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三牙轮钻头的破岩机理

发布时间:2021-06-30 09:07:26

  三牙轮钻头的破岩机理

  1、冲击压碎作用

  牙轮钻头在井底工作时,由钻头纵振所产生的,轮齿对岩石的冲击压碎作用,是牙轮钻头破碎岩石的主要方式。旋转钻头时,牙齿以一定速度冲击压入岩石,这一破碎方式与静压入破碎试验特点相似,牙齿压入岩石需要足够的比压与接触时间。因此,牙轮钻头的牙齿作用在岩石上的轴向载荷包括静压及冲击载何两部分。加给钻头的钻压为静压部分;冲击载荷是由钻头在井底旋转时产生纵振,使钻头—钻柱系统不断地压缩与伸张,下部钻柱把这种周期的弹性变形能传递给牙轮而产生的,这就是钻头破碎岩石时牙齿冲击压力的来源。加大钻头牙齿对地层的冲击压力,就能提高破碎岩石的效率。

  2、滑动剪切作用

  在塑性较高的岩石中,除了要求牙齿对井底岩石有冲击压碎作用外,还要求牙齿对地层有一定的滑动作用,使牙齿对岩石进行剪切,以扩大岩石的破碎效果,这一点在软地层钻进时显得很重要。使牙轮在井底滚动时产生滑移的措施有超顶、复锥和移轴。

  (1)超顶。超顶就是指牙轮的锥顶超过钻头的中心线。锥顶超过中心线的距离叫做超顶距。超顶距越大滑动量就越大,超顶在切线方向上产生了滑动,剪去了牙轮每个齿圈上齿与齿之间的岩石。

  (2)复锥。复锥导致牙轮在切线方向产生滑动,同超顶一样也剪去了牙轮每个齿圈上齿与齿之间的岩石。

  (3)移轴。移轴就是指牙轮轴线相对于钻头轴线平移了一段距离。这段距离叫做移轴距。如果移轴距越大,牙轮的滑动量就越大,剪切作用也就越大,移轴使牙齿产生了轴向滑动,剪去了牙轮上齿圈之间的岩石。

  3、牙齿本身的剪切作用

  牙齿在轴向压力(钻压)的作用下吃入岩石时,牙齿的楔形面就对与其接触的岩石产生了一个水平剪切力,岩石沿剪切面发生了剪切破碎,随着牙齿的移动而将已破碎的岩石剔出,这就是牙齿本身对岩石的剪切作用。

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