《石油工业概论》教案-钻头基本知识及牙轮钻头的结构

知行结合崇尚实践知行结合崇尚实践授课章节第二章授课方式理论课√实践课□习题课□其他□授课时间周节授课内容3、钻头基本知识及牙轮钻头的结构计划课时2教学目标与要求知识目标：掌握石油钻井使用钻头的基本类型、常用钻头的尺寸等基本知识。能力目标能辨别钻头类型，并掌握不同类型钻头的使用特点。对、了解牙轮钻头的结构。素质目标在现场，能够针对不同地层岩性选择合适的钻头。教学重点与难点重点：钻头的分类、牙轮钻头的结构、铣齿、镶齿使用特点难点：三牙轮钻头的结构。通过教学挂图、助学课件、网络教学资源等学习掌握相关内容教学资源教学挂图、助学课件、网络教学资源等教学过程主题/任务/活动教学方法/教具时间分配1、课前考勤、课程导入讲述法10min2、钻头的分类讲述法、举例法、分组讨论20min3、牙轮钻头的结构讲述法、举例法40min4、铣齿、镶齿三牙轮钻头讲述法、举例法、分组讨论、案列教学法20min5、本节小结、思考题及答疑板书10min作业/技能训练镶齿和铣齿三牙轮钻头有何区别，各自分别有什么特点？教学评估内容较多，与现场钻井生产结合紧密教学设计检查学生课前预习情况，查阅资料情况，确定本节课程授课方法和难易程度通过启发式教学、案列教学引入本次课程内容介绍本节课程的教学内容、重点和难点内容组织同学课堂讨论牙轮钻头镶齿、铣齿钻头的区别导入新课：钻头是破碎岩石的主要工具。钻头质量的优劣，与岩性及其他钻井工艺条件是否适应，将直接影响钻井速度、钻井质量和钻井成本。随着钻井工艺的要求及钻井技术的发展、材料和机械制造工业的发展，钻头的设计、制造和使用有了很大的发展，而且仍在发展之中。这种发展体现在新技术在钻头上的充分的、及时的应用，钻头的品种和使用范围不断扩大，钻头的技术及经济指标不断提高等方面。目前石油钻井中使用的钻头分为刮刀钻头、牙轮钻头及金刚石钻头三大类。其中牙轮钻头使用得较多，按完成的钻进进尺，牙轮钻头约占总进尺的80%~90%左右，而刮刀钻头用量最小，目前已经很少使用，因此刮刀钻头我们不做讲解。知识链接：破岩要有锋利工具才能破碎。讲授新课：钻头基本知识及牙轮钻头的结构重点提示：▲◆钻头是破碎岩石的主要工具。钻头与岩性以及与钻井工艺是否适应，直接影响钻井速度、钻井质量和钻井成本。◆按结构及工作原理分类：刮刀钻头、牙轮钻头、PDC钻头、金刚石钻头。◆按功用分类：全面钻进钻头、取心钻头、扩眼钻头。◆钻头尺寸系列：~36in(1in=25.4mm)◆工作指标钻头进尺（米）：指一个钻头钻进的井眼总长度；钻头工作寿命（小时）：指一个钻头的累积总使用时间；◆刮刀钻头的结构上钻头体、下钻头体（分水帽）◆机械钻速：指一个钻头的进尺与工作寿命之比。单位进尺成本：元/米牙轮钻头的结构牙轮钻头是使用最广泛的钻头。按牙轮数分单牙轮钻头、双牙轮钻头、三牙轮钻头和四牙轮钻头。按切削材质分钢齿（铣齿）和镶齿牙轮钻头。牙轮钻头由钻头体、牙爪（巴掌）及牙轮轴、牙轮及牙齿、储油润滑密封系统、喷嘴等部分组成。(1)钢齿（也称铣齿），钢齿牙轮钻头的切削齿是由牙轮坯经铣削加工而成。(2)镶齿（也叫硬质合金齿），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。镶齿的硬度和耐磨性比钢齿高，在硬地层中更显示出其优越性。1）轴承牙轮钻头轴承由牙轮内腔、轴承跑道、牙掌轴颈、锁紧元件等组成。轴承副有大、中、小和止推轴承四个。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两大类。这里应该指出的是如果钻头的轴承得不到良好的润滑，则滑动轴承将很快失效。2）储油润滑密封系统牙轮钻头的储油润滑和密封系统既能保证轴承得到润滑，又可以有效地防止钻井液，包括钻井液中液相和固相以及夹杂在钻井液中的各种岩屑进入钻头的轴承内，大幅度地提高了轴承以及钻头的使用寿命。压力补偿膜用耐油橡胶制，护膜杯装于其外或其上，压盖压紧保护杯。整个储油装置安装在牙爪的储油孔内，与外界用传压孔相通，与轴承腔内用长油孔相连，密封圈一端固紧在轴颈上，另一端与牙轮端贴紧，钻头工作时，牙轮上的牙齿在破碎地层的同时受到地层的反作用力，造成牙轮沿轴线方向产生高频振动，造成轴承腔内外的压差，使轴承腔内产生抽吸和排液作用，由于密封圈的作用，钻井液不会被抽吸到轴承腔内，轴承腔内的油脂也不会流出钻头，而储油腔内的润滑油脂则会被抽吸到轴承腔内，储油密封系统还通过传压孔、压力补偿膜使轴承腔内的润滑油脂的压力与钻头外的钻井液压力一致，使密封圈在较小的压差下工作，以保证密封效果。其中密封圈是影响密封效果的主要零件。目前密封圈有碟形密封圈、O形密封圈及金属密封圈等几种。3）钻头水眼钻头水眼是钻井液流出钻头射向井底的流道，普通钻头，一般是非喷射式水眼，在钻头体的适当位置开孔并焊上水眼套。在钻进中，为了充分利用钻头水力功率，使高速液体直接射向底，以充分清除井底岩屑，提高钻进效率，这种钻井技术称作喷射钻井，关于喷射钻井的内容我们将在钻进参数优选部分详细讲解。适合