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****、复锥和移轴。
(1)****。****就是指牙轮的锥****过钻头的中心线。锥****过中心线的距离叫做****距。****距越大滑动量就越大,****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****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。
如何合理地使用牙轮钻头:
1、应以厂家推荐的钻压与钻速的乘积为约束条件,不能同时使用 高钻压和 高钻速。
2、在易井斜地层,多选用牙轮偏移量小、无保径及齿多而短的牙轮钻头。
3、如发现钻头无进尺,泵压明显升高或降低,机械钻速突然下降,扭矩增大等现象时,若地面设备无问题,应起钻检查。
4、连续产生憋跳钻时,若不是地面设备的问题,应立即起钻,避免掉牙轮。
5、从钻头下入钻进开始, 做随钻成本计算,只要发现连续几个点成本上升时,应起钻。
6、做好钻速试验,即固定钻压,改变钻速,或固定钻速,改变钻压,使钻压和钻速合理匹配,达到 高钻速钻进。
7、根据地层可钻性级值并参考邻井地层,选择进尺多、速度快、磨损正常的钻头。在上部松软地层(可钻性级值小于5级),可选用机械钻速高的铣齿钻头,在深井段地层(可钻性级值大于5),可选用进尺多的镶齿钻头。
8、使用组合喷嘴,提高清岩效率。
9、钻进中应尽量提高泵压,增大钻头水功率,充分发挥水力参数和机械破岩参数的交互作用,提高破岩效率。
10、钻进中操作要平稳,送钻要均匀,严禁猛提猛放、溜钻和顿钻
11、下钻速度要慢,防止顿钻。在钻头距井底1单根时,要开泵和旋转钻头,充分洗井, 井底岩屑,避免下入过快岩屑堵塞喷嘴或开泵过猛憋漏地层。
12、钻头接触井底时,在低钻压、低钻速下(钻压10~30KN,钻速60r/min)跑合0.5h以上,造成井底形状后,方可逐步提高钻压和钻速的设计值。
13、井底应清洁,无落物。