单牙轮钻头

单牙轮钻头的齿形研究
近年来，国内外的小井眼技术发展迅速，对高效小尺寸钻头的需求越来越多，现在广泛使用的三牙轮钻头直径小到152.4mm时，由于受本身结构的限制，可靠性较低，小尺寸PDC钻头对地层适应性差，使用时钻头扭矩较大，在许多情况下都无法正常使用，因此，发展高效的小尺寸钻头是合理的选择。

目前,单牙轮钻头的牙齿使用的是三牙轮钻头的牙齿。由于单牙轮钻头的结构、运动规律和破岩方式与三牙轮钻头有很大区别,使得单牙轮钻头特有的作用及潜力受到限制。建立了单牙轮钻头的坐标系,推导出几何公式,并引入有向距离的概念对单牙轮钻头的牙齿进行研究。根据等磨损原理,提出适用于单牙轮钻头的结构特点和运动规律的牙齿齿形,并提出新的布齿方案,即,在牙轮工作面的永远接触区域内使用轴对称的牙齿;在轮换接触区域内使用椭圆形牙齿。单牙轮钻头是小井眼钻井的重要工具。对单牙轮钻头在井底工作过程中的受力进行了分析，在此基础上建立了单牙轮钻头所受阻力矩计算模型，该模型反映了钻压、钻头尺寸、岩石性质等因素对阻力矩的影响。建立了单牙轮钻头动力学基本方程，该方程真实描述了钻头的受力与运动情况，即钻压越大，钻头阻力矩则越大，钻头转速则越低；反之，钻压越小，钻头阻力矩也越小，钻头转速则越高。单牙轮钻头的阻力矩计算模型和动力学基本方程对小井眼钻井中的钻柱设计具有重要的参考价值。