应用优化方法提高牙轮钻头生产线中切削加工的经济性

<正> 目前,我国有几家专业工厂从事石油钻井用牙轮钻头的生产,各厂的产品不仅在质量上存在着差异,而且在切削加工的经济效果上也各不相同。图1所示为四个工厂各自在牙轮钻头生产线中粗车牙轮内孔工序时,切除单位体积金属所需刀具费用及金属切除率的对比曲     

单牙轮钻头牙齿齿形研究

目前,单牙轮钻头的牙齿使用的是三牙轮钻头的牙齿。由于单牙轮钻头的结构、运动规律和破岩方式与三牙轮钻头有很大区别,使得单牙轮钻头特有的作用及潜力受到限制。建立了单牙轮钻头的坐标系,推导出几何公式,并引入有向距离的概念对单牙轮钻头的牙齿进行研究。根据等磨损原理,提出适用于单牙轮钻头的结构特点和运动规律的牙齿齿形,并提出新的布齿方案,即,在牙轮工作面的永远接触区域内使用轴对称的牙齿;在轮换接触区域内使用椭圆形牙齿。     

江汉三牙轮钻头的技术特点

<正> 70年代江汉钻头厂开发了具有国内先进水平的P、HP和XHP系列三牙轮钻头;80年代初引进美国休斯工具公司三牙轮钻头制造技术,生产了具有当代世界先进水平的J系列三牙轮钻头;90年代开始生产高技术ATJ系列和ATM系列三牙轮钻头。随着钻井技术的不断进步,江汉三牙轮钻头的设计与制造技术得到了新发展。     

信息交流

<正> 江汉钻头厂三项新产品通过技术鉴定 江汉钻头厂研制的8-1/2 JD437型三牙轮钻头、新型流道强化三牙轮钻头和江汉休斯ATJ系列三牙轮钻头等三项新产品,于1992年12月通过技术鉴定。     

牙轮钻头侧向切削的计算机仿真

系统地分析了牙轮钻头与井壁相互作用过程,建立了牙轮钻头运动仿真模型。对钻头的横向运动,井壁模式的形成和发展过程进行了详细的分析;探讨了牙轮钻头侧向切削机理;建立了描述牙轮钻头侧向切削过程的仿真模型和计算机仿真程序。 采用该程序可以对不同结构的钻头在不同钻井条件下,钻头的侧向切削能力、井眼偏移程度和井眼轨迹作出相应比较和判定。     

新型非密封滑动轴承牙轮钻头的试验研究

密封滑动轴承牙轮钻头的密封圈工作条件恶劣,极易损坏;密封圈占据了轴颈的一部分空间,使钻头承载能力减小,这些都降低了钻头的使用寿命。通过滑动轴承失效原因的分析,提出非密封滑动轴承牙轮钻头的轴承表面应采用硬度大、热稳定性好的材料,轴承摩擦副应采用硬-硬配对方式。经过对WC-Co类硬质合金材料力学性能和摩擦学性能分析,用新的轴承结构解决了硬质合金脆性问题,并研制出新型非密封硬质合金滑动轴承牙轮钻头。室内试验表明,硬质合金摩擦副具有良好的抗磨粒磨损能力,可用于牙轮钻头非密封滑动轴承的滑动表面。现场初步试验证明,新型非密封硬质合金滑动轴承牙轮钻头具有良好的应用前景,是发展高速滑动轴承牙轮钻头和小尺寸滑动轴承牙轮钻头的有效途径。     

钻头磨损后怎样更换

正钻头在井下工作一定时间后,刮刀钻头的刀片直径变小、变短、变钝,破碎岩石的能力会变弱,进度减慢;牙轮钻头由于牙齿磨损冲蚀、轴承损坏,会造成牙轮转动不灵活或牙轮卡死,使扭矩增大,若不及时起出还会发生掉牙轮事故;金刚石钻头则因地层的不均质性造成钻头上的金刚石复合片发生裂、断、掉,同样使钻井进尺变     

单牙轮钻头传动比测试与分析

单牙轮钻头的牙轮转速与钻头转速之比（传动比）是研究和设计钻头的重要参数。笔者在钻头试验台架上测试了单牙轮钻头的传动比。为了解不同轴倾角β对传动比的影响，分别设计了具有１５°、３０°和４５°轴倾角的牙爪，并作了测试与分析，获得了单牙轮钻头传动比的一些规律。由实验获知，轴倾角β和岩石性质等对传动比均有影响，还证实了单牙轮钻头传动比ｉ始终小于１，此特点为研制与井下动力钻具相匹配的钻头提供了新的途径。     

牙轮钻头滑动轴承间隙的设计及加工控制

根据多年从事钻头研究的经验,结合钻头理论研究及试验成果,对钻头滑动轴承设计中的轴承间隙进行分析,以期对钻头的设计及加工提供有益参考。对同一轴承大、小轴的间隙应采用相同的尺寸,且在实际加工中将间隙值控制在0.07～0.13 mm为优,其方法是减小牙轮、牙掌轴承尺寸的公差带并在组装过程中对牙轮牙掌进行选配;牙轮窜动量是轴承设计的重要组成部分,C点面间隙是轴承设计的延伸部分,现在最小C点面间隙的设计公称值一般在0.15～0.25mm,实际加工值控制在0.12～0.30 mm,对牙轮窜动量和C点面间隙的加工控制只有选配方法。     

单牙轮钻头动力学研究

单牙轮钻头是小井眼钻井的重要工具。对单牙轮钻头在井底工作过程中的受力进行了分析,在此基础上建立了单牙轮钻头所受阻力矩计算模型,该模型反映了钻压、钻头尺寸、岩石性质等因素对阻力矩的影响。建立了单牙轮钻头动力学基本方程,该方程真实描述了钻头的受力与运动情况,即钻压越大,钻头阻力矩则越大,钻头转速则越低;反之,钻压越小,钻头阻力矩也越小,钻头转速则越高。单牙轮钻头的阻力矩计算模型和动力学基本方程对小井眼钻井中的钻柱设计具有重要的参考价值。     

单牙轮钻头楔形牙齿偏转角优化方法

为了解牙齿偏转角对单牙轮钻头破岩效率的影响,获得最优的牙齿偏转角,结合单牙轮钻头的运动特性和牙齿的工作特点,采用数值分析方法进行了楔形牙齿刮切破岩模拟,并建立了单牙轮钻头楔形牙齿偏转角优化方法,同时开展了不同楔形牙齿偏转角单牙轮钻头的破岩试验。数值分析表明:刮切破岩过程中,单牙轮钻头楔形牙齿的工作面和刮切体积在不断变化;楔形牙齿偏转角优化方法能准确、快速地计算楔形牙齿刮切体积,找出最优的偏转角;优化计算发现楔形牙齿的最优偏转角都在90°附近。破岩试验结果验证了楔形牙齿偏转角优化方法的可行性和计算结果的准确性。研究结果表明,利用单牙轮楔形牙齿偏转角优化方法,可以求得单牙轮钻头楔形牙齿的最优偏转角,可以为单牙轮钻头布置楔形牙齿提供指导。      

牙轮钻头的发展历史与展望

综观牙轮钻头在各个时期的发展情况可知,牙轮钻头齿和轴承的不断改进,使钻头的使用寿命、单只进尺和钻速不断提高。实践表明,硬质合金镶齿、密封润滑、滑动轴承和高速喷射组合的“四合一”钻头,在目前的牙轮钻头中占主导地位。作者指出:今后牙轮钻头研究工作的重点是提高钻头的钻速。为此,应优化牙轮齿形和布齿方案,挖掘水力系统的潜力,改进轴承结构和提高钻头零件的机械设计技术。     

Halliburton公司的能量平衡牙轮钻头

Ｈａｌｌｉｂｕｒｔｏｎ公司的能量平衡系列牙轮钻头采用了动态平衡、牙轮定位和防钻头齿痕设计等 3项专利技术。通过专用软件优化设计牙轮钻头来提高钻井性能 ,减小牙轮钻头齿及齿面与岩层接触时的振动。平衡技术是用来提高聚晶金刚石复合片 (ＰＤＣ)钻头的可靠性和工作性能的 ,这项技术使 3个牙轮具有接近平衡的工况 ,即每个牙轮切削的岩层量相近 ,施加在每个牙轮上的力近似相等。钻头通过一个牙轮定位系统优化定位牙轮来提高钻井速度 ,减少钻头齿及齿面的损坏。安全的ＤＢＳ计算机钻井模拟系统可确定牙轮切削岩层的方向 ,操作者可通过牙…     

微心PDC钻头设计及现场试验

为了解决普通PDC钻头形成的岩屑细碎、无法满足岩屑录井,而采用牙轮钻头进尺少、机械钻速低又存在掉牙轮风险的问题,设计了微心PDC钻头。介绍了微心PDC钻头整体结构设计和结构参数优化方法, 设计制造了小尺寸微心钻头,进行了室内取心试验和提速试验;结合临盘油田街403井和胜坨油田坨202井实钻地层的岩性特征,分别设计制造了?215.9 mm微心PDC钻头,进行了现场试验。室内试验和现场试验结果均显示:该钻头获取的岩屑较大,大小与牙轮钻头产生的钻屑相当,能满足岩屑录井的要求;而且,钻头进尺和机械钻速与普通PDC钻头相当,与牙轮钻头相比有明显提高。研究结果表明,微心PDC钻头可以代替牙轮钻头在岩屑录井井段使用,并能达到提速提效的目的。      

异形牙轮单牙轮钻头的计算机仿真模型研究

讨论了一种新型单牙轮钻头——异形牙轮单牙轮钻头。在钻头几何学和运动学的基础上，通过坐标变换方法实现了钻头上各牙齿的空间位置变换，建立了随钻运动的单牙轮钻头的计算机仿真模型。仿真模型可模拟钻头钻进过程中牙轮上各牙齿的形状、大小、钻头上各牙齿的布置及钻头钻进过程中各牙齿间的相互位置关系，是钻头与岩石相互作用仿真研究的核心问题，也是分析研究单牙轮钻头工作行为的基础。     

?118mm单牙轮钻头在中原油田的应用

单牙轮钻头以切削方式破岩,形成具有网状切削轨迹的井底模式。这种切削方式传递的能量充分、破岩效率高、适合于在深井和超深井中使用;同时,单牙轮钻头的牙轮转速比钻头转速低,可满足动力钻具对钻头高转速的要求。另外,单牙轮钻头对地层岩性具有广泛的适应性,弥补了PDC钻头对地层岩性变化比较敏感的缺限。小尺寸单牙轮钻头在中原油田的应用获得很大成功,平均机械钻速达到1.77m/h,平均井径扩大率达到21.8%,为提高小井眼固井质量创造了有利条件。     

世界石油钻头使用寿命之最

<正> 1.牙轮钻头 (1)铣齿三牙轮钻头 据国内外2390只铣齿钻头的统计,平均进尺为300～520m,     

国外钻头生产的趋向

分析国外主要厂商最近几年生产的钻头结构,可以看出,无论按照产量或者品种,牙轮钻头在岩石破碎工具中占绝大多数。国外生产的和使用的全部钻头中大约95％是三牙轮钻头。两牙轮钻头与四牙轮钻头产量不大,品     

粗糙表面下牙轮钻头浮动套轴承润滑机理研究

以流变学、摩擦学及固体力学为理论依据,在φ215.9mm(821英寸)牙轮钻头滑动轴承结构的基础上,综合考虑浮动套滑动轴承的特点及牙轮钻头轴承的特殊性,以牙轮钻头轴承系统结构及失效分析、牙轮钻头润滑脂的高温流变性分析结果为研究基础,建立了粗糙表面牙轮钻头浮动套轴承润滑性能参数的数学模型,并对模型进行了求解。通过计算结果分析得出牙轮钻头浮动套轴承内外间隙比在2.0~3.0之间时,有利于浮动套轴承的正常运转,该结论为牙轮钻头浮动套轴承的设计提供了理论和技术基础。     

九自由度牙轮钻头动力学模型研究

根据牙轮钻头动态和受力互为因果关系的特点,分别建立了钻头体和牙轮的动力学模型,并建立了9个自由度的牙轮钻头动力学模型。新建的牙轮钻头与岩石相互作用模型中考虑了扭矩、弯矩、横向力的平衡以及这些因素对钻头破岩过程的影响,并在此基础上建立了轮速比计算模型、牙轮钻头位移模型和岩石破碎仿真模型。通过仿真计算,得到了两种工况下牙轮钻头的位移和轮速比,模拟了破岩过程,为研究钻头与岩石相互作用机理提供了理论依据。