牙轮钻头型号特征与失效形式介绍
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牙轮钻头分类及新技术介绍
钻头分类 钻头系列 及命名
轴承和密封
交流内容
钻头水力学
钻头保径
切削结构
Smith 牙轮钻头产品系列
Smith 牙轮钻头产品系列
钻头分类 钻头系列 及命名
轴承和密封
交流内容 谢谢 !!!
钻头水力学
钻头保径
切削结构
Bit Sizes 3½” - 12¼”
滑动轴承特性
180 160 140 120 100 80 60 60 40 20 0 Be. Copper Spinodal Spinodal-2 97
抗拉强度
168
2.5 2
% 延伸率
2.3
1.6 1.5 1 0.5 0 Be. Copper Spinodal Spinodal2 1
4
Normalized Impingement Press.
3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0
S-Flo(TM) 3 98 Series S-Flo(TM), 3 95 Series
NOTE: Identical TFA conditions.
喷嘴冲击区域
Flow rate
普通喷嘴 (S-Flo) 井底冲击压力
Shamal™ 轴承系统
Cone Cone
Journal Standard Clearance
Journal Shamal™ Clearance
Bit Sizes 16” - 28”
滚柱轴承与双密封分解图
Bit Sizes 16” - 28”
Bit Sizes 12” - 14½”
滑动轴承与密封
主轴承(外) 辅轴承(内) 球轴承 密封
钻头分类 钻头系列 及命名
轴承和密封
IADC牙轮钻头的分类及编号
IADC牙轮钻头的分类及编号IADC意思是国际钻井承包商协会。
英文全称：International association drilling contractor由于近年来国际上趋向于采用国际钻井承包商协会IADC的牙轮钻头分类和编号，更能方便快键识别和选用。
根据地层钻头分为软、中、硬、极硬4大类，而每一类又分为4个等级，根据钻头结构特征分为9类，根据钻头附加结构分为11类。
IADC规定，每一种钻头用四位字码进行分类及编号，各字码的意义如下。
第一位字码为系列代号（共有8个系列），表示钻头牙齿特征及所适应的地层：1--铣齿，软地层（低抗压强度，高可钻性）；2--铣齿，中-中硬地层（高抗压强度）；3--铣齿，硬、研磨性或半研磨性地层；4--镶齿，软地层（低抗压强度，高可钻性）；5--镶齿，软-中硬地层（低抗压强度）；6--镶齿，中硬地层（高抗压强度）；7--镶齿，硬、研磨性或中等研磨性地层；8--镶齿，极硬（高研磨性地层）。
第二位字码为岩石级别代号，表示在第一位数码表示的所钻地层中再依次从软到硬分成1、2、3、4共4个等级。
第三位数码为钻头结构特征代号，用9个数字表示，其中1～7表示钻头轴承及保径特征，8与9留待未来的新结构钻头用。
1～7表示的意义如下：1--非密封滚动轴承；2--空气清洗、冷却，滚动轴承；3--滚动轴承，保径；4--滚动密封轴承；5--滚动密封轴承，保径；6--滑动、密封轴承；7--滑动、密封轴承，保径。
第四位字码为钻头附加结构特征代号，用以表示前面三位数字无法表达的特征，用英文字母表示。
目前IADC已定义了11个特征：A--空气冷却；C--中心喷嘴；D--定向钻进；E--加长喷嘴；G--附加保径/钻头体保护；J--喷嘴偏射；R--加强焊缝（用于顿钻）；S--标准铣齿；X--楔形镶齿；Y--圆锥形镶齿；Z--其他形状镶齿。
有些钻头其结构可能兼有多种附加结构特征，则应选择一个主要的特征符号表示。
钻头的认识与使用
二、 三牙轮钻头 （三）牙轮钻头的使用 3、钻头尺寸与喷嘴 （4）喷嘴选用原则
三等径不如三组合
三组合不如双组合
二、 三牙轮钻头 （四）钻头选型原则
1、地层的软硬程度和研磨性。软地层选择牙齿长的钻头， 硬地层选择齿短、齿密的钻头。 2、钻进井段的深浅。井浅时，选用机械钻速高的钻头；井 深时，选用总进尺多的钻头。 3、易斜地层。不移轴量小的钻头，有利于防斜。 4、软硬交错地层。 选用适合硬地层使用的钻头，就高不就 低。
优点：有利于破碎岩石，提高钻井速度。 缺点：钻头轴承早期损坏；
硬质合金齿崩碎； 钻柱疲劳损坏。
二、 三牙轮钻头 （二）牙轮钻头的工作原理 3、剪切作用
剪切作用是由牙轮在井底滚动的同时还产生牙齿对井底的 滑动实现的。
产生滑动的原因是由牙轮钻头的超顶、复锥和移轴三种结 构特点引起的。
二、 三牙轮钻头 （二）牙轮钻头的工作原理 3、剪切作用
190～222.3 431/ 41/2REG 16.3～21.7
9-1/2～13-3/4 241.3～349.3 631/ 65/8REG 38～43.4
14-1/2～26 368.3～660.4 731/ 75/8REG 46.1～54.2
二、 三牙轮钻头
（三）牙轮钻头的使用 3、钻头尺寸与喷嘴 （1）喷嘴型号表示
首位数
表示意义
岩性
1
铣齿，低抗压强度高可钻性的软地层
软
2
铣齿，高抗压强度的中到硬地层
中硬
3
铣齿，中等研磨性或研磨性的硬地层
硬
4
镶齿，低搞压强度高可钻性的软地层
软
5
镶齿，低抗压强度的软到中硬地层 软至中硬
6
镶齿，高抗压强度的中硬地层
石油钻井设备与工具-王镇全 第三节 牙轮钻头
量的情况下，增大碳化钨的粒度，可以提高硬质合金的韧性，而其
硬度和耐磨性不变。
镶齿牙轮钻头齿的形状
镶齿牙轮钻头齿的形状是根据地层条件设计的。一般情况下，
尖、长齿适应于软地层，短、钝齿适合硬地层。具有代表性的齿 形描述如下：
①楔形齿
齿形呈“楔子”状，齿尖角由65°～90°不等。适用于破碎具有高塑 性的软地层以及中硬地层，齿尖角小的适合软地层，齿尖角大的适合较
3、镶齿
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。
牙轮钻头上使用的硬质合金是碳化钨(WC)一钴(Co)系列硬质合金。 它是以碳化钨粉末为骨架金属、钴粉末为粘结剂，有时加入少量的
钽或铌的碳化物用粉末冶金方法压制、烧结而成的。合金中随着钴
的含量的增加，密度有所下降，硬度逐渐降低，即耐磨性能降低， 但抗弯强度逐渐增大，且冲击韧性也提高。在不改变碳化钨和钴含
硬地层。
②勺形齿 美国休斯公司80年代推出的新齿形。它是一种不对称的楔形齿，其 切削地层的工作面是内凹的勺形，背面是微向外凸的圆弧形。这种结构 改善牙齿的受力状况，既提高了破碎效率又增强了齿的强度，可高效破 碎极软至中软地层岩石。
③圆锥形齿
锥形有长70°的中等锥形齿用来钻中硬地层，如灰岩、白云岩、砂
第三节 牙轮钻头
牙轮钻头是石油钻井工程中应用最为广泛的一种钻
头。牙轮钻头按牙齿的固定方式可分为镶齿和铣齿两种
类型。
镶齿 铣齿
按轴承类型分为：滚动轴承和滑动轴承两类； 按密封类型分为：橡胶密封和金属密封两类。
橡胶密封
金属密封
一、 牙轮钻头结构简介 一、牙轮钻头的结构
牙轮钻头结构描述：
钻头上部车有丝扣，供与钻柱连接用；
牙轮钻头简介
1.1.3、轴承结构（续）
金属密封环：它采用优质不锈钢经过多道工 序特殊精密加工而成。其结构由上、下两个 金属环组成，上环装于牙轮，其外径小于牙 轮密封槽直径；下环装于牙掌，其内径大于 牙掌大轴密封面直径。
1.1.3、轴承结构（续）
金属环的两个密封平面靠高精度的表面加工质 量、严格控制其平面度及表面粗糙度，来达到优良 的密封效果。这两个金属环是靠两个O形橡胶供能 圈固定在牙轮和牙掌密封面上，借助弹性好、压缩 永久变形小的橡胶圈，产生压缩和拉伸变形，给金 属环以轴向压力，这个压力可以保证两个高耐磨金 属环的密封面经常接触。即使金属环磨损后，橡胶 圈仍可靠其弹力继续压紧两个金属环，实现面密封 和动密封。
1.1.2、切削结构：牙轮和牙齿（续）
钢齿形状多为楔形，为了加强钻头保径， 外排齿往往设计成“T”、“L”、“Π”形，为 克服钢齿在破碎时易磨损的缺点，需要在牙 齿的工作面及背锥面敷焊耐磨材料。
1.1.3、轴承结构
牙轮钻头轴承由牙轮内孔、牙掌轴颈、锁 紧元件等组成。轴承副有大、中、小轴和止推 面等四个，大、小轴承受径向载荷，中轴主要 用来锁紧和定位，止推面则承受轴向载荷。 根据轴承副结构，钻头轴承一般分为滚动 和滑动轴承两大类；根据轴承的密封，可分为 密封和非密封（目前我公司还有浮动密封轴 承）。
示
8 1/2HJ537GL钻头
例
8 1/2：钻头直径为8.5英寸（即215.9mm） HJ：滑动轴承金属密封 537：低抗压强度，软到中地层镶齿钻头 G：掌背加强 L：掌背扶正块
谢
谢
1
低抗压强 度高可钻 性的软地 层 高抗压强 度的中到 中硬地层 半研磨性 及研磨性 的硬地层
钢齿 钻头
2
3
321
牙轮钻头磨损分级情况
措施: 1. 选硬型号钻头；齿出露高度低； 2. 合理钻压和转速；使用减震器； 3. 小钻压，低转速，＞６英寸； 4. 规范钻井操作； 5. 调整钻井条件．
３. Balled Up (BU)---泥包
原因: 1. 粘性地层（水解性粘土等）； 2. 水力参数不合理； 3. 喷嘴组合不合理； 4. 操作不当（钻压大，井眼清洗）； 5. 钻头选型不合理；泥浆性能不佳．
21. Self Sharpening Wear (SS)---齿自锐磨损
原因: 1. 选型不合理－钻头偏软； 2. 钻头齿硬耐磨保护层磨损过快； 3. 钻头钻入研磨性地层．
措施: 1. 选硬型号钻头；耐磨损齿； 2. 加强齿耐磨保护层的耐磨性； 3. 缩短钻头在研磨性地层工作时间．
22. Tracking (TR)---跟踪破碎坑
18. Plugged Nozzle (PN)---堵喷嘴
原因: 1. 未开泵，钻头冲入沉砂，软地层； 2. 泵入外来材料； 3. 接单根时地层碎块进入喷嘴； 4. 钻具内的渣滓堆积在喷嘴部位； 5. 水力清洗不好．
措施: 1. 规范钻井操作； 2. 使用钻具滤清器； 3. 钻具中使用单流阀； 4. 把入井钻具通径； 5. 改善水力清洗．
19. Rounded Gauge (RG)---保径被磨圆
原因: 1. 选型不合理－钻头偏软； 2. 在研磨性地层划眼井段过长； 3. 钻头转速过高； 4. 钻头偏心磨损．
措施: 1. 选硬型号钻头；耐磨损齿； 2. 用小钻压，低转速划眼； 3. 钻头转速与所钻地层匹配； 4. 减少钻头工作时间，加强钻头保径．
措施: 1. 选合适型号钻头，减少密封失效； 2. 小钻压，低转速划眼； 3. 选择合适的装卸器和装卸技术； 4. 套管通径； 5. 规范钻井操作．
牙轮钻头简介
牙轮钻头的选择方法
地层适应性
选择适合特定地层的牙轮 钻头，如软地层、硬地层 、研磨性地层等。
Hale Waihona Puke 尺寸与规格根据钻井设备的尺寸和规 格选择合适的牙轮钻头， 以确保与钻杆、马达等设 备的配合。
耐磨性与寿命
考虑牙轮钻头的耐磨性和 寿命，选择具有较长使用 寿命和较低维护成本的牙 轮钻头。
牙轮钻头的使用方法
安装与调试
牙轮钻头的结构
牙轮钻头的结构可以分为三大部分： 上部、中部和下部。
上部主要包含轴承座和轴承，中部是 牙轮和钻头体，下部则是喷嘴和密封 件等。
牙轮钻头的分类
根据牙轮数目，牙轮 钻头可分为单牙轮钻 头和多牙轮钻头；
根据结构特点，可分 为常规牙轮钻头和新 型牙轮钻头。
根据使用条件，可分 为软地层牙轮钻头和 硬地层牙轮钻头；
根据不同的牙轮钻头类型和规格，进行正确的安 装和调试，确保与钻杆的配合良好。
使用条件
确保牙轮钻头在使用过程中保持适当的转速和压 力，避免过度磨损和破裂。
维护与保养
定期检查牙轮钻头的磨损情况，及时更换磨损严 重的牙轮，保持钻头的良好状态。
牙轮钻头的发展趋势与研究方
05
向
牙轮钻头的发展趋势
01
高效化
牙轮钻头的工作原理
02
牙轮钻头的工作过程
01
旋转运动
牙轮钻头在旋转过程中，每个牙轮都会围绕钻头轴线旋 转，同时也会绕自身的轴线旋转。这种旋转运动使得牙 轮能够有效地破碎岩石。
02
轴向压力
在钻进过程中，牙轮钻头会受到轴向压力，帮助破碎岩 石。这种压力可以由液压系统或机械系统提供。
03
剪切力
牙轮钻头在旋转过程中，相邻牙轮之间会产生剪切力， 这种剪切力能够使岩石破裂。
钻头失效形式与失效原因分析07资料
产品对地层的适应性
钻
头
失
产品质量
效
主
要
使用方式
因
素
误操作
三牙轮钻头失效形式与失效原因分析
喷嘴冲蚀
重复使用碳化钨喷嘴，这种情况经常出现。如果一个或多个喷嘴 被堵死，那么未被堵死的喷嘴很可能由于下列原因而冲蚀：
1、泥浆中含沙量过高 ; 2、相对喷嘴尺寸喷速太高。如果喷嘴取下再用，其内径很可能冲 大或喷嘴入口冲蚀。
表现：钻速逐渐变慢直至起钻，如果不起钻强行钻进将磨损胎 体导致钻头报废
应对措施：低转速高钻压；采用大排量携岩，防止因携岩不充 分导致二次磨损；选择布齿密度高的钻头、抗研磨性强的进口 复合片
冲击损毁（脱层、断齿、碎裂）
冲击损毁（脱层、断齿、碎裂）
损坏原因：PDC复合片因受到过大的冲击载荷而导致的损坏方式。 过大的冲击载荷来自两方面，一是地层中的硬质点，如砾石层， 铁矿石等硬夹层，二是操作过程中钻具组合和参数不当，致使 憋钻和跳钻。在延长组的砾石、石盒子组杂色硬质泥岩中使用 的钻头多出现冲击损坏。
齿折断、碎裂
对于镶齿： 1、选型错误； 2、轴承失效，牙轮打架； 3、牙齿与齿孔配合不当, 牙齿可以在齿孔中转动导致断齿； 4、合金齿有缺陷； 5、钻压和/或转速太高； 6、下钻时碰撞井壁台肩或井底； 7、井底有落物；
外径磨损
外径磨损是指保径区域的 外部磨损；原因与地层的 研磨性，钻头型号和钻井 参数有关。
牙掌折断
由于钻头通过小井眼，受井壁侧向力作用，在掌背磨损后，牙 掌所受的弯矩过大，掌背与井壁摩擦产生的热裂纹等是造成牙掌 折断的原因。
掉齿/牙齿松动
多数情况下是因为齿和齿孔 之间固齿力不够，牙轮壳体冲蚀 也会导致牙齿松动掉齿。有时是 因为牙轮钢材太软（牙轮未经过 适当的热处理），固齿力不足。
钻
头
失
产品质量
效
主
要
使用方式
因
素
误操作
三牙轮钻头失效形式与失效原因分析
喷嘴冲蚀
重复使用碳化钨喷嘴，这种情况经常出现。如果一个或多个喷嘴 被堵死，那么未被堵死的喷嘴很可能由于下列原因而冲蚀：
1、泥浆中含沙量过高 ; 2、相对喷嘴尺寸喷速太高。如果喷嘴取下再用，其内径很可能冲 大或喷嘴入口冲蚀。
表现：钻速逐渐变慢直至起钻，如果不起钻强行钻进将磨损胎 体导致钻头报废
应对措施：低转速高钻压；采用大排量携岩，防止因携岩不充 分导致二次磨损；选择布齿密度高的钻头、抗研磨性强的进口 复合片
冲击损毁（脱层、断齿、碎裂）
冲击损毁（脱层、断齿、碎裂）
损坏原因：PDC复合片因受到过大的冲击载荷而导致的损坏方式。 过大的冲击载荷来自两方面，一是地层中的硬质点，如砾石层， 铁矿石等硬夹层，二是操作过程中钻具组合和参数不当，致使 憋钻和跳钻。在延长组的砾石、石盒子组杂色硬质泥岩中使用 的钻头多出现冲击损坏。
齿折断、碎裂
对于镶齿： 1、选型错误； 2、轴承失效，牙轮打架； 3、牙齿与齿孔配合不当, 牙齿可以在齿孔中转动导致断齿； 4、合金齿有缺陷； 5、钻压和/或转速太高； 6、下钻时碰撞井壁台肩或井底； 7、井底有落物；
外径磨损
外径磨损是指保径区域的 外部磨损；原因与地层的 研磨性，钻头型号和钻井 参数有关。
牙掌折断
由于钻头通过小井眼，受井壁侧向力作用，在掌背磨损后，牙 掌所受的弯矩过大，掌背与井壁摩擦产生的热裂纹等是造成牙掌 折断的原因。
掉齿/牙齿松动
多数情况下是因为齿和齿孔 之间固齿力不够，牙轮壳体冲蚀 也会导致牙齿松动掉齿。有时是 因为牙轮钢材太软（牙轮未经过 适当的热处理），固齿力不足。
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适应低抗压强度、高可钻性的软至中软地层， 如页岩、粘土、砂岩、软石灰岩等地层及高密度 泥浆与深井。
J高效射流钻头水力系统分析
水孔倾斜角度大，泥浆射流紧贴牙轮齿尖，到达 井底靠近井筒的交接处。目的是在清洗牙轮的同时， 通过井壁的阻挡作用，反向冲洗井底，达到更好的 洗井效果。
该种水孔的布置方法与传统方法明显不同，具有 显而易见的优势。J高效喷射钻头在设计的过程中 利用这种思想，达到提高机械钻速的目的。
二、GK宽齿钻头
1、结构特点： 1）采用宽顶勺形齿为主切削齿， 提高了牙齿的井底破碎体积和井 底覆盖率； 2）同时在钻头设计中采用优化 的钻头结构参数，提高牙齿在井 底的剪切滑移距离，可增大钻头 对塑性岩石的破碎体积功。
宽齿钻头
宽齿钻头与常规钻头井底仿真对比图
宽齿钻头井底仿真图 常规钻头井底仿真图
0.65～1.05KN/ mm钻头直径） 转速：40～220转/分（塑性地层推荐50～80转/分）
三、J高效射流钻头
该类型钻头运用新型定向喷射理论，对钻头的 水力系统进行了全新的设计。通过对水孔喷射角η、 水孔座偏距Hm、水孔座中心线偏角Qw的优化， 增大了泥浆在井底的横流效果，对于清洗井底和 提高钻头的机械钻速将起到良好的作用。
2571912.84 519.2 7 357.59 74.18 51.08 1.45 HJT537G
—
K
2432.11
3、可提供的尺寸和型号 钻头尺寸范围：6 1/2″-17 1/2″； 型号：IADC为517和537型号钻头后附加GK特征。
4、钻头的使用参数 钻压：0.35～1.05KN/ mm钻头直径（塑性地层推荐
2、使用情况
普光1井与普光7井下沙溪庙井段技术指标对比
井号
普光 1井
普光 7井
地层： 下沙溪庙
总 进 尺
钻 头 总纯钻 数 时间 量
单只 平均 进尺
单只 平均 纯钻 时间
平均 机械 钻速
钻头 型号
1975.88 600.5 20 962.67 30.03 48.13 0.62 HJ537
—
HJT537(
FJS GAS GJS
8 滑动轴承橡胶密封单 YA 牙轮钻头
9 滑动轴承橡胶密封强 YC 化型单牙轮钻头
钻头附加结构特征代号
代号 C H E G L Y K X J
附加结构特征 中心喷嘴 金刚石保径 加长喷嘴座 掌背强化 掌背扶正块 圆锥形齿 宽顶勺形齿
椭圆截面楔形齿 高效射流喷嘴座
示例：8 1/2HJT537GL钻头 8 1/2 ：钻头直径为8.5英寸（即215.9mm） HJT:滑动轴承金属密封、特别保径； 537:低抗压强度，软至中地层镶齿钻头； G: 掌背镶齿强化保径； L: 掌背扶正块镶齿强化保径与扶正。
江汉牙轮钻头特征 与失效形式介绍
2006年6月
内容
一、江汉牙轮钻头特征介绍 二、GK宽齿钻头 三、J高效射流钻头 四、IADC三牙轮钻头磨损分级标准 五、典型失效形式分析
一、江汉牙轮钻头型号介绍
江汉牙轮钻头型号由四部分组成：
直径代号 8 1/2
系列代号 HJT
分类号 517
附加特征代号 GH
序号 轴承及密封主要结构 标准系
特殊系列
特征
列
T（特别保径） S（大井底覆盖）
1 滑动轴承橡胶密封 HA
HAT
HAS
2 滑动轴承金属密封
HJ
HJT
HJS
3 浮动轴承橡胶密封
FA
FAT
FAS
4 浮动轴承金属密封
FJ
5 滚动轴承橡胶密封 GA
6 滚动轴承金属密封
GJ
7
非密封滚动轴承
W
FJT GAT GJT
四、IADC三牙轮钻头磨损分级标准
钻头磨损情况表示方法示例：
镶齿钻头钝化特征记录表：
I OD L BGOR 2 8 BT H E I WT PR
上表为：内排齿损坏1/4；外排齿已全部失效；主 要钝化特征是断齿，位置在外排齿位置；密封有效； 钻头直径未磨损；牙齿磨损；因机械钻速低而起钻。
钢齿钻头钝化特征记录表：
2、掌尖冲蚀
掌尖碳化钨敷层脱 落部位, 往往偏向 于大喷嘴和斜喷 嘴侧, 在喷射方向 的掌尖易被冲蚀, 掌尖冲蚀会影响 轴承密封圈寿命。
3、流道冲蚀
流道冲蚀多发生在喷嘴座入口处以 及喷嘴座台肩处，原因如下：
1、由于泥浆中固相含量高，泥浆 排量大，喷嘴座入口泥浆流速高；使 用组合喷嘴，尤其采用双喷嘴组合， 安装大喷嘴的流道入口易冲蚀；
•钻头直径代号用英寸数字表示，如8 ½； •系列代号按其轴承与密封主要结构，分为9个标准系列，如HJT； •分类号由三位数字组成，首位为切削结构、第二位为地层分级号， 第三位为钻头结构特征代号，如517； •附加结构特征代号为满足钻井及地层特殊需要，在分类号后加附加 结构特征，用字母表示，如GH。
钻头系列代号
1、如果喷嘴座未发生冲蚀就掉 喷嘴，则可能是卡簧未装好或是 卡簧有缺陷，以及井底腐蚀性气 氛导致卡簧碎裂；
2、喷嘴座冲蚀掉喷嘴，则可能 是喷嘴与喷嘴座内孔之间径向间 隙大。或是O形密封圈安装时发生 扭转或剪切，密封槽内有杂物， 有时也可能没有装密封圈。
内没有造成非预料后果的失效属正常失效， 相反为非正常失效或早期失效。 钻头失效形式较多，下面对常见的18种 失效情况进行介绍：
1、牙轮冲蚀
泥浆中固相含量过高、 排量大,尤其是采用组合 喷嘴,使用大孔径喷嘴,其 喷射角大, 以及安装斜喷 嘴都会造成牙轮冲蚀。 牙轮壳体被冲蚀后, 在齿 根周围壳体形成环行槽, 大多会造成牙齿的折断、 脱落或转动。
I O D LB G OR 4 4 WT A F 1/16 FC TQ
上表为：内、外排齿磨损1/2；主要钝化特征是牙齿 磨损，位置是所有齿圈；密封已失效；钻头直径磨损
1/16英寸；齿顶磨平；因扭短增大而起钻。
五、典型失效形式分析
钻头失效分为正常失效和非正常失效： 在正常工况下钻头使用时间在预期的范围
2、如果使用入口端已冲蚀或缺损 的硬质合金喷嘴, 喷嘴座台肩容易被 冲蚀或刺穿；
3、喷嘴与喷嘴座台肩间的间隙过 大，易产生涡流，造成喷嘴座冲蚀、 刺穿；
4、喷嘴座入口流型不好，钻头流 道截面变化速率大，不能适应高速液 流。
4、掉喷嘴
喷嘴座冲蚀、掉卡簧、密封失 效, 都会导致掉喷嘴。引起掉喷嘴 的原因是：
J高效射流钻头水力系统分析
水孔倾斜角度大，泥浆射流紧贴牙轮齿尖，到达 井底靠近井筒的交接处。目的是在清洗牙轮的同时， 通过井壁的阻挡作用，反向冲洗井底，达到更好的 洗井效果。
该种水孔的布置方法与传统方法明显不同，具有 显而易见的优势。J高效喷射钻头在设计的过程中 利用这种思想，达到提高机械钻速的目的。
二、GK宽齿钻头
1、结构特点： 1）采用宽顶勺形齿为主切削齿， 提高了牙齿的井底破碎体积和井 底覆盖率； 2）同时在钻头设计中采用优化 的钻头结构参数，提高牙齿在井 底的剪切滑移距离，可增大钻头 对塑性岩石的破碎体积功。
宽齿钻头
宽齿钻头与常规钻头井底仿真对比图
宽齿钻头井底仿真图 常规钻头井底仿真图
0.65～1.05KN/ mm钻头直径） 转速：40～220转/分（塑性地层推荐50～80转/分）
三、J高效射流钻头
该类型钻头运用新型定向喷射理论，对钻头的 水力系统进行了全新的设计。通过对水孔喷射角η、 水孔座偏距Hm、水孔座中心线偏角Qw的优化， 增大了泥浆在井底的横流效果，对于清洗井底和 提高钻头的机械钻速将起到良好的作用。
2571912.84 519.2 7 357.59 74.18 51.08 1.45 HJT537G
—
K
2432.11
3、可提供的尺寸和型号 钻头尺寸范围：6 1/2″-17 1/2″； 型号：IADC为517和537型号钻头后附加GK特征。
4、钻头的使用参数 钻压：0.35～1.05KN/ mm钻头直径（塑性地层推荐
2、使用情况
普光1井与普光7井下沙溪庙井段技术指标对比
井号
普光 1井
普光 7井
地层： 下沙溪庙
总 进 尺
钻 头 总纯钻 数 时间 量
单只 平均 进尺
单只 平均 纯钻 时间
平均 机械 钻速
钻头 型号
1975.88 600.5 20 962.67 30.03 48.13 0.62 HJ537
—
HJT537(
FJS GAS GJS
8 滑动轴承橡胶密封单 YA 牙轮钻头
9 滑动轴承橡胶密封强 YC 化型单牙轮钻头
钻头附加结构特征代号
代号 C H E G L Y K X J
附加结构特征 中心喷嘴 金刚石保径 加长喷嘴座 掌背强化 掌背扶正块 圆锥形齿 宽顶勺形齿
椭圆截面楔形齿 高效射流喷嘴座
示例：8 1/2HJT537GL钻头 8 1/2 ：钻头直径为8.5英寸（即215.9mm） HJT:滑动轴承金属密封、特别保径； 537:低抗压强度，软至中地层镶齿钻头； G: 掌背镶齿强化保径； L: 掌背扶正块镶齿强化保径与扶正。
江汉牙轮钻头特征 与失效形式介绍
2006年6月
内容
一、江汉牙轮钻头特征介绍 二、GK宽齿钻头 三、J高效射流钻头 四、IADC三牙轮钻头磨损分级标准 五、典型失效形式分析
一、江汉牙轮钻头型号介绍
江汉牙轮钻头型号由四部分组成：
直径代号 8 1/2
系列代号 HJT
分类号 517
附加特征代号 GH
序号 轴承及密封主要结构 标准系
特殊系列
特征
列
T（特别保径） S（大井底覆盖）
1 滑动轴承橡胶密封 HA
HAT
HAS
2 滑动轴承金属密封
HJ
HJT
HJS
3 浮动轴承橡胶密封
FA
FAT
FAS
4 浮动轴承金属密封
FJ
5 滚动轴承橡胶密封 GA
6 滚动轴承金属密封
GJ
7
非密封滚动轴承
W
FJT GAT GJT
四、IADC三牙轮钻头磨损分级标准
钻头磨损情况表示方法示例：
镶齿钻头钝化特征记录表：
I OD L BGOR 2 8 BT H E I WT PR
上表为：内排齿损坏1/4；外排齿已全部失效；主 要钝化特征是断齿，位置在外排齿位置；密封有效； 钻头直径未磨损；牙齿磨损；因机械钻速低而起钻。
钢齿钻头钝化特征记录表：
2、掌尖冲蚀
掌尖碳化钨敷层脱 落部位, 往往偏向 于大喷嘴和斜喷 嘴侧, 在喷射方向 的掌尖易被冲蚀, 掌尖冲蚀会影响 轴承密封圈寿命。
3、流道冲蚀
流道冲蚀多发生在喷嘴座入口处以 及喷嘴座台肩处，原因如下：
1、由于泥浆中固相含量高，泥浆 排量大，喷嘴座入口泥浆流速高；使 用组合喷嘴，尤其采用双喷嘴组合， 安装大喷嘴的流道入口易冲蚀；
•钻头直径代号用英寸数字表示，如8 ½； •系列代号按其轴承与密封主要结构，分为9个标准系列，如HJT； •分类号由三位数字组成，首位为切削结构、第二位为地层分级号， 第三位为钻头结构特征代号，如517； •附加结构特征代号为满足钻井及地层特殊需要，在分类号后加附加 结构特征，用字母表示，如GH。
钻头系列代号
1、如果喷嘴座未发生冲蚀就掉 喷嘴，则可能是卡簧未装好或是 卡簧有缺陷，以及井底腐蚀性气 氛导致卡簧碎裂；
2、喷嘴座冲蚀掉喷嘴，则可能 是喷嘴与喷嘴座内孔之间径向间 隙大。或是O形密封圈安装时发生 扭转或剪切，密封槽内有杂物， 有时也可能没有装密封圈。
内没有造成非预料后果的失效属正常失效， 相反为非正常失效或早期失效。 钻头失效形式较多，下面对常见的18种 失效情况进行介绍：
1、牙轮冲蚀
泥浆中固相含量过高、 排量大,尤其是采用组合 喷嘴,使用大孔径喷嘴,其 喷射角大, 以及安装斜喷 嘴都会造成牙轮冲蚀。 牙轮壳体被冲蚀后, 在齿 根周围壳体形成环行槽, 大多会造成牙齿的折断、 脱落或转动。
I O D LB G OR 4 4 WT A F 1/16 FC TQ
上表为：内、外排齿磨损1/2；主要钝化特征是牙齿 磨损，位置是所有齿圈；密封已失效；钻头直径磨损
1/16英寸；齿顶磨平；因扭短增大而起钻。
五、典型失效形式分析
钻头失效分为正常失效和非正常失效： 在正常工况下钻头使用时间在预期的范围
2、如果使用入口端已冲蚀或缺损 的硬质合金喷嘴, 喷嘴座台肩容易被 冲蚀或刺穿；
3、喷嘴与喷嘴座台肩间的间隙过 大，易产生涡流，造成喷嘴座冲蚀、 刺穿；
4、喷嘴座入口流型不好，钻头流 道截面变化速率大，不能适应高速液 流。
4、掉喷嘴
喷嘴座冲蚀、掉卡簧、密封失 效, 都会导致掉喷嘴。引起掉喷嘴 的原因是：