牙轮钻头详解.pdf

第 六 章 破 岩 工 具 及 其 破 岩 机 理 引 言 石 油 钻 井 使 用 的 破 岩 工 具 主 要 有 四 类 ： 1.牙 轮 钻 头 ； 2.聚 晶 金 刚 石 钻 头 ； 3.单 晶 金 刚 石 钻 头 ； 4.刮 刀 钻 头 。 破 岩 工 具 不 同 ， 其 结 构 、 破 岩 机 理 不 同 。 了 解 和 掌 握 不 同 破 岩 工 具 的 结 构 及 其 破 岩 机 理 ， 对 于 破 岩 工 具 的 选 型 、 结 构 优 化 设 计 、 钻 井 参 数 的 优 化 及 破 岩 工 具 应 用 等 都 具 有 重 要 意 义 。 第 一 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 。 具 有 适 应 地 层 广 ， 机 械 钻 速 高 的 特 点 。 牙 轮 钻 头 的 分 类 ： 按 牙 齿 的 固 定 方 式 分 为 ： 镶 齿 和 铣 齿 （ 图 3.8)； 按 轴 承 类 型 分 为 ： 滚 动 轴 承 和 滑 动 轴 承 （ 图 3.9) ； 按 密 封 类 型 分 为 ： 橡 胶 密 封 和 金 属 密 封 （ 图 3.10) ； 按 牙 轮 数 量 分 为 ： 单 牙 轮 钻 头 、 双 牙 轮 钻 头 和 三 牙 轮 钻 头 （ 图 3.11) 。 镶 齿 铣 齿 图 3.8镶 齿 和 铣 齿 牙 轮 钻 头 滑 动 轴 承 结 构滚 动 轴 承 结 构 图 3.9滚 动 轴 承 和 滑 动 轴 承 牙 轮 钻 头 橡 胶 密 封 金 属 密 封 图 3.10橡 胶 密 封 和 金 属 密 封 三 牙 轮 钻 头双 牙 轮 钻 头单 牙 轮 钻 头 图 3.11 单 牙 轮 钻 头 、 双 牙 轮 钻 头 和 三 牙 轮 钻 头 一、牙轮钻头的结构 一 、 牙 轮 钻 头 结 构 图 3.12 牙 轮 钻 头 结 构 描 述 牙 轮 钻 头 牙 爪 （ 巴 掌 ） 牙 轮 钻 头 结 构 可 分 为 以 下 主 要 部 分 描 述 (图 3.12)： 接 头 ： 钻 头 上 部 车 有 丝 扣 ， 供 与 钻 柱 连 接 用 ； 牙 爪 (也 称 巴 掌 )： 上 接 壳 体 ， 下 带 牙 轮 轴 (轴 颈 )； 牙 轮 与 牙 齿 ； 轴 承 系 统 ； 储 油 密 封 补 偿 系 统 ； 水 力 结 构 ： 喷 嘴 数 量 、 尺 寸 形 状 、 空 间 结 构 参 数 。 一 )牙 轮 及 牙 齿 1.牙 轮 牙 轮 是 用 合 金 钢 经 过 模 锻 而 制 成 的 锥 体 (如 图 3.13) ， 牙 轮 锥 面 或 铣 出 牙 齿 （ 铣 齿 钻 头 )， 或 镶 装 硬 质 合 金 齿 (镶 齿 钻 头 )， 牙 轮 内 部 有 轴 承 跑 道 及 台 肩 ， 牙 轮 外 锥 面 具 有 两 种 至 多 种 锥 度 。 单 锥 牙 轮 仅 由 主 锥 和 背 锥 组 成 ； 复 锥 牙 轮 由 主 锥 、 副 锥 和 背 锥 组 成 ， 有 的 有 两 个 副 锥 （ 图 3.14） 。 轴 承 跑 道铣 齿 镶 齿 位 置 图 3.13 牙 轮 结 构 示 意 牙 轮 图 3.14 牙 轮 锥 面 结 构 形 式 2.铣 齿 铣 齿 牙 轮 钻 头 的 牙 齿 是 由 牙 轮 毛 坯 经 铣 削 加 工 而 成 的 ， 主 要 是 楔 形 齿 ， 齿 的 结 构 见 图 3.15， 根 据 齿 位 置 的 不 同 分 为 保 径 齿 、 内 排 齿 和 修 边 齿 。 修 边 齿 为 硬 质 合 金 镶 齿 ， 以 强 化 保 径 效 果 。 齿 结 构 参 数 的 确 定 兼 顾 有 利 于 破 碎 岩 石 及 齿 的 强 度 。 一 般 软 地 层 牙 轮 钻 头 的 齿 高 、 齿 宽 、 齿 距 都 较 大 ， 而 硬 地 层 则 相 反 。 为 增 强 铣 齿 的 耐 磨 性 ， 在 铣 齿 表 面 堆 焊 硬 质 合 金 耐 磨 层 。 图 3.15铣 齿 的 切 削 结 构 硬 质 合 金 堆 焊 层 保 径 齿 内 排 齿 修 边 齿 图 3.16 铣 齿 的 结 构 铣 齿 牙 轮 钻 头 特 点 ： 铣 齿 牙 轮 钻 头 的 牙 齿 用 金 属 材 料 直 接 加 工 成 型 ， 齿 形 、 齿 宽 、 齿 高 可 根 据 地 层 特 性 设 计 加 工 ， 因 而 在 软 地 层 中 机 械 钻 速 高 。 铣 齿 牙 齿 材 料 受 到 牙 轮 材 料 的 限 制 ， 虽 经 敷 焊 硬 质 合 金 层 ， 但 其 耐 磨 性 仍 显 不 足 ， 在 硬 、 研 磨 性 强 的 地 层 中 ， 使 用 寿 命 很 低 。 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 （ 图 3.17)。 牙 轮 钻 头 上 使 用 的 硬 质 合 金 镶 齿 是 碳 化 钨 (WC) 、 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 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 。 近 几 年 研 发 出 金 刚 石 复 合 材 料 镶 齿 (图 3.18)。 镶 齿 在 井 底 组 成 切 削 结 构 的 定 义 见 图 3.17。 根 据 齿 在 切 削 结 构 中 的 位 置 不 同 可 将 齿 分 为 ： 内 排 齿 、 保 径 齿 和 修 边 齿 。 3.镶 齿 密 封 内 排 齿 牙 爪 修 边 齿 保径齿 图 3.17 镶齿切削结构定义 图 3.18 金 刚 石 复 合 材 料 镶 齿 示 意 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 （ 图 3.19） ： 图 3.19 图 3.20 镶 齿 结 构 楔 形 齿 （ 图 3.20) 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 硬 地 层 。 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 。 圆 锥 形 齿 锥 形 有 长 锥 、 短 锥 、 单 锥 、 双 锥 等 多 种 形 状 ， 强 度 高 于 楔 形 齿 。 锥 角 60一 70 的 中 等 锥 形 齿 用 来 钻 中 硬 地 层 ， 如 灰 岩 、 白 云 岩 、 砂 岩 等 。 90 锥 形 及 120 。 双 锥 形 齿 用 来 钻 研 磨 性 高 的 坚 硬 岩 石 ， 如 硬 砂 岩 、 石 英 岩 、 燧 石 等 。 球 形 齿 顶 部 为 半 球 体 ， 适 合 高 研 磨 性 的 坚 硬 地 层 ， 如 燧 石 、 石 英 岩 、 玄 武 岩 、 花 岗 岩 等 ， 强 度 和 耐 磨 性 均 高 。 二 ） 轴 承 系 统 1.结 构 牙 轮 钻 头 轴 承 由 牙 轮 内 腔 、 轴 承 跑 道 、 牙 爪 轴 颈 、 锁 紧 元 件 等 组 成 。 轴 承 副 有 大 、 中 （ 锁 紧 ） 、 小 和 止 推 轴 承 四 个 (图 3.21)。 2.分 类 根 据 轴 承 的 密 封 与 否 ， 可 分 为 密 封 和 非 密 封 两 类 。 根 据 轴 承 副 的 结 构 ， 钻 头 轴 承 分 为 滚 动 轴 承 和 滑 动 轴 承 （ 图 3.22） ,指 主 要 承 载 轴 承 即 大 轴 承 )两 大 类 （ 图 3.23， 3.24)。 滚 动 轴 承 的 结 构 形 式 有 “ 滚 柱 滚 珠 滚 柱 止 推 ” 和 “ 滚 柱 滚 珠 一 滑 动 止 推 ” 两 类 ； 滑 动 轴 承 的 结 构 有 “ 滑 动 滚 动 滑 动 止 推 ” 及 “ 滑 动 一 滑 动 一 滑 动 止 推 ” 两 种 。 主 (大 )轴 承 锁 紧 轴 承 （ 中 轴 承 ） 小 轴 承 止 推 轴 承 滚 柱 密 封 图 3.21牙 轮 钻 头 轴 承 结 构 示 意 轴 颈 滑 动 轴 承 结 构 滚 动 轴 承 结 构 图 3.22 不 同 轴 承 结 构 示 意 图 3.23 滚 动 轴 承 的 结 构 形 式 图 3.24 滑 动 轴 承 的 结 构 形 式 图 3.25 牙 轮 钻 头 轴 承 结 构 名 称 3.轴 承 系 统 的 性 能 与 钻 头 工 作 特 性 之 间 的 关 系 轴 承 系 统 的 可 靠 性 与 钻 头 的 额 定 工 作 转 速 密 切 相 关 。 轴 承 的 性 能 与 轴 承 类 型 、 结 构 、 材 料 、 密 封 等 因 素 有 关 。 牙 轮 钻 头 轴 承 工 作 在 低 速 、 重 载 、 润 滑 不 良 条 件 下 ， 由 于 滚 动 轴 承 的 承 载 能 力 低 于 滑 动 轴 承 ， 工 作 寿 命 滚 动 轴 承 低 于 滑 动 轴 承 。 3.储 油 润 滑 密 封 系 统 作 用 ： 为 轴 承 系 统 提 供 润 滑 油 ； 防 止 钻 井 液 进 入 轴 承 。 结 构 与 原 理 ： 储 油 润 滑 密 封 系 统 主 要 由 储 油 囊 、 过 油 通 道 、 密 封 等 部 分 组 成 (图 3.26)。 储 油 囊 (图 3.27)由 橡 胶 制 成 ， 内 部 储 油 ， 外 部 与 环 空 相 通 。 工 作 时 ， 由 于 钻 头 振 动 使 轴 承 内 部 产 生 抽 吸 ， 同 时 泥 浆 压 力 作 用 于 油 囊 压 缩 油 囊 ， 使 油 囊 内 的 润 滑 油 不 断 通 过 过 油 孔 进 入 轴 承 内 部 润 滑 轴 承 。 同 时 密 封 防 止 泥 浆 进 入 轴 承 系 统 和 防 止 润 滑 油 漏 失 。 储油囊 轴承系统 过油孔 密封 图 3.26储 油 润 滑 密 封 系 统 的 构 成 图 3.27储 油 囊 结 构 4.水 力 结 构 牙 轮 钻 头 的 水 力 结 构 ： 钻 井 液 流 经 钻 头 喷 嘴 在 井 底 形 成 流 场 ， 井 底 流 场 的 变 化 与 喷 嘴 的 数 量 、 形 状 、 空 间 结 构 参 数 有 关 。 喷 嘴 的 数 量 、 尺 寸 形 状 、 空 间 结 构 参 数 组 成 牙 轮 钻 头 水 力 结 构 。 牙 轮 钻 头 水 力 结 构 的 作 用 ： 钻 井 液 流 出 钻 头 射 向 井 底 的 通 道 ； 喷 嘴 数 量 、 尺 寸 决 定 了 钻 头 的 过 流 面 积 ， 通 过 调 节 过 流 面 积 改 变 钻 头 压 降 ， 实 现 水 力 参 数 优 化 钻 井 ； 通 过 合 理 调 节 喷 嘴 的 空 间 位 置 ， 形 成 最 优 的 水 力 结 构 ， 有 效 清 洗 牙 轮 和 井 底 岩 粉 。 图 3.29 水 力 结 构 的 作 用 辅 助 破 岩 水眼 （喷嘴 ） 喷 嘴 的 结 构 （ 图 3.28)： 喷 嘴 又 称 水 眼 ， 为 硬 质 合 金 材 料 制 成 ， 内 部 流 道 形 状 多 样 ， 可 拆 卸 。 图 3.28喷 嘴 的 结 构 喷 嘴 的 数 量 与 尺 寸 喷 嘴 数 量 和 尺 寸 是 由 水 力 学 参 数 优 化 设 计 结 果 确 定 的 。 喷 嘴 的 当 量 直 径 可 由 排 量 和 设 计 钻 头 压 降 计 算 得 到 ： 2 205.0 A QP = 式 中 ： P设 计 钻 头 压 降 ； Q排 量 ； 泥 浆 密 度 ； A钻 头 喷 嘴 过 流 面 积 ； D喷 嘴 当 量 直 径 ； Dj第 j个 喷 嘴 的 直 径 ； n喷 嘴 个 数 。 2 4 1 DA pi= = = n j jdD 1 2 喷 嘴 的 空 间 结 构 参 数 喷 嘴 的 空 间 结 构 参 数 主 要 包 括 ： 空 间 分 布 、 喷 距 、 喷 射 角 度 。 图 3.30井底射流冲击力与流量的关系 图 3.31 喷嘴对井底流场的影响 二 、 牙 轮 钻 头 的 工 作 及 破 岩 原 理 1.牙 齿 的 公 转 与 自 转 （ 图 3.32) 牙 轮 钻 头 依 靠 牙 齿 破 碎 岩 石 ， 牙 轮 钻 头 工 作 时 ， 固 定 在 牙 轮 上 的 牙 齿 随 钻 头 一 起 绕 钻 头 轴 线 作 顺 时 针 方 向 的 旋 转 运 动 ， 这 种 运 动 称 作 公 转 。 公 转 的 转 速 就 是 转 盘 或 井 下 动 力 钻 具 的 旋 转 速 度 。 牙 轮 上 各 排 牙 齿 公 转 的 线 速 度 是 不 同 的 ， 外 排 齿 公 转 的 线 速 度 最 大 。 钻 头 工 作 时 ， 牙 齿 绕 牙 轮 轴 线 作 逆 时 针 方 向 的 旋 转 称 为 自 转 。 牙 轮 自 转 的 转 速 与 钻 头 转 速 即 公 转 的 转 速 以 及 牙 齿 对 井 底 的 作 用 有 关 。 牙 轮 以 及 牙 轮 上 牙 齿 的 自 转 是 破 碎 岩 石 时 牙 齿 与 地 层 岩 石 之 间 相 互 作 用 的 结 果 。 公 转 - 顺 时 针 旋 转 自 转 牙 轮 逆 时 针 旋 转 图 3.32 牙轮钻头的运动分析 2.钻 头 的 纵 向 振 动 及 对 地 层 的 冲 击 、 压 碎 作 用 钻 头 工 作 时 ， 牙 轮 滚 动 ， 牙 齿 与 井 底 的 接 触 是 单 齿 、 双 齿 交 错 进 行 的 。 单 齿 接 触 井 底 时 ， 牙 轮 的 中 心 处 于 最 高 位 置 ； 双 齿 接 触 井 底 时 则 牙 齿 的 中 心 下 降 。 牙 轮 在 滚 动 过 程 中 ， 牙 轮 中 心 的 位 置 不 断 上 下 交 换 ， 使 钻 头 沿 轴 向 作 上 下 往 复 运 动 ， 这 就 是 钻 头 的 纵 向 振 动 。 钻 头 的 纵 向 振 动 使 牙 齿 产 生 冲 击 力 ， 以 冲 击 方 式 破 碎 岩 石 （ 图 3.33） 。 由 于 井 底 不 平 和 有 凸 台 存 在 ， 牙 轮 在 滚 动 过 程 中 会 产 生 纵 向 振 动 。 钻 头 在 井 底 的 纵 向 振 动 ， 使 钻 柱 不 断 压 缩 与 伸 张 ， 下 部 钻 柱 把 这 种 周 期 性 变 化 的 弹 性 变 形 能 通 过 钻 头 牙 齿 转 化 为 对 地 层 的 冲 击 作 用 力 用 以 破 碎 岩 石 ， 与 静 载 压 入 力 一 起 形 成 了 钻 头 对 地 层 岩 石 的 冲 击 、 压 碎 作 用 （ 图 3.34)。 牙 齿 单 双 齿 交 替 作 用 于 地 层 ， 牙 轮 中 心 的 位 置 不 断 上 下 交 换 ， 使 钻 头 沿 轴 向 作 上 下 往 复 运 动 的 。 牙 轮 钻 头 纵 向 振 动 如 图 3.33所 示 ： 图 3.33振 动 产 生 的 原 因 由 于 井 底 不 平 和 有 凸 台 存 在 ， 牙 轮 在 滚 动 过 程 中 会 产 生 纵 向 振 动 。 图 3.34 冲 击 压 碎 作 用 示 意 3.牙 齿 对 地 层 的 剪 切 作 用 牙 轮 钻 头 除 对 地 层 岩 石 产 生 冲 击 、 压 碎 作 用 外 ， 还 对 地 层 岩 石 产 生 剪 切 作 用 。 剪 切 作 用 主 要 是 通 过 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 。 (1)超 顶 和 复 锥 引 起 的 滑 动 牙 轮 锥 顶 超 过 钻 头 轴 线 ， 这 种 特 点 称 作 超 顶 ， 超 过 的 距 离 ob称 作 超 顶 距 。 以 下 定 性 分 析 由 于 超 顶 引 起 的 滑 动 。 超 顶 牙 轮 上 的 牙 齿 产 生 滑 动 的 原 因 ： 假 定 牙 轮 为 光 滑 圆 锥 ， 井 底 与 牙 轮 为 绝 对 刚 体 。 牙 轮 与 井 底 接 触 为 一 条 直 线 ba， vb表 示 牙 轮 随 钻 头 公 转 的 线 速 度 ， vc表 示 牙 轮 绕 牙 轮 轴 自 转 的 线 速 度 ， 直 线 ba上 任 一 点 相 对 井 底 的 运 动 速 度 vgx均 为 vbx、 vcx的 合 成 ， 即 ： vgx= vbx+vcx； Vgx呈 直 线 分 布 ， 它 与 ba交 于 m点 ， m点 的 合 成 速 度 为 零 ， 为 纯 滚 动 点 。 而 其 它 位 置 合 成 速 度 不 为 零 ， 在 滚 动 的 同 时 产 生 滑 动 。 由 此 可 知 ： 超 顶 牙 轮 的 牙 轮 钻 头 在 井 底 工 作 时 ， 牙 轮 上 的 牙 齿 在 井 底 以 m点 为 中 心 产 生 切 向 扭 转 滑 动 。 vbx vcx Vgx 复 锥 牙 轮 包 括 主 锥 和 副 锥 。 主 锥 顶 与 钻 头 中 心 重 合 ， 而 副 锥 锥 顶 的 延 伸 线 是 超 顶 的 。 复 锥 牙 轮 由 于 牙 轮 线 速 度 不 再 作 直 线 分 布 ， 同 时 由 于 副 锥 是 超 顶 的 ， 因 而 产 生 滑 动 。 其 分 析 方 法 同 超 顶 情 况 。 (2)移轴引起的滑动牙 轮 轴 线 相 对 于 钻 头 轴 线 平 移 一 段 距 离 ， 这 种 方 式 称 作 移 轴 ， 平 移 的 距 离 oo， 称 作 偏 移 值 。 由 于 牙 轮 的 移 轴 ， 牙 轮 作 公 转 时 ， 牙 轮 与 岩 石 接 触 母 线 上 任 一 点 都 产 生 垂 直 于 牙 轮 轴 的 分 速 度 和 沿 牙 轮 轴 线 方 向 的 分 速 度 ， 从 而 产 生 滑 动 。 o O 超 顶 、 复 锥 、 移 轴 使 牙 齿 产 生 滑 动 的 作 用 ： 超 顶 和 复 锥 所 引 起 的 切 线 方 向 滑 动 除 可 在 切 线 方 向 与 冲 击 、 压 碎 作 用 共 同 破 碎 岩 石 外 ， 还 可 以 剪 切 掉 同 一 齿 圈 相 邻 牙 齿 破 碎 坑 之 间 的 岩 石 ； 移 轴 则 在 轴 向 产 生 滑 动 和 切 削 地 层 的 作 用 ， 它 可 以 剪 切 掉 齿 圈 之 间 的 岩 石 (如 图 3.35)。 图 3.35超 顶 、 复 锥 、 移 轴 使 牙 齿 产 生 滑 动 的 作 用 示 意 图 钻 头 牙 齿 破 碎 岩 石 形 成 的 井 底 示 意 图 无 超 顶 复 锥 ， 同 一 齿 圈 相 邻 牙 齿 破 碎 坑 之 间 的 存 在 未 破 碎 部 分 超 顶 复 锥 设 计 ， 可 以 剪 切 掉 同 一 齿 圈 相 邻 牙 齿 破 碎 坑 之 间 的 岩 石 牙 齿 的 滑 动 虽 然 可 以 剪 切 井 底 岩 石 以 提 高 破 碎 效 率 ， 但 也 相 应 地 使 牙 齿 磨 损 加 剧 。 移 轴 引 起 的 轴 向 滑 动 使 牙 齿 的 内 端 面 部 分 磨 损 ， 而 超 顶 和 复 锥 引 起 的 切 线 方 向 滑 动 使 牙 齿 侧 面 磨 损 。 实 际 钻 头 的 超 顶 、 复 锥 、 移 轴 是 根 据 地 层 特 性 设 计 ， 一 般 遵 循 以 下 准 则 ： 对 于 钻 极 软 到 中 硬 地 层 的 钻 头 ， 一 般 兼 有 移 轴 、 超 顶 和 复 锥 结 构 ； 一 部 分 中 硬 或 硬 地 层 钻 头 有 超 顶 和 复 锥 。 对 于 极 硬 和 研 磨 性 很 强 的 地 层 ， 所 用 的 钻 头 结 构 基 本 上 是 纯 滚 动 而 无 滑 动 的 (即 单 锥 、 不 超 顶 、 也 不 移 轴 )。 超 顶 、 复 锥 、 移 轴 设 计 准 则 ： 4.牙 轮 钻 头 的 自 洗 牙 轮 钻 头 工 作 时 ， 特 别 是 在 软 地 层 钻 进 时 ， 牙 齿 间 易 积 存 岩 屑 产 生 泥 包 ， 影 响 钻 进 效 果 。 为 解 决 这 一 问 题 ， 出 现 了 自 洗 式 钻 头 。 牙 轮 钻 头 的 自 洗 是 通 过 牙 轮 布 置 使 各 牙 轮 的 牙 齿 齿 圈 互 相 啮 合 ， 一 个 牙 轮 的 齿 圈 之 间 积 存 的 岩 屑 由 另 一 个 牙 轮 的 齿 圈 的 牙 齿 剔 除 。 这 种 方 式 称 作 牙 轮 钻 头 的 自 洗 。 三 、 牙 轮 钻 头 的 特 点 优 点 ： 1.冲 击 和 剪 切 双 重 作 用 破 岩 ， 既 有 牙 齿 的 冲 击 又 有 滑 动 引 起 的 剪 切 ， 破 岩 效 率 高 。 2.适 应 地 层 范 围 广 ， 适 合 在 所 有 地 层 中 钻 进 。 3.钻 头 自 洗 效 果 好 ， 不 容 易 泥 包 。 4.钻 头 成 本 较 低 。 缺 点 ： 1、 由 于 轴 承 的 寿 命 和 牙 齿 耐 磨 性 的 限 制 ， 钻 头 寿 命 相 对 较 低 ； 2、 由 于 存 在 薄 弱 环 节 （ 如 轴 承 密 封 与 锁 紧 部 位 ） ， 经 常 会 造 成 牙 轮 脱 落 ， 造 成 钻 井 事 故 ； 3、 由 于 轴 承 在 高 转 速 下 寿 命 较 低 ， 因 此 牙 轮 钻 头 不 适 合 高 转 速 ， 一 般 适 合 在 200转 /分 以 下 。 4、 在 高 温 条 件 下 ， 钻 头 密 封 和 润 滑 系 统 容 易 损 坏 ， 因 而 不 适 合 高 温 地 层 。 5、 在 小 井 眼 中 由 于 牙 轮 尺 寸 受 到 限 制 ， 寿 命 很 低 ， 因 此 不 适 合 小 井 眼 钻 井 。 6、 所 需 钻 压 相 对 较 高 ， 不 适 合 在 易 斜 地 层 使 用 。