牙轮钻头分类
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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钻头分类体系
Slide #17
L - Lug Pads M - Motor Application S - Standard Milled Tooth T - Two-Cone Bit W - Enhanced C/S X - Chisel Tooth Insert Y - Conical Tooth Insert Z - Other Shape Inserts
轴承和保径 (Bearing & Gage)
第三位代码 轴承和保径 七个分类: 1---非密封滾柱轴承 2---气冷滾柱轴承 3---非密封滾柱轴承,保径 4---密封滾柱轴承 5---密封滾柱轴承,保径 6---密封滑动轴承 7---密封滑动轴承,保径
Slide #12
Slide #8
1. 抗压强度低和可钻性高的软地层 2. 抗压强度高的中到中硬地层 3. 半研磨性硬地层和研磨性地层
4. 抗压强度低和可钻性高的软地层 5. 抗压强度低的软到中软地层 6. 抗压强度高的中硬地层 7. 半研磨性硬地层和研磨性地层 8. 坚硬地层和研磨性地层
地层硬度划分
Slide #3
IADC 牙轮钻头分类
4 位 设计/使用代码 前三位使用数值 第四位使用字母 135M 或 447X 或 637Y
Slide #4
IADC 牙轮钻头分类代码
数字代码由下列三位组成: 硬度系列 (Series) 第一位 类型 (Type) 第二位 轴承和保径 (Bearing & Gage) 第三位 字母代码: 第四位
Slide #16
IADC 特征
A - Air Application B - Special Bearing/Seal C - Center Jet D - Deviation Control E - Extended Nozzles G - Gage/Body Protection H - Horizontal Application J - Jet Deflection
L - Lug Pads M - Motor Application S - Standard Milled Tooth T - Two-Cone Bit W - Enhanced C/S X - Chisel Tooth Insert Y - Conical Tooth Insert Z - Other Shape Inserts
轴承和保径 (Bearing & Gage)
第三位代码 轴承和保径 七个分类: 1---非密封滾柱轴承 2---气冷滾柱轴承 3---非密封滾柱轴承,保径 4---密封滾柱轴承 5---密封滾柱轴承,保径 6---密封滑动轴承 7---密封滑动轴承,保径
Slide #12
Slide #8
1. 抗压强度低和可钻性高的软地层 2. 抗压强度高的中到中硬地层 3. 半研磨性硬地层和研磨性地层
4. 抗压强度低和可钻性高的软地层 5. 抗压强度低的软到中软地层 6. 抗压强度高的中硬地层 7. 半研磨性硬地层和研磨性地层 8. 坚硬地层和研磨性地层
地层硬度划分
Slide #3
IADC 牙轮钻头分类
4 位 设计/使用代码 前三位使用数值 第四位使用字母 135M 或 447X 或 637Y
Slide #4
IADC 牙轮钻头分类代码
数字代码由下列三位组成: 硬度系列 (Series) 第一位 类型 (Type) 第二位 轴承和保径 (Bearing & Gage) 第三位 字母代码: 第四位
Slide #16
IADC 特征
A - Air Application B - Special Bearing/Seal C - Center Jet D - Deviation Control E - Extended Nozzles G - Gage/Body Protection H - Horizontal Application J - Jet Deflection
牙轮钻头
(b) 轴承的储油密封润滑 牙轮钻头轴承的储油密封润滑结构是在 一牙轮巴掌的组合体上增加一套储油密封系 统。它由轴承腔的压力补偿系统和密封元件 等组成。其作用是将牙轮内腔与外界的洗井 液分开，并在钻头工作时，随时向轴承腔补 充润滑脂，从而改善轴承的工作条件。
(c) 滑动轴承 滑动轴承钻头主要是指滑动轴承取代 大轴滚柱轴承的牙轮钻头。其结构为滑动轴 承一滚珠轴承一滑动轴承。滑动轴承把牙轮 轴颈与滚柱的线接触改变成滑动摩擦面间的 面接触，承压面积大大增加，比压大大减小。 同时，不存在滚柱对轴颈的冲击作用。由于 去掉了滚柱就可以把轴颈尺寸加大，牙轮壳 体增厚，这样提高了整个轴承的强度，从而 有利于增大钻压，大大提高了钻头的工作寿 命。
d.牙轮钻头的轴承 决定钻头工作寿命最关键的因素是轴承。 通常轴承先于钻头牙齿及其他部分而报损 （称为轴承的先期损坏），密封润滑的滑动 轴承钻头大大提高了牙轮钻头的使用寿命。 目前普遍使用的是硬质合金齿喷射式密封滑 动轴承牙轮钻头。
(a)普通轴承（滚动不密封轴承） 牙轮钻头的普通轴承由牙爪轴颈、牙轮内 腔、滚动体组成。在牙轮内腔及轴颈上加工了 相对应的三个不同尺寸的滚动体跑道，构成三 副轴承。大轴承主要承受由钻压引起的径向载 荷，小轴承起扶正及承受少量径向载荷的作用， 中间的滚珠轴承主要起锁紧定位作用，它将牙 轮及牙爪轴颈锁在一起并承受部分轴向载荷。
(4)牙轮钻头的工作原理 钻进中牙轮钻头在井底的运动及破岩 机理取决于钻头的结构、钻进参数配合、 井底状态等多方面的因素。为了能够根据 不同地层岩性，合理选择与使用钻头，就 必须了解牙轮钻头在井底的运动及破岩机 理。
a.牙轮钻头在井底的运动 牙轮钻头在井底的运动，决定着牙轮与 牙齿的运动，从而直接决定了牙齿对地层岩 石的破岩作用。钻头在井底的运动有公转、 自转、纵振、滑动。钻头在井底运动的同时 牙轮在井底的运动也有公转、自转、纵振和 滑动。
三、HJ系列油用三牙轮钻头的可选...
江钻油用牙轮钻头江钻股份公司1982年开始使用国外先进的J、X、R系列钻头制造技术，以后又陆续引进了ATJ、ATM、ATX、MAX、GT等系列钻头技术。
经公司科技人员二十多年来卓有成效的研究，不仅发展了原引进的系列产品，而且还先后开发出具有自主知识产权的浮动轴承技术、大井底覆盖技术、双流道技术、等磨损齿技术、单牙轮钻头技术等多项技术，并形成系列钻头新产品江钻油用牙轮钻头结构新颖，品种齐全，现有9个标准系列25种规格600多个品种，可适用于软到极硬的各类不同地层。
江钻油用牙轮钻头型号介绍江钻油用牙轮钻头型号由四部分组成：钻头直径代号：用数字（整数或分数）表示，其数字表示钻头直径英寸数。
钻头系列代号：对于三牙轮钻头，按其轴承及密封结构主要特征，分为9 个标准系列。
除轴承和密封外，钻头结构上比较大的改进作为特殊结构，标准系列与特殊结构或特殊结构的组合组成特殊系列。
对于单牙轮钻头，钻头系列代号以“Y×”表示，“Y”指一个牙轮，“×”为设计编号，代表不同的钻头设计特征，油用钻头系列代号见下表1。
表1钻头分类号：分类号采用SPE/IADC 23937的规定，由三位数字组成，首位数为切削结构类别及地层系列号，第二位为地层分级号，末位数为钻头结构特征代号。
钻头附加结构特征代号：为了满足钻井及地层的某些特殊需要，钻头需改进或加强时，则在分类号后加附加结构特征，采用1个或多个字母表示。
钻头附加结构特征代号如下表3。
表3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:掌背强化。
L:掌背扶正块。
钻头附加特征技术介绍（注：每个特征后附照片）C：表示在钻头中心位置布置有喷嘴。
中心喷嘴能够有效清洗牙轮，减少钻头的泥包现象，提高钻头的机械钻速。
它适合极软到软地层的钻井。
H：表示金刚石复合齿保径。
三牙轮钻头分类
镶齿密封钻头
XMP
镶硬质合金齿滑动密封轴承喷射式三牙轮钻头
镶齿滑动轴承钻头
XH
国产三牙轮钻头系列代号
国产三牙轮钻头的型式代号
极软
软
中软
中
中硬
硬
极硬
型式
型式代号
1
2
3
4
5
6
7
原型式代号
JR
R
ZR
Z
ZY
Y
JY
适用岩层
举例
泥岩
石豪
盐岩
软页岩
白垩
软石灰岩
中软页岩
硬石豪
中软石灰岩
中软砂岩
硬页岩
石灰岩
中软石灰岩
中软砂岩
石英砂
硬白云岩
硬石灰
大理岩
花岗岩
石英岩
玄武岩
黄铁矿
钻头体颜色
浮白
黄
淡蓝
灰
墨绿
红
褐
类别
系列名称
代头
Y
喷射式三牙轮钻头
喷射式钻头
P
滚动密封轴承喷射式三牙轮钻头
密封钻头
MP
滚动密封轴承保径喷射式三牙轮钻头
密封保径钻头
MPB
滑动密封轴承喷射式三牙轮钻头
滑动轴承钻头
HP
滑动密封轴承保径喷射式三牙轮钻头
滑动保径钻头
HPB
镶齿钻头
镶硬质合金齿滚动密封轴承喷射式三牙轮钻头
XMP
镶硬质合金齿滑动密封轴承喷射式三牙轮钻头
镶齿滑动轴承钻头
XH
国产三牙轮钻头系列代号
国产三牙轮钻头的型式代号
极软
软
中软
中
中硬
硬
极硬
型式
型式代号
1
2
3
4
5
6
7
原型式代号
JR
R
ZR
Z
ZY
Y
JY
适用岩层
举例
泥岩
石豪
盐岩
软页岩
白垩
软石灰岩
中软页岩
硬石豪
中软石灰岩
中软砂岩
硬页岩
石灰岩
中软石灰岩
中软砂岩
石英砂
硬白云岩
硬石灰
大理岩
花岗岩
石英岩
玄武岩
黄铁矿
钻头体颜色
浮白
黄
淡蓝
灰
墨绿
红
褐
类别
系列名称
代头
Y
喷射式三牙轮钻头
喷射式钻头
P
滚动密封轴承喷射式三牙轮钻头
密封钻头
MP
滚动密封轴承保径喷射式三牙轮钻头
密封保径钻头
MPB
滑动密封轴承喷射式三牙轮钻头
滑动轴承钻头
HP
滑动密封轴承保径喷射式三牙轮钻头
滑动保径钻头
HPB
镶齿钻头
镶硬质合金齿滚动密封轴承喷射式三牙轮钻头
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。
牙轮钻头资料重点
(b) 轴承的储油密封润滑
牙轮钻头轴承的储油密封润滑结构是在 一牙轮巴掌的组合体上增加一套储油密封系 统。它由轴承腔的压力补偿系统和密封元件 等组成。其作用是将牙轮内腔与外界的洗井 液分开，并在钻头工作时，随时向轴承腔补 充润滑脂，从而改善轴承的工作条件。
(c) 滑动轴承
滑动轴承钻头主要是指滑动轴承取代 大轴滚柱轴承的牙轮钻头。其结构为滑动轴 承一滚珠轴承一滑动轴承。滑动轴承把牙轮 轴颈与滚柱的线接触改变成滑动摩擦面间的 面接触，承压面积大大增加，比压大大减小。 同时，不存在滚柱对轴颈的冲击作用。由于 去掉了滚柱就可以把轴颈尺寸加大，牙轮壳 体增厚，这样提高了整个轴承的强度，从而 有利于增大钻压，大大提高了钻头的工作寿 命。
此外，还有两道承受牙轮轴向载荷的 止推轴承，即小轴端部为第一道止推轴承， 它由小轴端部堆焊耐磨合金，并在牙轮内腔 相对应部位镶装耐磨合金；小轴颈底端的台 肩面为第二道止推轴承，它在小轴颈底端的 台后面堆焊耐磨合金，同时也在牙轮内腔相 对应部位镶装耐磨合金。
常用的轴承结构有：滚柱轴承一滚珠轴承一 滑动轴承和滚柱轴承一滚珠轴承一滚柱轴承两 种。前种结构多用在直径 152－244mm的小 尺寸钻头中，后一种结构多用在直径244 mm以上的大尺寸钻头中。普通轴承由于没有 密封装置，当钻头在井内工作时，洗井液与泥 砂极易进人牙轮内腔，很快将轴承腔内的润滑 脂冲蚀掉，加剧了轴承磨损，导致普通牙轮钻 头工作寿命很短。
非自洁式又称重叠式，其特点是各牙轮上可 任意布置齿圈，不受相邻牙齿的影响，故可加 密齿圈。重叠式牙轮钻头适应于硬及研磨性较 高的地层。
牙齿的加硬。钻进中，在钻头破碎岩石的同 时牙齿逐渐被磨损，影响牙齿磨损的主要因素 是地层岩石的研磨性、钻井技术参数、牙齿材 料与齿形、加工工艺技术等。
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牙轮钻头分类
牙轮钻头是应用最广泛的钻头之一， 牙轮钻头是应用最广泛的钻头之一， 具有适应地层广，机械钻速高的特点。 具有适应地层广，机械钻速高的特点。 牙轮钻头的分类 固定方式 固定方式：镶齿和铣齿 轴承类型： 轴承类型：滚动轴承和滑动轴承 密封类型： 密封类型：橡胶密封和金属密封 牙轮数量：单牙轮、 牙轮数量：单牙轮、双牙轮 、 三牙轮
主讲人：马智勇
按牙齿的固定方式分为： 按牙齿的固定方式分为：镶齿和铣齿
镶齿
图
铣齿
镶齿和铣齿牙轮钻头
主讲人：马智勇
按轴承类型分为： 按轴承类型分为：滚动轴承和滑动轴承
滚动轴承结构
图
滑动轴承结构
主讲人：马智勇
滚动轴承和滑动轴承牙轮钻头
按密封类型分为： 按密封类型分为：橡胶密封和金属密封
橡胶密封
图 橡胶密封和金属密封源自金属密封主讲人：马智勇
按牙轮数量分为：单牙轮钻头、 按牙轮数量分为：单牙轮钻头、双牙轮 钻头和三牙轮钻头
单牙轮钻头
双牙轮钻头
三牙轮钻头
主讲人：马智勇
单牙轮钻头、 图 单牙轮钻头、双牙轮钻头和三牙轮钻头
谢谢！
主讲人：马智勇
牙轮钻头是应用最广泛的钻头之一， 牙轮钻头是应用最广泛的钻头之一， 具有适应地层广，机械钻速高的特点。 具有适应地层广，机械钻速高的特点。 牙轮钻头的分类 固定方式 固定方式：镶齿和铣齿 轴承类型： 轴承类型：滚动轴承和滑动轴承 密封类型： 密封类型：橡胶密封和金属密封 牙轮数量：单牙轮、 牙轮数量：单牙轮、双牙轮 、 三牙轮
主讲人：马智勇
按牙齿的固定方式分为： 按牙齿的固定方式分为：镶齿和铣齿
镶齿
图
铣齿
镶齿和铣齿牙轮钻头
主讲人：马智勇
按轴承类型分为： 按轴承类型分为：滚动轴承和滑动轴承
滚动轴承结构
图
滑动轴承结构
主讲人：马智勇
滚动轴承和滑动轴承牙轮钻头
按密封类型分为： 按密封类型分为：橡胶密封和金属密封
橡胶密封
图 橡胶密封和金属密封源自金属密封主讲人：马智勇
按牙轮数量分为：单牙轮钻头、 按牙轮数量分为：单牙轮钻头、双牙轮 钻头和三牙轮钻头
单牙轮钻头
双牙轮钻头
三牙轮钻头
主讲人：马智勇
单牙轮钻头、 图 单牙轮钻头、双牙轮钻头和三牙轮钻头
谢谢！
主讲人：马智勇