牙轮钻头 牙轮钻头使用方法


牙轮钻头 牙轮钻头使用方法

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1、由于牙轮钻头钻进是动、静载相结合的碎岩方式 , 因此,碎岩效率较高 , 目前广泛应用于钻进硬岩层 。
2、一、牙轮钻头在井底的运动牙轮钻头在井底的运动由三部分组成:牙轮绕钻头轴线的“公转”;牙轮绕自己轴线的反时针“自转”;钻头在旋转的同时 , 由于单齿与双齿交替接触井底的结果 , 还做上下往复运动(振动) 。
3、所以 , 实际牙轮钻头在井底工作时,是上述几种运动的复合,依靠复合运动所产生的冲击压碎和剪切作用来破碎岩石的 。
4、二、牙轮钻头的冲击压碎作用牙轮滚动时有一定的速度,并使牙齿在动载作用下冲击岩石,使岩石发生体积破碎,而形成破碎坑 。
5、这种作用超过静压作用,即钻头作用在岩石上的轴向载荷包括:静压和冲击载荷两部分 , 而冲击压碎作用是牙轮钻头破碎岩石的主要方式 。
6、冲击作用与冲击速度有关,即:冲击速度越大,冲击作用也就越大 。
【牙轮钻头 牙轮钻头使用方法】7、那么,冲击速度与牙轮钻头结构参数等因素之间的关系,见下式所示:碎岩工程学式中:R为牙轮半径;ω为牙轮角速度;Z为牙轮最外排齿圈的齿数;β为牙轮轴线的水平倾角 。
8、从上式可知,牙轮直径越大、转速越高、齿圈的牙齿数越少,冲击速度越大,冲击压碎作用也就越大 。
9、根据动量定律知:碎岩工程学式中:P为牙齿对岩层(石)的冲击力;M为参与纵向振动的下部钻柱的质量 , 它相当于纵振半周期内产生弹性伸长或压缩的钻铤长度;T0为牙齿冲击岩石的时间 。
10、上式中的M可由下式确定:M=式中:T为纵振周期;C为弹性变形的波速(相当于声波在钢中传播的速度,其值为5100m/s);F为钻铤横截面积;γ为钢材比重;g为重力加速度 。
11、将公式vmax和公式M代入公式P,便得出如下规律:碎岩工程学从上式得出如下结论:(1)冲击力与T0成反比 。
12、对于弹脆性岩石 , T0很小,因而可以获得很大的冲击力;对于塑性岩石,T0大,只能获得很小的冲击力 。
13、所以 , 冲击作用对塑性岩石的破碎效果不显著;(2)冲击力大小只与下部钻铤的横截面积有关,而与加压钻铤的长度无关,故欲增大冲击力,应选用大尺寸钻铤;(3)冲击力与钻头牙轮的半径成正比,与外排齿数的平方成反比 。
14、因此,增大牙轮直径,减少齿数,可提高冲击功 。
15、此外,对于硬岩石,为了增加冲击碎岩作用,牙轮常做成单锥、无滑动的 。
16、三、牙轮钻头的剪切作用剪切作用主要是三方面:一是牙齿吃入岩石时的剪切作用;其二是钻头在转动时产生的剪切作用;第三是由于牙轮转动时有滑动,滑动量越大,剪切作用也越大 。
17、增大牙轮滑动量有三种办法:即使用超顶、移轴和复锥牙轮 。
18、超顶:牙轮的锥顶超过了钻头中心线 。
19、移轴:是指牙轮轴线沿水平方向平移一个距离 。
20、复锥:牙轮由两个或两个以上不同锥度的锥体组成 。
21、锥顶之间的距离称锥顶距,锥顶距越大 , 牙轮的滑动量就越大 。
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