牙輪鉆頭的沖擊、壓碎作用

  鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭及其牙輪繞鉆頭軸線旋轉(zhuǎn)，牙輪牙齒受地層巖石阻力作用同時(shí)繞自身軸旋轉(zhuǎn)，并且牙齒以單雙齒交替接觸井底。

  牙輪從單齒到雙齒接觸井底時(shí)，牙輪中心從高位置降到低位置;牙輪再次從雙齒到單齒接觸井底時(shí)，牙輪中心又從低位置升到高位置。如此反復(fù)運(yùn)動(dòng)，牙輪軸心周期性的升高、降低，使鉆頭產(chǎn)生縱向振動(dòng)，振幅是輪心的垂直位移。每次縱振過(guò)程中，軸心上移會(huì)壓縮下部鉆柱積聚彈性能，軸心下行又使下部鉆柱彈性伸長(zhǎng)釋放彈性能。因次，牙輪鉆頭在井底破碎巖石時(shí)，牙齒作用在巖石上的力不僅有鉆壓所產(chǎn)生的靜載荷，還有因縱向振動(dòng)而使牙齒以很高速度沖向巖石所產(chǎn)生的動(dòng)載荷，前者使牙齒壓碎巖石，稱為壓碎作用;后者使牙齒沖擊破碎巖石，稱為沖擊作用。

  鉆頭的沖擊載荷有利于破碎巖石，但也會(huì)使鉆頭軸承過(guò)早破壞，使牙齒特別是硬質(zhì)合金齒崩碎，造成鉆柱的疲勞失效。因此，在鉆井中，特別是鉆硬地層時(shí)，要使用減震器。

  牙輪鉆頭的剪切作用

  牙輪鉆頭的剪切作用是通過(guò)牙輪在井底滾動(dòng)的同時(shí)產(chǎn)生輪齒對(duì)井底巖石的滑動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。產(chǎn)生滑動(dòng)有三個(gè)因素：超頂、復(fù)錐和移軸。

  超頂引起的滑動(dòng)(滑動(dòng)方向垂直于牙輪母線、即沿切線方向)

  移軸引起的滑動(dòng)(滑動(dòng)方向沿牙輪軸向)

  復(fù)錐引起的滑動(dòng)

  復(fù)錐牙輪包括主錐和副錐如主錐頂與鉆頭中心重合，則副錐頂必是超頂?shù)某斠鹎芯€方向上的滑移。

  由移軸所引起的軸向滑動(dòng)可以剪切掉齒圈間的巖石，而超頂和復(fù)錐所引起的切向方向上的滑動(dòng)可以剪切掉同一齒圈相鄰牙齒破碎坑之間的巖石?；瑒?dòng)增加了牙齒的磨損。

  對(duì)于極軟到中硬地層的鉆頭，一般兼有移軸、超頂和復(fù)錐;中硬或硬地層鉆頭有超頂和復(fù)錐。極硬地層，所選鉆頭為純滾動(dòng)(單錐、不超頂、不移軸)。