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1、第六章刮刀鉆頭與牙輪鉆頭鉆進(jìn)Drillingwithdragbitsandrockbits第一節(jié):刮刀鉆頭鉆進(jìn)第二節(jié):牙輪鉆頭鉆進(jìn)第一節(jié)刮刀鉆頭一、概述刮刀鉆頭是回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中使用最早的一種鉆頭，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，成本低廉。用于鉆進(jìn)可鉆性達(dá)4級(jí)的泥巖和頁(yè)巖等軟地層。刮刀鉆頭由于鉆頭承壓面積大，在鉆進(jìn)硬地層或軟硬交錯(cuò)的硬夾層時(shí)，鉆頭切入困難，鉆進(jìn)效率低。隨著鑲齒刮刀鉆頭、金剛石刮刀鉆頭的研制成功，提高和擴(kuò)大了刮刀鉆頭的鉆進(jìn)效率和使用范圍(看課本p268)。二、刮刀鉆頭的碎巖原理（一）鉆頭運(yùn)動(dòng)的基本情況在刀翼上任取一點(diǎn)A（x、y、z），設(shè)該點(diǎn)距旋轉(zhuǎn)軸軸心的距離為ρ，當(dāng)?shù)兑?/p>
2、同時(shí)做垂直向下和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，此點(diǎn)即構(gòu)成一條螺旋線，線上各點(diǎn)座標(biāo)可用下式表示：式中?：旋轉(zhuǎn)角速度；t：時(shí)間；h0：刀翼每轉(zhuǎn)一圈鉆進(jìn)深度。所研究點(diǎn)A在時(shí)間T內(nèi)所經(jīng)過(guò)的軌跡為：將dx、dy、dz代入，得：當(dāng)ρ=0時(shí)當(dāng)ρ=D/2時(shí)當(dāng)h0=0時(shí)式中：D為鉆頭直徑由上面的分析可知,鉆頭每一點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡是不相同的,鉆頭中心運(yùn)動(dòng)軌跡相當(dāng)于鉆頭的垂直運(yùn)動(dòng)距離,即相當(dāng)于鉆頭在T時(shí)間內(nèi)的進(jìn)尺.刀翼的最外邊緣運(yùn)動(dòng)軌跡最長(zhǎng).當(dāng)?shù)兑沓匀肷疃葹榱銜r(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡等于以ρ為半徑T時(shí)間內(nèi)的圓周長(zhǎng).由于刀翼具有一定的寬度,所以鉆進(jìn)時(shí)刀翼的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上以螺旋面的軌跡前進(jìn)的.刀翼以螺旋面吃入巖石,故井底為一傾斜面,
3、傾斜面與水平面夾角稱(chēng)為井底角(?角),井底角可用下式表示.(二)破碎巖石的基本原理1、塑性巖石塑性巖石硬度小,在鉆壓P的作用下容易吃入地層,刃前巖石在扭轉(zhuǎn)力T作用下不斷產(chǎn)生塑性流動(dòng),這和軟金屬的切削沒(méi)有多大差別,如圖:由于破碎巖石是在P和T力的同時(shí)作用下,因此吃入深度要比P力單獨(dú)作用時(shí)深得多.2、彈塑性巖石在P力和T力的作用下,垂直壓強(qiáng)不必大于巖石硬度(大約比硬度小6-14倍即可)刀翼就可沿?角切入巖石,使其產(chǎn)生體積破碎.破碎塑性巖石時(shí)，扭力T可視為常量。碰撞、壓碎及小剪切、大剪切，這三個(gè)過(guò)程反復(fù)進(jìn)行，就是刮刀鉆頭破碎彈塑性巖石的整個(gè)過(guò)程。由此可見(jiàn)，扭力T并不是一個(gè)
4、不變的量，隨時(shí)間周期變化。二、刀翼的幾何形狀和結(jié)構(gòu)參數(shù)（一）刀翼結(jié)構(gòu)角刃前角刃尖角切削角刃后角巖石軟時(shí)10°左右;硬或夾層時(shí),應(yīng)增大.松軟地層:70°軟地層:70-80°中硬地層:80-85°（二）刀翼背部的幾何形狀見(jiàn)書(shū)270頁(yè)設(shè)T為刀翼工作時(shí)所受阻力，Z為任意截面距底面高度，則任一截面上所受的彎曲力矩為M=TZ材料的許用彎曲力矩為[M]=[?]WbWb：彎曲截面系數(shù)（或抗彎截面模量，sectionmodulusinbending）[?]：材料許用應(yīng)力；D：鉆頭直徑刀翼安全的工作條件是：可得令刀翼背部應(yīng)做成拋物線形狀，方能滿足等強(qiáng)度條件。SeePage270（三）刀
5、翼底部的幾何形狀刮刀鉆頭的技術(shù)特點(diǎn)及推薦的鉆進(jìn)規(guī)程鉆頭標(biāo)號(hào)鉆頭直徑mm鉆頭高度mm水眼直徑mm軸心壓力kN轉(zhuǎn)速r/min沖洗液量l/min93M93MC931581441416-1820-22150-200150-200112M112MC1121601501820-2224-27200-250132M132MC1321502524-2630-32200-250151M151MC1511652827-3033-36200-250第二節(jié)牙輪鉆頭（Rockbitorroller-conebit）一、牙輪鉆頭的發(fā)展簡(jiǎn)況二、牙輪鉆頭鉆進(jìn)的特點(diǎn)及應(yīng)用三、牙輪鉆頭的工作原理四、牙
6、輪鉆頭的結(jié)構(gòu)五、牙輪鉆頭的分類(lèi)和編號(hào)六、鉆頭的合理使用一、牙輪鉆頭的發(fā)展簡(jiǎn)況1909年出現(xiàn)了第一個(gè)牙輪鉆頭；1925年，為了解決鉆進(jìn)軟硬交錯(cuò)地層而避免頻繁更換刮刀鉆頭和牙輪鉆頭的起下鉆問(wèn)題，出現(xiàn)了自潔式牙輪鉆頭（self-clearingbit），它解決了軟地層鉆頭牙齒間積存巖屑（cuttings）而易產(chǎn)生泥包問(wèn)題；1933年出現(xiàn)了滾動(dòng)軸承的三牙輪鉆頭；1935年出現(xiàn)了移軸（coneoffset）三牙輪鉆頭；1949年開(kāi)始發(fā)展噴射鉆井（jetdrilling），鉆速可提高50%；1951年第一次使用了鑲硬質(zhì)合金齒的鉆頭；1959年試制成功了密封潤(rùn)滑軸承鉆頭，鉆頭工作
7、時(shí)間長(zhǎng)達(dá)40-60小時(shí)，鉆頭進(jìn)尺提高了50%；1968年研究成功了密封潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承鉆頭，它使鉆頭工作時(shí)間提高了一倍以上，達(dá)到了80-120小時(shí)現(xiàn)在，噴射密封潤(rùn)滑（滾動(dòng)或滑動(dòng)）軸承鑲硬質(zhì)合金齒鉆頭（簡(jiǎn)稱(chēng)三合一、四合一鉆頭）的優(yōu)越性已在實(shí)踐中顯示出來(lái)，它的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)大大超過(guò)了普通牙輪鉆頭。噴射式水眼、硬質(zhì)合金齒、密封軸承和滑動(dòng)軸承的使用是牙輪鉆頭發(fā)展史上的幾次重大變革。二、牙輪鉆頭鉆進(jìn)的特點(diǎn)及應(yīng)用1、特點(diǎn)（1）牙輪在孔底繞鉆孔軸線和繞牙輪軸滾動(dòng)時(shí)，對(duì)巖石起壓入壓碎剪切作用的同時(shí)，帶有一定頻率的沖擊，從而提高了碎巖效果；（2）牙輪靠滾動(dòng)和滑動(dòng)軸承支撐在軸頸上，回轉(zhuǎn)時(shí)
