SCR可控硅整流后驱动直流电机。 ➢交流变频电机驱动：交流变频钻机则是采用AC-VFD-AC方式，通过VFD 电传动控制系统将柴油发电机组所发出的电力变为变频可调的电流，采用 交流变频器驱动无碳刷交流变频电机。
《回转钻进钻头LU》PPT课件
第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程 工程钻探与取样技术
二、钻探用硬质合金 1、硬质合金的特性
〔1〕钻探用的钨—钴合金：主要是碳化钨〔WC〕—钴 (Co)系硬
质合金。它以碳化钨粉末为骨架金属，钴粉末为粘结剂， 用粉末冶
金方法制成。这类硬质合金称为YG类硬质合金。 〔2〕牌号的意义：合金牌号如YG8c的意义为：YG— 钨-钴系
于水 井施工；振动钻进、长螺旋干式回转钻进主要用于在土壤
第四章 回转钻进用钻头
工程钻探与取样技术
回转钻进选择钻头的一般原那么是： ① 在软岩和中硬岩层中用硬质合金回转钻头； ② 在中硬及局部中硬以上岩层中采用铣齿牙轮钻头； ③ 在硬岩中采用金刚石钻头或钢粒钻头； ④ 在硬脆岩层中采用镶齿牙轮钻头。 ⑤ 金刚石钻头主要用于59、76〔75〕、91 mm的小口径； ⑥ 钢粒钻头主要用于91mm以上的口径； ⑦ 硬质合金和牙轮钻头那么既可钻进小口径，又可钻进大
第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程 工程钻探与取样技术
三、硬合金钻进的孔底碎岩过程 硬合金钻进的过程，实际上是切削具在轴向力的作 用下， 压入岩石；在回转水平力的作用下，沿孔底切削碎岩； 在轴向力和水平力的共同作用下，孔底岩石以薄的 螺旋 层形式连续被破碎。 根据所钻岩石的不同，其破碎方式也不一样，可分 为塑 性岩石的碎岩和弹-塑性岩石的碎岩两种情况。
口径水井、工程施工孔和浅井。
第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程 工程钻探与取样技术
一、硬质合金钻进的根本概念与特点 1、硬质合金钻进的根本概念 利用镶焊在钻头钢体上的硬质合金切削具作为碎岩 的工具，这种钻进方法称为硬合金钻进。 硬合金钻进是岩土钻掘工程中的一种主要钻进方 法，它用于软岩层及中硬岩层的钻进〔1—4级软的沉 积 岩、中硬的5—7级及局部8级岩浆岩和变质岩〕。
《钻井装备知识培训》课件
主要钻井装备
钻机
钻机是进行钻井过程中的主 要设备，提供动力和控制系 统以进行旋转和钻进操作。
钻头
钻头是用于钻进地层并将岩 石碎屑带到井口的工具。不 同类型的钻头适用于不同的 地质条件。
钻杆
钻杆是连接钻机和钻头的长 杆，负责传递旋转动力和提 供强度和刚度以抵抗地层反 力。
钻柱
钻柱是由多根钻杆组成的长管，用于承受钻井时 的重量和反力，保持井眼的稳定性。
自动化钻井系统
引入自动化技术，提高钻井过程 的自动化程度，减少人工操作。
环保钻井
致力于开发更环保的钻井装备和 技术，减少对环境的影响。
知识总结和重点
装备构造和功能
理解钻井装备的基本构造和 功能，以正确进行钻井操作。
安全操作和维护
遵守安全操作规程，定期检 查和维护钻井装备，确保操 作的安全和效果。
了解最新发展
1 定期检查和维护
2 安全操作规程
定期对钻机和相关装备进 行维护，确保其运行良好。
遵守安全操作规程，包括 正确使用个人防护装备、 避免环境污染，并及时报 告异常。
3 应急处置
掌握装备故障和事故的应 急处置方法，以保障人员 的安全和装备的保护。
装备的最新发展
新型钻井技术
钻井装备领域不断推陈出新，利 用新技术和材料提高钻井效率和 安全性。
钻井液循环系统
钻井液循环系统用于冷却和润滑钻头、控制井底 压力、移除岩屑以及维持井眼稳定。
钻井装备的工作原理
1
准备阶段
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
检查和准备钻井装备，包括安装钻头和连接钻杆。
2
钻进阶段
钻机旋转钻杆，使钻头进入地层并继续向下钻进。
3
取芯和测试
钻井工程：第二章 钻进工具
第二章钻进工具1．评价钻头性能的指标有那几项？答：钻头进尺，钻头工作寿命，钻头平均机械钻速，钻头单位进尺成本。
2．简述刮刀钻头破岩原理。
答：刮刀钻头刀翼在钻压W和扭转力T的作用下，一方面作向下的运动，一方面围绕钻头轴线旋转，刀翼以正螺旋面吃入并切削岩层，井底平面与水平面成Ø角。
刮刀钻头主要以切削和挤压方式破碎地层，具体方式主要取决于钻头的切削结构及所钻地层的岩性。
由于这几种破岩方式主要要克服岩石的抗剪强度，所以它比克服岩石的抗压强度的破岩方式要容易得多。
3．刮刀钻头其刀翼结构角有哪儿个？有什么影响？如何取值？答：刃尖角、切削角、刃前角、刃后角。
刃尖角β、切削角α、刃前角φ、刃后角ψ；刃尖角表示刀翼的减为尖锐程度。
从吃入岩石和提高钻速出发，刃尖角越小越好，但是强度不能保证。
一般要根据上述因素及岩石性能确定角的大小。
岩石软时，β角可以稍小，较硬时硬适当增大，夹层多，井较深时，β角应适当增大。
切削角α刀以前刃和水平面之间的夹角，在其他情况一定时，α越大，吃入深度越深，但α过大时，刃前岩石剪切破碎困难，钻进憋劲大。
一般情况下，松软地层α=70度；软地层α=70—80度；中硬地层，α=80—85度。
刃后角ψ=α-β。
刃后角必须大于井底角。
刃前角与切削角互为补角，刃前角φ=90-α4．铣齿牙轮钻头和镶齿牙轮钻头有哪些不同？答：牙轮钻头按材料不同分为铣齿（钢齿）和镶齿（硬质合金齿）两大类。
铣齿牙轮钻头的牙齿石油牙轮毛胚铣削加工而成，主要是楔型齿，齿的结构参数要兼顾有利于破岩和齿的强度。
一般软地层牙轮钻头的齿高、齿宽、齿距都较大，硬地层则相反。
通常要在齿的工作面上敷焊硬质合金以提高齿的耐磨性，在背椎部位业要敷焊硬质合金层已达到保径的目的。
镶齿牙轮钻头是在牙轮上钻出孔后，将硬质合金材料制成的齿镶入孔中。
其齿型较多，如楔型齿、圆锥形齿、球型齿、勺型齿、主要依据岩石的性能和齿材料性能、强度、相撞工艺等。
目前向齿牙轮钻头在软地层、中硬地层及坚硬地层中都得到了广泛应用。
钻头的知识ppt课件
钻头尺寸 (Inch) 9 1/2
排量 (L/S) 28-50
喷嘴 数量/型号 5N
转速 (rpm) 60-200
保径长度(mm)
API 接头
65
6-5/8" REG
钻压 (KN)
20-120
8
9 1/2 MD3642 (M433)
• 碳化钨胎体钻头 • 标准PDC 齿（Φ19.05 mm） • 圆柱聚晶金刚石保径 • 中等密度布齿，拱肋状排列，深宽水槽 • 适用于软至中等硬度地层 • 可与转盘和井下马达相匹配 • 推荐使用高比水马力
KN
000lbs
45~90 10~20
17
DQ 取芯钻头
碳化钨胎体钻头 聚晶金刚石削齿 圆弧形冠部轮廓 聚晶TSP保径 面泄式水道设置 适用于极硬和高研磨性地层的取芯 推荐使用高比水马力
钻头型号
8440DQ50 6
钻头尺寸 inch 8 1/2×4
mm
215.9×10 2
钻头产品目录
类型
尺寸 (Inch)
联接接头
PDC钻头
4 1/2～17 1/4 2 3/8～7 5/8 REG 6～8 ½（取芯） 250P、川8－3、川6－3
TSP钻头
4～12 1/4 6～8 1/2
2 3/8～6 5/8 REG 250P、川8－3、川6－3
天然金刚石钻头 6～8 1/2
250P、川8－3、川6－3
钻头参数 钻头尺寸
领眼尺寸
扩眼尺寸
喷嘴数量 接头
inch
mm
inch
mm
inch
mm
4 5/8 117.5 3 5/8
92.1 5 1/8
钻头基本知识ppt课件
滚动轴承按密封方式可分为非密封滚动轴承与密封式 滚动轴承。非密封滚动轴承的特点是能适应较高的转速， 但轴承磨损快，工作寿命低，主要用于上部井眼钻头。 而密封式滚动轴承是在牙轮底平面处安装了密封元件 （密封元件有“O”形图密封、碟形橡胶圈密封和金属 密封），从而使轴承的工作寿命大为提高。密封滚动轴 承的转速范围一般为100～250r／min。
在勺形齿的基础上，又发展了偏顶勺形齿及圆锥形勺 形齿。偏顶勺形齿的齿顶超前了其轴线一个距离，其凹 面正对被切削的地层，改善了牙齿的受力分布，进一步 提高了牙齿的破岩效率和工作寿命。
表4－l列举了几种常用齿形及其适用的地层。
.
表4－1 适用不同地层的齿形
齿形
球形 尖卵形 圆锥形
楔形 勺形
破岩机理
凿击、压碎 凿击、压碎 凿击、压碎、挖掘、刮削 挖掘、刮削 挖掘、刮削
种直径系列。
.
3.工作指标
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）：
.
4.刮刀钻头的结构
1).上钻头体、下钻头体（分水帽）、刀翼、水眼。 三刀翼的称作三刮刀钻头 两刀翼的称作两刮刀钻头或鱼尾刮刀钻头 四刀翼的称作四刮刀钻头 2).刮刀钻头的应用及特点 刮刀钻头制造工艺简单，成本低； 刮刀钻头适用于低硬度高塑性地层，钻速快，每米钻进成
.
滑动轴承结构图
.
滑动轴承
滑动轴承可用各种密封圈作径向或者端面密封。与滚动轴 承相比，滑动轴承的承压面积大，接触疲劳应力小，使用寿命 较长。在常规的转速条件下，滑动轴承能承受更高的钻压。但 除金属密封滑动轴承外，普通滑动轴承的转速范围一般在 60～140r／min，比滚动轴承低。
除了前面所谈的两种结构形式的滑动轴承外，瑞德工具 公司还研制出了一种新型的滑动轴承，即带浮动套的滑动轴承， 如图4－5所示。
在勺形齿的基础上，又发展了偏顶勺形齿及圆锥形勺 形齿。偏顶勺形齿的齿顶超前了其轴线一个距离，其凹 面正对被切削的地层，改善了牙齿的受力分布，进一步 提高了牙齿的破岩效率和工作寿命。
表4－l列举了几种常用齿形及其适用的地层。
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表4－1 适用不同地层的齿形
齿形
球形 尖卵形 圆锥形
楔形 勺形
破岩机理
凿击、压碎 凿击、压碎 凿击、压碎、挖掘、刮削 挖掘、刮削 挖掘、刮削
种直径系列。
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3.工作指标
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）：
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4.刮刀钻头的结构
1).上钻头体、下钻头体（分水帽）、刀翼、水眼。 三刀翼的称作三刮刀钻头 两刀翼的称作两刮刀钻头或鱼尾刮刀钻头 四刀翼的称作四刮刀钻头 2).刮刀钻头的应用及特点 刮刀钻头制造工艺简单，成本低； 刮刀钻头适用于低硬度高塑性地层，钻速快，每米钻进成
.
滑动轴承结构图
.
滑动轴承
滑动轴承可用各种密封圈作径向或者端面密封。与滚动轴 承相比，滑动轴承的承压面积大，接触疲劳应力小，使用寿命 较长。在常规的转速条件下，滑动轴承能承受更高的钻压。但 除金属密封滑动轴承外，普通滑动轴承的转速范围一般在 60～140r／min，比滚动轴承低。
除了前面所谈的两种结构形式的滑动轴承外，瑞德工具 公司还研制出了一种新型的滑动轴承，即带浮动套的滑动轴承， 如图4－5所示。
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一、概述
1. 钻头类型
?按结构及工作原理分类
刮刀钻头、牙轮钻头、PDC钻头、 金刚石钻头
?按功用分类
全面钻进钻头、取心钻头、扩眼钻 头
2. 钻头尺寸系列
3-3/4 ~ 36 in
密封圈 ?工作原理：
储油压力补偿系统（传压孔、 压力补偿膜、油杯等）保持轴承 腔内的油压与井内钻井液柱压力 相平衡。当轴承腔内油压降低， 储油杯中的润滑油在钻井液柱压 力作用下补充到轴承腔内；当轴 承腔内的油压升高，则流入储油 杯。其中，有效密封是关键。
三、牙轮钻头（ Roller Bit ）
（一）牙轮钻头结构
牙轮钻头由钻头体、牙抓（巴掌） 及牙轮轴、牙轮及牙齿、轴承、储油润 滑密封系统、喷嘴等部分组成。
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1．牙轮及牙齿
（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
图2-1 刮刀钻头结构
?三刀翼的称作三刮刀 钻头 ?两刀翼的称作两刮刀 钻头或鱼尾刮刀钻头 ?四刀翼的称作四刮刀 钻头
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3. 工作指标
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）：
C pm
?
Cb
? Cr (t ? tt ) H
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二、刮刀钻头（ Drag Bit ）
? 刀翼结构：
（1） 刀翼结构角 ? 刃尖角β —刀翼尖端前后刃之间的夹角。 它 反映了刀翼的尖锐程度。 β 越小，刃部越尖锐， 越容易吃入地层，但强度越低。
一般地，软地层 β = 8°～ 10° 较硬地层 β = 12°～15°
? 切削角α — 刀翼前刃和水平面之间的夹角。
在相同钻压下， α 越大，刀刃越容易吃入地层， 但旋转扭矩大，剪切刃 前岩石困难。
? 刮刀钻头制造工艺简单，成本低； ? 刮刀钻头适用于软地层，钻速快，每米钻进成本低； ? 刮刀钻头容易磨损成锥形，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； ? 刮刀钻头目前逐渐被PDC钻头取代。
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（2）压碎及小剪切：扭转力增大，压碎刃前 岩石，产生小剪切破坏。
（3）大剪切：扭转力继续增大到某一极限值， 刃前岩石沿剪切面破碎，而后扭转力突然减小。
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（三）刮刀钻头的应用
（1）牙轮 ? 20CrMo合金钢锥体，锥面铣齿或镶装硬质合金齿，内腔有轴承跑道。 ? 单锥牙轮：主锥+背锥，硬地层 ? 复锥牙轮：主锥+副锥+背锥，软b、c—复锥； 1—主锥； 2—副锥； 3—背锥
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为什么滑动轴
承比滚动轴承寿 命长？
滑动—滑动（卡簧）—滑动—止推
密封圈
滚柱
密封圈
止推台阶
滑动摩擦衬套 滑动摩擦副
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3．储油润滑密封系统
?储油润滑补偿系统 ?密封系统：橡胶密封圈、金属
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2．轴承
? 牙轮钻头轴承有大、中、小和止推四副。根据轴承的密封与否，可分为密封 和非密封两类。根据轴承副的结构，可分为滚动轴承和滑动轴承两大类。
? 滚动轴承结构：滚柱—滚珠—滚柱—止推 滚柱—滚珠—滑动一止推
? 滑动轴承结构：滑动—滚珠—滑动—止推
（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
(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。
一般地，松软地层 α ＝70°； 软地层 α ＝70～80°；
中硬地层 α ＝80～85°。
刃后角ψ ＝α －β ：刃后角必须大于井底角θ 。
刃前角φ：φ ＝90°－α 。
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（2）牙齿
铣齿——在牙轮锥面上直接铣出，楔形 硬质合金镶齿——镶装在牙轮锥面上，有多种齿形适应不同地层。
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? 破碎脆性岩石过程：
刮刀钻头破碎脆性岩石的过程为：碰撞→ 压碎及小剪切→大剪切。
（1）碰撞：刃前岩石发生剪切破碎后，刀刃 在旋转扭矩作用下向前推进， 碰撞刃前岩石。
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（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。
?破碎塑性岩石过程：
在钻压W作用下，刀翼容易吃入地层；刃前岩石在扭转力T 的作用 下不 断产生塑性流动。这和车刀切削软金属的过程类似。
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一、概述
1. 钻头类型
?按结构及工作原理分类
刮刀钻头、牙轮钻头、PDC钻头、 金刚石钻头
?按功用分类
全面钻进钻头、取心钻头、扩眼钻 头
2. 钻头尺寸系列
3-3/4 ~ 36 in
密封圈 ?工作原理：
储油压力补偿系统（传压孔、 压力补偿膜、油杯等）保持轴承 腔内的油压与井内钻井液柱压力 相平衡。当轴承腔内油压降低， 储油杯中的润滑油在钻井液柱压 力作用下补充到轴承腔内；当轴 承腔内的油压升高，则流入储油 杯。其中，有效密封是关键。
三、牙轮钻头（ Roller Bit ）
（一）牙轮钻头结构
牙轮钻头由钻头体、牙抓（巴掌） 及牙轮轴、牙轮及牙齿、轴承、储油润 滑密封系统、喷嘴等部分组成。
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1．牙轮及牙齿
（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
图2-1 刮刀钻头结构
?三刀翼的称作三刮刀 钻头 ?两刀翼的称作两刮刀 钻头或鱼尾刮刀钻头 ?四刀翼的称作四刮刀 钻头
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3. 工作指标
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）：
C pm
?
Cb
? Cr (t ? tt ) H
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二、刮刀钻头（ Drag Bit ）
? 刀翼结构：
（1） 刀翼结构角 ? 刃尖角β —刀翼尖端前后刃之间的夹角。 它 反映了刀翼的尖锐程度。 β 越小，刃部越尖锐， 越容易吃入地层，但强度越低。
一般地，软地层 β = 8°～ 10° 较硬地层 β = 12°～15°
? 切削角α — 刀翼前刃和水平面之间的夹角。
在相同钻压下， α 越大，刀刃越容易吃入地层， 但旋转扭矩大，剪切刃 前岩石困难。
? 刮刀钻头制造工艺简单，成本低； ? 刮刀钻头适用于软地层，钻速快，每米钻进成本低； ? 刮刀钻头容易磨损成锥形，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； ? 刮刀钻头目前逐渐被PDC钻头取代。
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（2）压碎及小剪切：扭转力增大，压碎刃前 岩石，产生小剪切破坏。
（3）大剪切：扭转力继续增大到某一极限值， 刃前岩石沿剪切面破碎，而后扭转力突然减小。
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（三）刮刀钻头的应用
（1）牙轮 ? 20CrMo合金钢锥体，锥面铣齿或镶装硬质合金齿，内腔有轴承跑道。 ? 单锥牙轮：主锥+背锥，硬地层 ? 复锥牙轮：主锥+副锥+背锥，软b、c—复锥； 1—主锥； 2—副锥； 3—背锥
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为什么滑动轴
承比滚动轴承寿 命长？
滑动—滑动（卡簧）—滑动—止推
密封圈
滚柱
密封圈
止推台阶
滑动摩擦衬套 滑动摩擦副
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3．储油润滑密封系统
?储油润滑补偿系统 ?密封系统：橡胶密封圈、金属
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2．轴承
? 牙轮钻头轴承有大、中、小和止推四副。根据轴承的密封与否，可分为密封 和非密封两类。根据轴承副的结构，可分为滚动轴承和滑动轴承两大类。
? 滚动轴承结构：滚柱—滚珠—滚柱—止推 滚柱—滚珠—滑动一止推
? 滑动轴承结构：滑动—滚珠—滑动—止推
（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
(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。
一般地，松软地层 α ＝70°； 软地层 α ＝70～80°；
中硬地层 α ＝80～85°。
刃后角ψ ＝α －β ：刃后角必须大于井底角θ 。
刃前角φ：φ ＝90°－α 。
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（2）牙齿
铣齿——在牙轮锥面上直接铣出，楔形 硬质合金镶齿——镶装在牙轮锥面上，有多种齿形适应不同地层。
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? 破碎脆性岩石过程：
刮刀钻头破碎脆性岩石的过程为：碰撞→ 压碎及小剪切→大剪切。
（1）碰撞：刃前岩石发生剪切破碎后，刀刃 在旋转扭矩作用下向前推进， 碰撞刃前岩石。
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（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。
?破碎塑性岩石过程：
在钻压W作用下，刀翼容易吃入地层；刃前岩石在扭转力T 的作用 下不 断产生塑性流动。这和车刀切削软金属的过程类似。