(优选)钻头基本知识详解.
初中物理钻头知识点总结
初中物理钻头知识点总结
本文将着重介绍物理学中一个重要的知识点——钻头。
钻头是指用于钻孔或在地下开凿等工程中的钻石、硬质合金等刀具的统称。
在石油勘探、地质勘测和矿山开采等领域中，钻头扮演着重要的角色。
首先，我们来了解一下钻头的类型。
按功能来分，钻头可分为地质钻头、机械工程用的钻头、石油勘探用的钻头等。
按结构来分，钻头有钻头头部、钻头身段、连接部分、钻头内部的压力平衡系统、切削系统、冷却装置。
钻头的切削原理是指利用钻头上的刀具对被加工物体进行切削，使被加工物体去除一定的金属材料，并将加工后的表面形成一定形状和尺寸的工件。
在切削系统中，刀具的设计、材料的选择、刀尖的形状都对切削效果有着重要的影响。
另外，钻头的冷却装置也是一个很重要的组成部分。
在切削过程中，钻头的工件和刀具都会产生大量的热量，如果不及时散热，将会导致刀具的温升过高，甚至造成刀具的失效。
因此，冷却装置对切削效果和刀具的使用寿命都有重要影响。
在钻头的使用过程中，我们还需要考虑到钻头的使用寿命问题。
钻头的使用寿命是指钻头在一定的使用条件下能够连续工作的时间。
决定钻头使用寿命的因素有很多，比如工件的材料、硬度，切削速度、切削深度等等。
正确选用合适的钻头，并注意切削条件的选择，都是延长钻头使用寿命的关键。
总的来说，钻头是一种非常重要的刀具，广泛应用于石油勘探、地质勘测、矿山开采等领域。
了解钻头的类型、结构、切削原理、冷却装置、使用寿命等知识，对于正确使用和维护钻头都至关重要。
希望本文能对大家对钻头有更深入的了解。
钻头基本知识.
PDC钻头的正确使用
由于金刚石抗冲击性能差（脆性大），因此上下钻 台不能碰撞硬物，井下不得有落物，井底有落物时 应起钻，严禁顿钻和溜钻。 下钻遇阻严禁强行下压，应接方钻杆开泵冲划，但 不超过 30 米大段划眼。在下钻到最后两单根时， 接方钻杆冲划到井底并开大排量循环，将井底循环 干净。然后，用小钻压，低转速钻进0.5米，进行 井底造型。
金刚石钻头
4).金刚石钻头的破岩机理：概括地讲，金刚石钻头 以磨削（研磨）方式破碎岩石，类似于砂轮磨削 金属的过程。 对塑性地层，以“犁削”作用为主； 对脆性地层，以压碎、剪切作用为主； 对坚硬地层，以刻划、微切削作用为主。
5).金刚石钻头的正确使用 适用于硬、研磨性地层，涡轮钻井，深井钻井， 取心作业。寿命长，进尺高。 钻头下井前，井底打捞干净，确保没有金属落物。 开始先用小钻压、低转速跑合，然后用合适钻压 和高转速钻进。 采用大排量钻进。
8.取心钻头
取心钻头的功用是环形破碎地层，形成岩心。目前， 常用的有刮刀取心钻头、领眼式硬质合金取心钻头、 硬质合金取心钻头和金刚石取心钻头等。 为了提高岩心收获率，除在下部使用扶正器外，首 先要求取心钻头工作稳定。因此钻头的切削元件要 对称分布，其耐磨性应一致，以免在钻进时发生歪 斜，从而破坏及折断岩心。同时要求钻头底面（井 底）与岩心爪的距离尽可能短些，使岩心形成后很 快就能进入内岩心筒被保护起来，从而避免破坏和 冲蚀。
6.金刚石钻头（Diamond Bit)
金刚石钻头按其使用地层可分为： 普通金刚石钻头、聚晶金刚石复合片钻头（简 称 PDC 钻头）两大类，其中聚晶金刚石复合片 钻头适用于软至中硬地层，而普通金刚石钻头 适用于及坚硬和研磨性高的地层。
金刚石钻头
1).金刚石钻头的结构 金刚石钻头为无活动部件的整体式钻头。由钢体、胎体 （冠部和保径部分）、水眼及水槽、金刚石切削刃等部分 组成。 2).金刚石钻头的应用及优缺点 金刚石为碳在高温高压下形成的结晶体，正四面体晶体结 构。在单位晶胞中，碳原子位于四面体的顶角及中心。每 个碳原子与邻近的四个碳原子形成四个共价键。因共价键 结合力强，故金刚石具有极高的硬度（莫氏硬度10）、抗 压强度（8800MPa）和耐磨性钢的9000倍）。 3).其缺点是： 脆性大，受冲击载荷易碎裂； 具有热敏性，高温下（450℃以上）石墨化。
钻头方面的基础知识
钻削与钻头钻削用各种钻头进行钻孔、扩孔或锪孔的切削加工。
钻孔是用麻花钻、扁钻或中心孔钻等在实体材料上钻削通孔或盲孔。
扩孔是用扩孔钻扩大工件上预制孔的孔径。
锪孔是用锪孔钻在预制孔的一端加工沉孔、锥孔、局部平面或球面等，以便安装紧固件。
钻削方式主要有两种：①工件不动，钻头作旋转运动和轴向进给，这种方式一般在钻床、镗床、加工中心或组合机床上应用；②工件旋转，钻头仅作轴向进给，这种方式一般在车床或深孔钻床上应用。
麻花钻的钻孔孔径范围为0.05～100mm，采用扁钻可达125mm。
对于孔径大于100mm的孔，一般先加工出孔径较小的预制孔(或预留铸造孔)，而后再将孔径镗削到规定尺寸。
钻削时，钻削速度v 是钻头外径的圆周速度(米/分)；进给量f 是钻头(或工件)每转钻入孔中的轴向移动距离(mm/r)。
图2是麻花钻的钻削要素，由于麻花钻有两个刀齿，故每齿进给量a f =f /2(mm/齿)。
切削深度a p 有两种：钻孔时按钻头直径d 的一半计算；扩孔时按(d -d 0)/2计算，其中d 0为预制孔直径。
每个刀齿切下的切屑厚度a 0=a f sin K r ，单位为mm 。
式中K r 为钻头顶角的一半。
使用高速钢麻花钻钻削钢铁材料时，钻削速度常取16～40米/分，用硬质合金钻头钻孔时速度可提高1倍。
钻削过程中，麻花钻头有两条主切削刃和一条横刃，俗称“一尖(钻心尖)三刃”，参与切削工作，它是在横刃严重受挤和排屑不利的半封闭状态下工作，所以加工的条件比车削或其他切削方法更为复杂和困难，加工精度较低，表面较粗糙。
钻削钢铁材料的精度一般为IT13～10，表面粗糙度为R a 20～1.25μm ，扩孔精度可达IT10～9，表面粗糙度为R a 10～0.63μm 。
钻削加工的质量和效率很大程度上决定于钻头切削刃的形状。
在生产中往往用修磨的方法改变麻花钻头切削刃的形状和角度以减少切削阻力，提高钻削性能，中国的群钻就是采用这种方法创制出来的。
钻头的主要参数
钻头的主要参数
1. 钻头直径
钻头直径是指钻头切削部分的最大外径。
钻头直径决定了钻孔的直径大小,是钻头最重要的参数之一。
钻头直径必须与所需钻孔直径相匹配。
2. 总长度
钻头总长度是指从钻头柄端到钻头尖端的全长。
总长度决定了钻头的最大钻孔深度。
3. 锥度角
锥度角是指钻头前端锥形切削部分的半雕角。
锥度角决定了钻头进给时的切削力和切屑排出情况。
通常锥度角在118°-135°之间。
4. 螺旋角
螺旋角是指主切削刃与钻柄轴线的夹角。
螺旋角影响切屑的流动和排出情况。
较大的螺旋角有利于切屑排出。
5. 刃磨角
刃磨角是指主切削刃与钻柄轴线的夹角。
刃磨角影响切削力和切削温度。
合理的刃磨角可以减小切削力和切削温度。
6. 材质
钻头材质包括高速钢、硬质合金、陶瓷等。
不同材质适用于不同加工对象。
硬质合金钻头耐磨性好,适合钻金属;高速钢钻头价格便宜,
适合钻木材等非金属。
以上是钻头的主要参数,正确选择和匹配各参数对钻孔质量和效率至关重要。
PDC钻头设计与优选技术
PDC钻头设计与优选技术PDC钻头的设计包括刀体结构设计和PCD片设计两个方面。
刀体结构设计是指设计钻头的外形和内部通道结构，以适应不同的钻井条件和作业需求。
常见的刀体结构包括梯形刀体结构、平底刀体结构和球形刀体结构等。
梯形刀体结构适用于软、中等硬度的岩石，平底刀体结构适用于硬岩和石英等非均质岩石，而球形刀体结构适用于软岩、泥质岩石等易堵塞的地层。
此外，刀体结构还需要考虑通道设计，以确保冷却液和岩屑能够顺利地通过钻头。
PCD片设计是指设计金刚石颗粒的形状、分布和固化方式，以获得更好的切削性能和使用寿命。
常见的PCD片形状包括圆形、矩形和三角形等。
圆形PCD片适用于软岩和泥质岩石，矩形PCD片适用于中等硬度的岩石，而三角形PCD片适用于硬岩和石英等非均质岩石。
此外，PCD片的分布也需要考虑，通常采用均匀分布或者密集分布的方式，以提高整体的切削效果和使用寿命。
固化方式决定了PCD片与刀体之间的结合强度，一般采用高温高压、高温低压和超高压等方式，确保PCD片能够牢固地固定在刀体上。
PDC钻头的优选技术主要是根据不同的地质条件和作业需求来选择最合适的钻头参数。
一般来说，硬度大、磨损大的地层适合选用具有较多PCD片且PDC钻头刃磨度较强的钻头；而软、破碎易塌方的地层则适合选用刃磨度较低的钻头。
此外，还需要考虑钻头的速度和压力等参数，不同的地层压力和速度对切削效果和钻井效率都有影响。
因此，根据具体的地质条件和作业需求，通过试验和模拟分析等方法来选择最合适的钻头参数，可以提高钻井效率和降低成本。
总之，PDC钻头的设计和优选技术是提高钻井效率和保证钻孔质量的关键。
通过合理的刀体结构设计和PCD片设计，可以获取更好的切削性能和使用寿命。
根据不同的地质条件和作业需求来选择最合适的钻头参数，可以提高钻井效率和降低成本。
随着石油工程和地质勘探等行业的不断发展，PDC钻头的设计和优选技术也将不断完善和创新。
钻头基本知识和选型(技术员培训)
钻头基本知识和选型
Technology Development Centre ( EOTDC).Southwest.Drilling company of Zhongyuan Petroleum Engineering Co.Ltd Sinopec
量的问题。
使用环境因素对钻头性能的影响
影响PDC钻头机械钻速的因素： 钻头本身的因素和使用环境因素 钻头本身因素（或内因）包括：
钻头选型 PDC钻头对地层相对比较敏感，根据地层情况选择合适的钻头 型号或根据地层情况进行针对性的设计钻头，是非常重要的，也是PDC 钻头能否取得较好经济指标的前提和关键。
钻井工程数据
– 井身结构 – 井眼轨迹 – 泥浆性能 – 钻具组合 – 钻井参数
邻井钻头使用资料
岩石力学分析及应用
常用测井方式、代码和单位
测井代码 DT, DTc RHOB, DEN GR, GRc Pe CAL RES S-POR，S-PORc D-POR，D-POR N-POR ND-POR UCS-psi CCS-psi
钻头设计参数和制造工艺； 切削齿性能及质量；
使用环境因素对钻头性能的影响
使用环境因素包括：
地层岩性和压实强度； 使用的钻井参数；包括钻压、转速和排量等。
✓ PDC的刚脆性要求钻头旋转要平稳、减少振动，钻具组合时最好加上减振器， 减少振动，防止跳钻和溜钻；
✓ PDC的热敏性要求选择合适的排量，以达到清洗和冷却切屑齿。通过水力参 数计算，一般选择的排量要求钻头喷嘴的射流冲击力要达到40米/秒以上，钻 头比水马力要达到1.5马力/in2以上，以满足清洗岩屑和冷却PDC的要求，泥 浆环空最低返速达到0.6-1米/秒。
勘探钻头知识点总结图
勘探钻头知识点总结图一、引言勘探钻头是石油勘探开采中的重要工具，用于在地下进行钻孔，以获取地下岩石及矿石等地质信息。
其作用是传递钻进动力、传递旋向力、清除钻孔边界岩屑和冷却孔内钻头，并传递岩屑和钻井液到地表。
本文将对勘探钻头的结构、分类、工作原理及应用进行详细的总结，以供相关专业人员深入了解和学习。
二、结构1. 钻头外壳钻头外壳是勘探钻头的外部保护层，起到减少钻头与地层摩擦，减少磨损的作用。
外壳通常由硬质合金制成，具有很高的耐磨性和强度。
2. 钻头身钻头身是钻头的主体部分，通常由坚固的合金钢或硬质合金材料制成。
其上设有切削结构，用于切削地层岩石。
3. 钻头结构钻头结构是勘探钻头中最为重要的部分，包括切削结构、导向结构和连接结构。
切削结构通常由刀片、钻头体和切削面等组成，用于切削地层岩石。
导向结构是用于控制钻头方向的部分，通常包括平面导向结构和弯曲导向结构两种。
连接结构是用于连接钻头与钻柱的部分，通常包括旋转接头及其密封部分。
三、分类根据钻头切削方式和工作环境的不同，勘探钻头可以分为多种类型，主要包括：1. 钻头按切削方式分类（1）拋采钻头：适用于软岩层，用于快速穿透，具有较强的冲击力和穿透性。
（2）钻压式钻头：适用于硬岩层，用于较慢穿透，具有较强的剪切力和耐磨性。
2. 钻头按工作环境分类（1）空气冲击式钻头：适用于露天开采及岩溶地质条件下的钻井。
（2）液压式钻头：适用于地下水位较高的钻井场合。
（3）钻插式钻头：适用于湿法钻井。
四、工作原理勘探钻头是通过钻台的旋转和推进，利用钻头本身的重量和旋转力在地层中进行切削，使岩石碎屑和钻井液一起上升至井口。
其工作原理主要包括冲击力、旋转力和制动力。
1. 冲击力冲击力是由钻头的下压重量和地层反力产生的，用于切削地层岩石。
在拋采钻头中，冲击力是由拋控器或拋泵提供的。
2. 旋转力旋转力是由钻台产生的，通过钻柱传递给钻头，用于使钻头旋转并切削地层岩石。
3. 制动力制动力主要由钻头与地层的摩擦力提供，用于保持钻头钻进的稳定性。
钻头知识
钻头科普知识1、钻头分类、各自主要用途、特点；分类：目前石油钻井中使用的钻头主要有三类，即牙轮钻头，金刚石材料钻头及刮刀钻头。
金刚石材料钻头按破岩原件材料分为天然金刚石钻头，聚晶金刚石复合片钻头（简称PDC钻头）以及热稳定性聚晶金刚石钻头（简称TSP钻头）聚晶金刚石钻头按照切削齿的形状不同又可分为圆柱聚晶金刚石钻头或三角聚晶金刚石钻头；TSP钻头亦可分为圆柱TSP钻头和三角TSP钻头。
PDC钻头按钻头冠材料和切削齿结构划分又可分为胎体PDC钻头和钢体PDC钻头两类。
用途：在油用钻头中按主要用途分有以下几类：全面钻进钻头（常规钻头）造斜钻头：用于造斜段井位，钻头保径段较短小取芯钻头：用于取芯，根据内外径的不同配备不同的取芯工具双芯扩眼钻头：分领眼钻头与扩眼钻头两部分2、钻头型号示意；8.附加说明7.设计分类号6.钻头头型5.刀翼数量4. PDC 齿的直径3.钻头用途2.钻头类型钻头直径1. 第一字段为阿拉伯数字表示钻头直径，可以用英寸和毫米表示，前面的阿拉伯数字表示钻头外径（双芯钻头表示钻头通径），后面的阿拉伯数字表示钻头内径（非取芯钻头省略）。
2.第二字段为一个英文字母，表示钻头类型（包括冠体材料和切削齿）。
字母钻头类型M 胎体式PDC钻头S 钢体式PDC钻头N 胎体式天然金刚石钻头C 胎体式人造圆柱聚晶金刚石钻头T 胎体式人造三角聚晶金刚石钻头I 胎体式孕镶人造单晶金刚石钻头3.第三字段为一个英文字母，表示钻头用途。
字母钻头用途D 钻进（Drill）钻头C 取芯(Core)钻头B 双(Bi-)心钻头4.第四字段为一个阿拉伯数字，表示PDC 齿的直径。
数字PDC 齿的直径0 10mm以下Less than 10mm1 10mm2 22mm3 13mm6 16mm9 19mm5.第五字段为一个阿拉伯数字，表示钻头的刀翼数量，4表示4个刀翼，5表示5个刀翼，以此类推。
0表示非刀翼式布齿，1表示11个刀翼，2表示12个刀翼和12刀翼以上。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
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
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。
5.牙轮钻头
牙轮钻头由钻头体、牙爪（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。
牙轮钻头结构图
各种牙轮钻头
钢齿牙轮钻头与镶齿牙轮钻头
地层
硬、极硬 硬 中硬、硬 软至中硬 极软至中软
牙轮钻头轴承结构
两大体系： （1）滚动轴承 （2）滑动轴承
（1）滚动轴承
滚动轴承（如图4－3所示）的结构形式有滚柱─滚珠─ 滚柱─止推和滚柱──滚珠──小轴滑动──止推两种。前 一种一般是用于12-1/4”以上的大尺寸钻头上。
（1）滚动轴承
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。
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
钻头基本知识
1.钻头类型
1.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
2.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
⑴国产钻头的直径系列，共有15种。 常见： 17-1/2” ,12-1/4” , 8-1/2”, 6” ⑵进口钻头尺寸 进口钻头直径系列非常复杂， 例如美国休斯公司所产钻头从3 3／4″到26″共46
无论哪种滚动轴承，牙轮的大部分径向载荷都是由 滚柱槽承受的，小轴轴承主要起稳定作用，只承受少量 的径向载荷。止推面和止推块承受向外的轴向推力，滚 珠轴承使牙轮挂在牙掌上并承受向里的轴向推力。
（2）滑动轴承
滑动轴承（如图4－4）是为了与硬质合金齿的寿 命相匹配而设计的。它也有两种结构，一是滑动── 滚动（滚珠）滑动──止推；二是滑动──滑动（卡簧） ──滑动──止推。为了提高轴承的工作寿命，使轴承 能在较高的温度和压力环境中良好地工作，摩擦副材 料选用了高强度低碳合金钢制作，对牙掌轴颈（大轴 颈）还进行渗碳等硬化处理，以提高其表面硬度和耐 磨能力。对牙轮内孔跑道则镶焊铜合金或其他减磨材 料，以提高滑动副的抗咬合能力。
浮动套轴承是在轴承大轴颈与牙轮内孔之间加了两个可 作相对运动的浮动式衬套，并在小轴上套有两个止推垫圈。浮 动套与垫圈表面都作镀银处理，这样大大地降低了摩擦力，又 不致使耐磨能力减低，使轴承转速和工作寿命大为提高。
滑动轴承
牙轮钻头的测量
牙轮钻头的分类
牙轮钻头的 IADC分类方法：
IADC新的牙轮钻头的分类系统确立了有关牙轮钻头的 四种设计特征的编码标准，使牙轮钻头的分类方法更加成熟， 更能体现牙轮钻头结构的设计特征，走向了系列化和标准化。 按此标准，每个牙轮钻头的分类均可用四个与钻头设计特征 相关的编码（数字的或字母的）来表示，即“IADC编码”。
镶齿牙轮钻头
目前国内外常用的镶齿钻头的硬质合金齿齿形有十多种， 如球形、尖卵形、圆锥形、楔形、勺形、锥勺形、偏顶勺形、 边楔形、平顶形等等，如图4－2所示。针对不同的地层、不 同的岩性，要选择不同齿形的钻头。
楔形齿，齿呈楔子状，对地层具有切削、挖掘作用。其齿 顶角有60°、65°、70°、75°、90°等，适用于软至中 硬地层。齿顶角越大，适用的地层越硬。
钢齿牙轮钻头与镶齿牙轮钻头
（2）镶齿牙轮钻头 镶齿钻头，又称碳化钨硬质合金齿钻头，它是将 端部形状不同的、圆柱形的烧结碳化钨硬质合金齿 压入锻制的牙轮壳体上已精加工好的孔内而构成镶 齿牙轮钻头。
镶齿钻头的切削结构具有很高的抗磨损和承载能 力，其使用寿命较长，尤其是破碎硬的、研磨性高 的地层，如隧石、石英岩等，效果更好。这种钻头 适用地层范围广，已在石油钻井得到了广泛的应用。
球形齿的端部是个半圆形球面，耐磨性最好。它以凿击和 压碎作用破碎地层。这种齿钻硬至极硬地层的破岩效率较高。
尖卵形、圆锥形齿，既有凿击和压碎作用，也有刮削和挖 掘作用，其抗磨能力及强度都比楔形齿高，适用地层较广，在 中硬地层使用效果最好。
镶齿牙轮钻头
镶齿牙轮钻头
勺形齿齿形如勺子，切削地层时，靠向内凹的勺形面 挖掘、刮削作用破岩。这种齿形改善了牙齿的受力状况， 既提高了破岩效率，又增加了齿的强度，能在极软至中 软地层中高效率地破岩。
（1）钢齿牙轮钻头 钢齿钻头又称为铣齿钻头，其牙齿是在牙轮毛坯 上直接铣削加工而成的，牙齿形状为楔形齿。
钢齿钻头大多用于软的上部地层，研磨性较低的 地层一般也选用钢齿钻头。为了提高牙齿的耐磨性 或使牙齿有自锐作用，在牙齿的表面及保径面上均 敷焊有一层碳化钨粉。
钢齿钻头可分为软、中、硬地层钻头三种，其详 细的分类方法及适用地层见后面的 IADC分类。