吴泽兵，周珂飞，赵海超，黄 海，郑维新，张文超

(西安石油大学 机械工程学院，陕西 西安710065)

引 言

牙轮钻头是使用在石油钻井工业中有效的破岩工具之一，主要以变角度的压入加刮凿破碎岩石，牙齿在破岩过程中作三维复合运动[1- 2]。由于钻头工作环境复杂，工作时承受钻压、弯矩和剪切力等反复作用，牙齿失效现象[3-5]时有发生。长期以来，学者和研究人员针对牙轮钻头作了一定研究，从目前研究来看，主要针对钻头设计以及压齿力、固齿力计算等方面[6-8]。陈涵宇等[9]通过分析传统的布齿结构提出了一种新型倒锥齿结构，可以有效提高牙齿的固紧力，减少了脱齿现象的发生；邓嵘等[10]采用拉宾诺维奇磨粒磨损模型，建立牙齿与岩石互作用模型，探索了转速、钻速与牙齿磨损之间的关系；谢苗等[11]根据牙轮钻机钻井时钻头纵向振动特性对牙轮轴端的影响进行牙轮轴端磨损机理分析，对提高牙轮钻头寿命具有一定的积极作用。但总体来说，对钻头牙齿失效研究较少，特别是镶齿牙轮钻头牙齿镶装工艺方面的研究较少。

在实际钻井中，钻机施加足够大的轴压作用在牙轮钻头上，将镶嵌在牙轮上的合金齿嵌入岩土表层，同时主机钻杆带动牙轮钻头作旋转运动进行破岩，载荷主要通过牙齿传入岩石，容易出现牙齿脱落、磨损等[12-13]现象，造成部分钻头因牙齿失效而报废，牙齿脱落是钻头失效的一种重要形式。研究表明，牙齿脱落主要是由于牙轮对牙齿缺乏足够的固齿力，为了降低钻井成本，提高钻井效率，减少钻头失效[14-16]问题的发生，目前，针对钻头牙齿失效问题，主要从设计、加工、装配工艺和使用等方面进行改进。……