牙轮钻头掉齿的原因须根据实际钻井工艺来确定。不同类型的钻井工艺,牙轮钻头掉齿的原因是不同的。综上所述,高温地热井牙轮钻头掉齿的原因如下:
(1)锥壳原材料在高温下的塑性变形也会降低拧紧力。长时间在高温下工作的牙轮钻头须充分考虑环境温度引起的应力松弛和应力松弛振铃。一旦齿孔发生塑性变形,特别是在喷嘴处,细小颗粒进入齿与壳体之间,减少了齿与齿孔的接触面,会导致齿孔进一步损坏,Z后齿孔扩大导致掉齿。在使用地热井锥体本身的数据时,需要考虑环境温度因素。用耐高温设备在锥体本身原料中加入少量Cr元素,可以明显缓解材料的整个石墨化过程,提高钢的抗压强度。
(2)牙轮本身的原材料与硬质合金刀齿不同,温度变化产生热变形误差,导致过盈量减小。因此,在确定原始干涉时,在保证锥体本身抗压强度的前提下,尽量选择较大的K量来填补温度变化带来的干涉损伤。
(3)环境温度降低了牙轮本身材料的强度极限值,齿孔在齿与岩层的相互作用中更容易产生塑性变形。累积的塑性变形降低了齿与齿孔之间的有效间隙配合接触表面,从而降低了齿保持力,进而导致牙轮的失齿。在牙轮本身的原材料中添加一定量的Mo元素,可以显著提高原材料的高温耐久性。
(4)井内砂砾、硬质合金工具等硬颗粒对壳体的损伤会降低牙轮埋齿深度,齿与齿孔的接触面会降低拧紧力。因此,在壳体原材料的选择上应尽可能使用金属复合材料,并改进钻井工艺,以减少井内砂砾和团块的爆炸,减少对锥壳的损伤,减少井内团块对牙齿的冲击。