第04章 钻头与钻井参数设计
钻头水力参数的设计
钻头水力参数的设计1.变量说明Va——假定环空返速Dh——钻头直径Dp——钻杆直径C——流量系数Kg——地面管汇B——常数dpi——钻杆内径Lp——钻杆长度upv ——钻井液塑性黏度ed ——钻井液泥浆密度Lc ——钻挺长度dci ——钻挺内径dc ——钻挺外径Pr ——额定泵压Ps ——实际泵压Qmin ——最低排量Kpi ——钻杆内耗系数Kci ——钻挺内耗系数Kca ——钻挺环空系数Kpa ——钻杆环空系数Kl ——循环压耗系数Qopt——最优排量Kp——钻杆压耗系数m ——单位钻杆长度的压耗系数Kc ——钻挺压耗系数a ——常数Dpc ——第一临界井深Dpa ——第二临界井深Qs ——泵的实际排量pl ——整个循环系统的压耗系数Pba ——假定钻头水功率A0 ——喷嘴截面积Pb——假定钻头水功率Ps ——实际泵压Nb ——实际钻头功率Ns ——实际泵功率V0——实际环空返速Kv ——常数Kf ——常数Fj ——射流冲击力Pb ——实际钻头水功率2.编程Private Sub Command1_Click()Va = 0.8Dh = 21.59Dp = 17.78C = 0.98Kg = 0.00107B = 0.51655dpi = 10.86Lp = 3880upv = 0.0047ed = 1.64Lc = 120dci = 7.14dc = 17.78pr = 16.5Ps = 14.85Qr = 35.4Qmin = 0.1 * 3.14 * (Dh ^ 2 - Dp ^ 2) * Va / 4Kpi = (ed ^ 0.8 * upv ^ 0.2 * Lp * B) / (dpi ^ 4.8)Kci = (ed ^ 0.8 * upv ^ 0.2 * Lc * 0.51655) / (dci ^ 4.8)Kca = ed ^ 0.8 * upv ^ 0.2 * Lc * ((0.57503) / ((Dh - dc) ^ 3 * (Dh + dc) ^ 1.8))Kpa = ed ^ 0.8 * upv ^ 0.2 * Lp * ((0.57503) / ((Dh - dc) ^ 3 * (Dh + dc) ^ 1.8))Kl = Kg + Kpi + Kci + Kca + KpaQopt = (Ps / (2.8 * Kl)) ^ (1 / 1.8)If Qopt < Qmin ThenQs = QminElseIf Qopt > Qr ThenQs = QrElseQs = QoptEnd Ifpl = Kl * Qs ^ 1.8Pb0 = Ps - plA0 = ((ed * Qs ^ 2) / (20 * C ^ 2 * Pb0)) ^ (0.5)Pb = (ed * Qs ^ 2) / (2 * C ^ 2 * A0 ^ 2)Text1.Text = PbPs = Pb + plText2.Text = PsNb = Pb * QsNs = Ps * QsText3.Text = NbText4.Text = NsRj = Nb / NsText5.Text = RjVa = 0.1 * Qs * 4 / (3.14 * (Dh ^ 2 - Dp ^ 2)) Text6.Text = VaKv = 10 * C * ((20 / ed) ^ 0.5)V0 = Kv * (Ps - pl) ^ 0.5 * 0.001Text6.Text = V0Kf = (C * (20 * ed) ^ 0.5) / 100Fj = Kf * Qs * (Ps - pl) ^ 0.5Text7.Text = Fjrwj = Nb / (A0 * 10000)Text8.Text = rwjEnd SubPrivate Sub Command2_Click()Text1.Text = ""Text2.Text = ""Text3.Text = ""Text4.Text = ""Text5.Text = ""Text6.Text = ""Text7.Text = ""Text8.Text = ""End Sub。
钻井工程设计管理规范.(DOC)
钻井工程设计管理规范第一章总则第一条钻井工程设计是钻井施工必须遵循的原则，是组织钻井生产和技术协作的基础，是甲方招标、结算的重要依据。
第二条钻井工程设计的科学性、先进性关系到一口井作业的成败和效益。
科学钻井水平的提高，在一定程度上依靠钻井工程设计水平的提高。
搞好钻井工程设计是提高技术管理和企业管理水平的一项重要措施，是钻井生产实现科学化管理的前提。
第二章钻井工程设计的基本原则和主要内容第三条钻井工程设计的基本内容应包括地质简况、钻井工程、钻井液、固井方案、取心、周期预测等19个方面的内容。
具体要求见《钻井工程设计规范》。
第四条钻井工程设计必须以钻井地质设计为主要依据。
必须依据地质设计的主要内容有：钻探目的、设计井深、目的层、完钻层位及原则、完井方法、全井地层孔隙压力梯度曲线及破裂压力梯度曲线、取资料要求、井身质量要求、油层套管尺寸及强度要求、阻流环位置及固井水泥上返高度、邻区邻井资料、试油压力资料、油气水及岩性特征、地层剖面、地层倾角及故障提示等资料。
新区探井按科学打探井技术规定，还需要参考五种必需的地质图件（设计井位区域构造及地理位置图、主要目的层的局部构造井位图、过井“十字”地震时间剖面图、过井地质解释横剖面图、设计柱状剖面图）。
第五条钻井工程设计要有利于取全取准各项地质、工程资料；有利于发现油气层、保护油气层，充分发挥每个产层的生产能力；要保证油气井井眼轨迹符合勘探开发的要求；要保证油气井的完井质量满足油田各种作业的要求，保证油气井长期开采的需要。
第六条钻井工程设计要充分体现和采用本地区及国内外钻井的先进技术，保证安全、优质、快速钻井，实现最佳技术经济效益。
第三章钻井工程设计运行程序第七条设计单位接到西指下发的钻井工程设计委托书后，应立即着手充分收集设计井的邻井钻井井史及其他有关钻井技术资料，为编制钻井工程设计提供重要的技术依据。
第八条设计单位在收到正式的钻井地质设计后5天内完成钻井工程设计送审稿，提交西指工程技术处组织评审。
钻井工程参数优选
一、目标函数的建立
衡量钻井技术经济效果的标准：
C pm = Cb + Cr (t + t r ) H
（4-28）
其中: Cpm—单位进尺成本，元/m；Cb—钻头成本，元/只；Cr—钻机作业费，元/h； tt—起下钻、接单根时间，h；t—钻头工作时间,h；H----钻头总进尺,m。
C F = h f + 1 h2 f 2
tf =
bB f nW 1.5
考虑牙齿磨损对 钻头磨速影响后 的钻头寿命系数。
5
tf =
F S
（4-39）
钻进参数优选
机械破岩参数优选
J Hf = E S
= F S
3.目标函数 目标函数
t
f
在此仅考虑 牙齿磨损决 定的寿命
C pm
J = C H C P K R (W − M ) S= E= A f (a1n + a2 n 3 ) Z 2 − Z1W C1 C −C h f + 2 2 1 ln(1 + C2 h f ) C2 C2 C1 2 hf 2
物理意义：考虑牙齿磨损对钻速和磨速影响后 的进尺系数。
则：H f =
J ⋅E S
J/S的物理意义：不考虑牙齿磨损影响时的理论进尺。
4
（4-36）
钻进参数优选
机械破岩参数优选
2.建立钻头寿命t与钻压、转速、 2.建立钻头寿命t与钻压、转速、磨损量等参数的关系 建立钻头寿命
由牙齿磨损决定 的钻头寿命
Af (a1n + a2n3 ) dh = dt (Z2 − Z1W )(1 + C1h)
钻井工程 第四章 钻进参数优选
第四章钻进参数优选1．某井用直径φ200mm24l型钻头钻进，钻压W＝196kN,转速n=70r/min,井底净化条件较好，钻头工作14h以后起钻，已知Af=2.33×10-3。
求牙齿磨损量hf。
答：2．某井用直径φ200mm21l型钻头钻进，钻压W＝196kN,转速n=80r/min,钻头工作14h以后起钻，轴承磨损到B6级，求轴承工作系数b。
答：求该地区的门限钻压M和转速指数。
答：4．某井使用215.9mm钻头钻进，喷嘴流量系数C＝0.96，井内钻井液密度为1.42g/cm3,排量为16L／s。
若要求井底比水功率为0.418kW/cm2,且三个喷嘴中拟采用一个直径为9mm,另两个为等径。
试求另两个喷嘴的直径，并计算射流水力参数和钻头水力参数。
答：5．某井钻进215.9mm井眼，使用127mm内平钻杆（内径108.6mm）,177.8mm钻铤（内径71.4mm）100m。
测得钻井液性能ρd=1.2g/cm3, PV =0.022Pa·s,Pg=0.34MPa,Q=22L/s。
试求m、a值及井深2000m时循环系统的压力损耗。
答：6．条件同题5，求允许泵压分别为17.3MPa时钻头所可能获得的压降及相应的喷嘴当量直径（喷嘴流量系统C＝0.96）和射流水力参数。
答：7．已知某井用215.9mm钻头钻进，井眼扩大处井径310mm,钻杆外径127mm,排量21L/s。
钻井液密度1.16g/cm3,其范氏粘度计600、300r/min的读数分别为65、39。
岩屑密度2.52 g/cm3，平均粒径6mm。
试校核岩屑举升效率。
答：8．某井采用215.9mm钻头钻进（喷嘴流量系数C＝0.98），177.8钻铤（内径71.4mm）120m,所用钻杆为127mm内平钻杆（内径108.6mm）。
井队配备有两台NB－1000钻井泵，根据经验，对整个循环系统而言，地面泵压以不超过18MPa较合适；Kg取值1.07×10-３MPa·s1.8。
钻井工程理论与技术课后题答案
第一章 钻井的工程地质条件2.简述地层沉积欠压实产生异常高压的机理。
答：异常高压的形成是多种因素综合作用的结果，对于沉积岩地层的异常高压，目前世界上公认的成因是由于沉积物快速沉降，压实不均匀造成的。
在稳定沉积过程中，若保持平衡的任意条件受到影响，正常的沉积平衡就破坏。
如沉积速度很快，岩石颗粒没有足够的时间去排列，孔隙内流体的排出受到限制，基岩无法增加它的颗粒与颗粒之间的压力，即无法增加它对上覆岩层的支撑能力。
由于上覆岩层继续沉积，负荷增加，而下面基岩的支撑能力没增加，孔隙中的流体必然开始部分地支撑本来应的岩石颗粒所支撑的那部分上覆岩层压力，从而导致了异常高压。
3.简述在正常压实的地层中岩石的密度、强度、孔隙度、声波时差和d c 指数随井深变化的规律。
答：在正常压实的地层中岩石的密度随井深的增加而增加；强度随井深的增加而增加；孔隙度随井深的增加而减小；声波时差随井深的增加而减小；d c 指数随井深的增加而增大。
5.某井井深2000m ，地层压力25MPa ，求地层压力当量密度。
解： ()()0.00981250.009812000 1.276h h P H ρ==⨯=(g/cm 3)答：地层压力当量密度是1.276 g/cm 36.某井垂深2500m ，井内钻井液密度为1.18 g/cm 3，若地层压力为27.5MPa ，求井底压差。
解：()27.52500 1.180.0098127.5 1.44b h P P P gh MPa ρ∆=-=-=⨯⨯-=答：井底压差是1.44MPa 。
7.某井井深3200m ，产层压力为23.1MPa ，求产层的地层压力梯度。
解： ()23.132000.0072/h h G P H MPa m ===答：产层的地层压力梯度0.0072MPa/m 。
9.岩石硬度与抗压强度有何区别？答：岩石硬度是岩石表面的局部抵抗外力压入的能力，抗压强度则是岩石整体抗压的能力。
10.岩石的塑性系数是怎么样定义的吗？简述脆性、塑脆性和塑性岩石在压入破碎时的特性。
钻井事故与复杂情况
第十三章钻井事故与复杂情况本章主要论述钻井作业中的井下事故和复杂情况发生的原因及其处理和预防，其次介绍常用打捞工具的结构、技术规格和使用方法。
自升式钻井平台、固定钻井平台、半潜式钻井平台和浮式钻井船在打捞工具选用、打捞方法及打捞操作方面基本上大同小异，但半潜式钻井平台在打捞作业中应注意以下几点：1．当井下事故发生时，应立即记录升沉标高尺上的标尺高度。
2．处理井下事故及打捞起下钻过程中，半潜式钻井平台漂移应控制在规定允许的范围内。
3．打捞起下钻时，打捞工具及落鱼通过隔水管伸缩节、水下防喷器和水下井口头处时要放慢速度，注意阻卡，必要时打开升沉补偿器缓慢起下。
4．当打捞工具下至鱼顶深度前4～6米时，先打开升沉补偿器，然后再进行打捞作业，打捞起钻到正常井段后才能锁上升沉补偿器。
第一节钻井事故原因及其处理和预防一．钻头事故原因、处理及预防海上钻井常用的是三牙轮钻头、PDC钻头和金刚石取心钻头。
PDC钻头和金刚石取心钻头较少发生事故。
主要是三牙轮钻头掉牙轮或整个钻头落井。
钻头事故主要发生在深部地层和研磨性地层，如钙质砂岩、石英质砂岩、含砾砂岩、钙质泥岩等地层。
1．钻头事故的原因：（1）在研磨性地层钻进时间过长，轴承发生损坏，极易导致牙轮落井。
（2）钻压过大，措施不当，导致牙轮蹩落井内。
（3）钻头选型与地层岩性不相适应，加上使用措施不当导致牙轮落井。
（4）井底有金属落物，未打捞就强行钻进导致牙轮蹩落。
（5）牙轮破碎掉落井内一一钻头制造中，由于牙轮热处理中残存有内应力或受伤，牙轮壳体淬火太老太脆，钻进中遇蹩跳钻导致一个牙轮部分或全部破碎落井（其余两个牙轮尚完好），也有三个巴掌间的焊缝质量不好导致巴掌连同牙轮一起落井的。
（6）溜、顿钻造成牙轮落井。
（7）钻头公扣根部断裂造成整个钻头落井。
（8）蹩钻严重，钻头螺纹倒扣，造成钻头落井。
（9）配合接头螺纹滑扣造成钻头落井一一钻头与钻铤之间的配合接头螺纹由于长期使用、磨尖及台肩磨薄或胀大，一遇蹩钻严重时就可能发生滑扣，把钻头遗留井底。
钻井工程理论与技术 第四章 钻进参数的优选
dh 1 dt 1 C1h
式中： C1 称为压齿磨损减慢系数， 与钻头类型有关，其数值见表4-2。
4、牙齿磨损速度方程
A f ( a1n a2 n 3 ) dh dt ( Z 2 Z1 )(1 C1h)
式中： A f 为地层研磨性系数。 需根据现场钻头资料统计计算确定。
与牙轮钻头尺寸有关。
当钻压等于 Z 2 / Z1 时，牙齿磨损速度无限大，
Z 2 / Z1 是该尺寸钻头的极限钻压。
2、转速对牙齿磨损速度的影响
增大钻速，牙齿磨损速度加快。
dh (a1n a2n3 ) dt
式中： a1 和 a2 是由钻头类型决定的系数。 见表4-2。
3、牙齿磨损状况对牙齿磨损速度的影响
的系数的确定方法：
M, , K R , C2 , A f , b
Z1 Z2 C1
可计算求得
a1 a2
可查表求得
第二节
机械破岩钻进参数优选
目的：寻求最优钻压、转速组合，使钻井过程达到最佳的经济技术
效果。
优选方法步骤：
确定标准 目标函数的极值点 参数。 建立目标函数 在各种约束条件下寻求 满足极值点条件的参数组合即为最优
Wmax 钻进同一地层，可得到两个不同钻速值 Vpc min ,Vpc max ，代
入钻速方程，联立求门限钻压M 。
（2）试验条件
试验中钻井液性能、水利参数恒定，一般取本地区常用值， 使 CH 、 C p 不变，且避免水力因素变化对门限钻压M的 影响。 试验井段或试验时间尽可能的短，以保证试验开始和结束时
。
第五步：钻压不变，用最小转速（Wmax , nmin）钻进 1m 或 0.5m; 记录钻速 。 第六步：用平均钻压和平均钻速（ W0 , n0 ）钻进1m 或0.5m; 记录钻速 。
钻井工程管理规定
1钻井工程管理规定中国石油天然气股份有限公司2005年11月— 2 —。
1目 录第一章 总则 (1)第二章钻井工程方案编制与实施…………………………………………1 第三章钻井设计管理…………………………………………………………5 第四章钻井过程管理…………………………………………………………8 第五章钻井与地质监督管理………………………………………………13 第六章钻井资料与信息化管理……………………………………………16 第七章技术创新与应用………………………………………………………17 第八章健康、安全、环境管理...................................................18 第九章 附则 (19)。
1第一章 总 则第一条 为了规范钻井工程管理，满足油田勘探开发需要，保证钻井工程质量，促进钻井技术提高，根据《油田开发管理纲要》，特制定本《规定》。
第二条 钻井工程管理应结合地质与工程难点，积极推进科技创新，加大瓶颈技术攻关和成熟技术的推广应用，引进新工艺、新技术，提高钻井速度和钻井质量。
第三条 钻井工程管理主要内容包括：钻井工程方案编制与实施、钻井设计管理、钻井过程管理、钻井与地质监督管理、钻井资料与信息化管理、工程技术研究与应用以及健康、安全、环境管理。
第四条 钻井工程管理在勘探阶段应以发现及保护油气层为主，在开发阶段应以保护油气层及用钻井方式提高单井产量、提高采收率为主要目的。
第五条 钻井施工过程中应强化安全生产，树立安全第一、预防为主、以人为本的理念，各项活动应符合健康、安全、环境（HSE ）管理体系的有关规定。
第六条 本《规定》适用于股份公司及所属油(气)田分公司、全资子公司（以下简称油田公司）的陆上油田开发活动。
控股、参股公司和国内合作的陆上油田开发活动参照执行。
第二章 钻井工程方案编制与实施第七条 钻井工程方案是油气田勘探开发方案的重要组成部分，是单井钻井设计的依据和基础。
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第四章钻头与钻井参数设计第四章钻头与钻井参数设计 (2)第一节牙轮钻头的分类 (2)一．牙轮钻头结构特点简介 (2)二．牙轮钻头的发展趋势 (9)三．牙轮钻头的分类 (10)四．常用牙轮钻头的IADC分类 (14)第二节牙轮钻头的合理使用 (22)一．牙轮钻头的选型 (22)二．钻井参数的选择 (23)三．现场使用牙轮钻头的操作要点及注意事项 (28)四．确定合理的起钻时间 (30)五．钻头使用经济评价 (31)第三节金刚石钻头 (32)一．天然金刚石钻头 (32)二．聚晶金刚石复合片（PDC）钻头 (35)三．热稳定性聚晶金刚石（TSP）钻头 (43)四．全刚石钻头的分类方法 (43)五．常用全刚石钻头的选型表 (47)第四节钻头磨损分析 (53)一．IADC钻头磨损定级方法 (53)二．钻头磨损特征分析 (57)第五节水力参数设计 (61)一．钻井水力参数设计步骤与方洁 (61)第六节钻井液流变参数设计 (70)一．钻井液流变模式的选择 (70)二．钻井液流态的判别 (71)三．钻井液的携岩能力 (73)四．老屑浓度与有效钻井液密度 (75)五．选择钻井液流变参数的几个约束条件 (76)附件一标准的喷嘴尺寸及面积 (77)附件二．中国海上常用钻井泵的泵压和排量 (79)参考文献 (80)第四章钻头与钻井参数设计钻头和钻井参数是影响钻井速度、钻井时效和钻井成本的重要的可变因素。
本章主要介绍的是牙轮钻头和金刚石钻头的分类、选型及磨损定级的方法，并结合现场实践，对钻井水力参数、机械参数和钻井液流变参数进行优选设计。
第一节牙轮钻头的分类一．牙轮钻头结构特点简介牙轮钻头有单牙轮、双牙轮和三牙轮钻头之分，而三牙轮钻头是石油钻井中用得最为广泛的一种。
牙轮钻头一般由牙掌、牙轮、切削齿、轴承、锁紧元件、储油密封系统、喷嘴装置等部件组成。
下面以三牙轮钻头为例，对其结构特点（见图4－1）作一简要介绍。
1．钢齿牙轮钻头与镶齿牙轮钻头（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。
（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。
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。
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。
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。
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2．轴承结构 （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311.1mm 以上的大尺寸钻头上。
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 。
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。
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。
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。
3．牙轮锁紧方式（1）钢球锁紧钢球锁紧如图4－6所示，是在组装牙轮和牙掌时，将一排钢球从塞销孔道装进轴承跑道，再用塞销封住钢球通道，使钢球能在轴承跑道内自由滚动，既锁住了牙轮还能承受轴向载荷。
钢球锁紧的轴承能承受较高的转速，但由于钢球与轴承的接触应力大，轴承失效快，容易掉牙轮。
（2）卡簧锁紧卡簧锁紧元件是一个开口的弹性钢丝挡圈，如图4－7。
挡圈的外径比牙轮内孔的卡簧槽大。
卡簧放入牙轮内腔之后，靠自身的弹性锁紧牙轮，并与牙掌轴颈组成一对滑动副，实现了全滑动的轴承。
卡簧锁紧的特点是零件少，轴承结构简单，增加了滑动轴承的工作面积，轴承的工作寿命较长，但不能承受高转速。
（3）丝扣环锁紧除上述两种常见的牙轮锁紧方式之外，瑞德工具公司还研制出了一种新的锁紧元件──哈夫丝扣环锁紧元件，如图4－8所示。
丝扣环锁紧实际上是由两个半圆形钢圈组成。
这两个钢圈带有丝扣，装入轴承的锁紧槽内组成一个整环，用一个顶针从牙轴背后进入轴承环上的狭槽，暂时将环固定不动，再将牙轮通过丝扣和牙掌上紧，直至密封。
取出顶针后，轴承锁紧环便能自由转动，如牙轮上的一个整体部件，而且牙轮工作时的旋转方向与丝扣环相反，使轴承紧压密封，保证了牙轮不会从丝扣环上脱落。
丝扣环锁紧牙轮的优点是：①丝扣环锁紧元件是作为整体部件附在牙轮上，不会从牙轮脱落，从而降低了掉牙轮的风险。
由于不用担心掉牙轮，使用者能将钻头用得更合理、更彻底，而不必在钻头未用到家时过早地起钻。
②丝扣环与轴承是面接触，而不是传统的滚动点接触或线接触。
接触面积增大，轴承受力均匀，不易发生疲劳破坏。
③能承受更高的转速④增大了牙轮壳体的厚度，牙轮抵抗碎裂的强度增大，能更深地嵌入牙轮体内部，增强了切削结构，降低了掉牙齿的可能性。
⑤在定向井等环境比较恶劣的井中，这种锁紧方式的钻头能承受更高的侧向载荷，提高了恶劣条件下的钻井能力。
4．密封元件密封元件是影响轴承密封及使用效果的主要零件之一，一般分三种：（1）蝶形橡胶密封圈，如图4－9所示。
这种密封圈形状如蝶形，外层是橡胶，中间是一蝶形波纹弹簧片。
弹簧片与橡胶硫化成一体，增强了密封圈的弹力及耐磨性。
蝶形密封圈多用于滚动轴承钻头，它起端面密封的作用（2）O形橡胶密封圈，见图4－10。
它是用耐油、耐酸碱、耐高温而富弹性的丁睛橡胶制成，其横截面为圆形。
O形橡胶密封圈既用于滑动轴承钻头，也用于滚动密封轴承钻头，起着径向密封的作用。
（3）金属密封环，如图4－11所示。
它是美国休斯公司研制的新式密封元件。
金属密封环由上、下两个金属环组成，上环处于牙轮内，其外径小于牙轮密封槽的直径。
下环装在牙掌上，其内径大于牙掌大轴密封面的直径。
两个环可以在牙轮与牙掌之间浮动。
上、下两个金属环靠两个O形橡胶增能圈固定于牙轮和牙掌的密封面上，橡胶圈产生压缩和拉伸变形，向金属环施加轴向压力，保证了两个金属环的密封面始终接触着。
金属环发生磨损后，橡胶圈还能以其弹力继续压紧它们，实现了面密封和动密封。
金属环的抗温、耐压能力强，抗磨损性能好，加上与橡胶圈之间的巧妙配合，使金属密封的牙轮钻头能在高转速及恶劣条件下工作，大大地提高了钻头的各项工作指标。
5．喷嘴（1）普通喷嘴的型式代号及型号表示方法常用的喷嘴有标准型和保护盖型两种，如图4－12所示。
标准型喷嘴没有凸台保护锁紧挡圈，装卸较方便，常用于软地层钢齿钻头。
而保护盖型喷嘴的顶部有凸台保护，可以减少钻井液中的研磨性物质对锁紧挡圈的冲蚀。
保护盖型喷嘴能在高压喷射条件下长时间工作，安全可靠。
喷嘴的型式代号以英文字母表示，如表4－2所示。
表4－2 喷嘴型式代号如L18表示的是用于直径为374.6～660.4rnm（143/4～26in ）钻头的标准型喷嘴，其水眼直径为18 /32（14.29mm ）。
而W11则是指用于直径为212.7～349.2mm （83／8～133/4in ）钻头的保护盖型喷嘴，其水眼直径为11／32in（8.73mm ）。
（2）新型喷嘴简介①加长喷嘴和中长喷嘴加长喷嘴，如图4－13所示。
它有一段加长管，使喷嘴出口与井底的距离更近。
普通喷嘴出口离井底距离一般为110～140mm ，而加长喷嘴离井底的距离与喷嘴直径之比为2.5～4，使喷嘴液流出口更接近井底。
加长喷嘴主要用于软地层钻头及直径大于241.3mm 的大尺寸钻头上，它能提供更大的喷射冲击能量，使井底钻屑更易于清除，防止了钻头泥包，提高了破岩效率。
统计资料表明，在相同的钻井条件下，使用加长喷嘴的钻头机械钻速可提高30～50％。
中长喷嘴又称半加长或微加长喷嘴，其作用机理与加长喷嘴是一样的。