PDC钻头设计基础

PDC钻头设计

PDC钻头设计作者：贾维江来源：《中国科技博览》2014年第01期摘要：PDC钻头的设计包括冠部形状设计、布齿设计和水力结构设计，文中结合胜利油田的地层特点，将理论设计与实践相结合，进行了PDC钻头设计。

关键词：PDC钻头；冠部形状设计；布齿设计；水利结构设计中图分类号：TV5针对胜利油田的砂岩地层，在总结前人经验的基础上，结合PDC钻头计理论及计算机技术，设计PDC钻头。

一般情况下，PDC钻头对砂岩具有良好的可钻性。

1 冠部形状设计钻头冠部形状设计模式很多，包括三段式组合（模式A直线-圆弧-直线和模式B直线-圆弧-抛物线）及两段式组合（模式C直线-圆弧和模式D直线-抛物线）。

根据冠部形状设计理论，并结合砂岩地层的特点，选用 215.9 的PDC钻头，钻头冠部采用直线-圆弧曲线设计。

根据设计要求，本次设计中采用浅内锥；针对胜利油田砂岩地层的特点，采用等切削原则进行冠部轮廓设计，在冠部轮廓理论曲线方程进行拟合的基础上，结合钻头设计经验和使用钻头类比，确定出适合钻进砂岩地层的钻头冠部轮廓形状：浅锥、直线—圆弧冠部轮廓，外锥长度适中。

这种直线—圆弧轮廓剖面具有的特点一是使得钻头表面尽可能有效地布置切削齿，二是使钻头从鼻部切削齿到保径切削齿能够圆滑地过渡。

2 布齿设计（1）切削齿的大小。

钻头设计时既要考虑获得较高的机械钻速，又要考虑延长钻头的使用寿命，这2个指标都与切削齿的大小和密度有关。

选择直径为19.05 的PDC复合片作为主切削元件。

（2）切削角度。

根据所钻地层的软硬程度和岩性特点以及PDC复合片的破岩特点，随着地层硬度的由低到高，切削齿的切削角度逐渐由小到大，但一般控制在10°～30°之间。

而切削齿的侧转角度则随着钻头切削刀翼的不同而不同。

直切削刀翼上切削齿的侧转角一般取5°～15°，而螺旋切削刀翼上切削齿的侧转角则随着螺旋线变化。

切削角取20°，侧转角取5°。

贝克休斯PDC Design

2000 2200 入井及出井深度(m) 2400 2600 2800 3000 3200 3400
入井及出井深度 (m)
2600
HCM506ZX HJT537GK 2700 M1376SR TD13M M1376SR HJT537GK 2800 2900 HJT537GK
入井及出井深度 (m)
2300 HCM505ZX 腰深3井 12.25"泉头组钻头表现 2300 HJT537GK HCM506ZX *2115~3533米 HJT537GK M1376SR 2500 2500 M1376SR 2700
Ridge Set Cone:
– Aggressive & durable – Most commonly used
Radial Set Cone:
PDC
– Most durable cone – Used in hardest impreg applications
Ridge Set
Radial Set
28
平滑切削的效应
扭矩与钻压的关系
2,600 2,400 2,200 2,000 1,800 1,600
扭矩扭矩(ft-lb)
1,400 1,200 1,000 800 600 400 200 0 0 5,000 10,000 15,000
Carthage (UCS = 15 kpsi) Bedford (UCS = 6 kpsi) )
27
Laboratory Verification
0.040 in/rev
0.160 in/rev
Computer simulation of bearing contact
Slight bearing contact at low depth-of-cut, more bearing contact at higher depth-of-cut

pdc取芯钻头的结构

pdc取芯钻头的结构PDC取芯钻头是一种常用于钻探岩石、石油、天然气等地下资源的工具，其独特的结构使其具有高效、耐用和精确的钻孔能力。

下面将通过介绍PDC取芯钻头的结构及其主要组成部分来详细了解这一工具。

首先，让我们来了解PDC取芯钻头的结构。

PDC是Polycrystalline Diamond Compact（多晶金刚石）的简称，取芯钻头的结构就是以该种材料作为切削刃的主要部件。

这种材料具有优异的硬度和抗磨性，能够在钻探过程中有效切削岩石。

PDC取芯钻头通常由钻杆接头、连接体、切削刃和支撑体四个主要组成部分构成。

钻杆接头是PDC取芯钻头连接到钻杆上的部分，通常采用螺纹连接或者直接焊接。

其设计合理的连接方式能够保证钻头的稳定与可靠性，在高强度、高扭矩的作业环境中发挥重要作用。

连接体位于钻头和切削刃之间，起到连接和传递扭矩的作用。

合适的连接体设计能够使得钻头能够承受较大的压力，并将扭矩传递给切削刃，以实现钻探的目的。

切削刃是PDC取芯钻头最重要的部分。

它是由多晶金刚石层和钎焊层组成。

多晶金刚石层具有超高硬度和出色的切削性能，可用来切削各种类型的岩石。

钎焊层是将多晶金刚石层连接到连接体上的部分，起到固定和加固刃体的作用。

切削刃的设计和制造工艺直接影响着钻头的钻探单位功和使用寿命。

在切削刃的下方，支撑体起到支撑和稳定切削刃的作用。

支撑体通常由钢或者硬质合金制成，具有较高的强度和韧性，能够在高负荷工况下保证钻头的稳定性和持久性。

PDC取芯钻头的结构设计不仅需要考虑各个部件的功能和性能，还需要根据具体的钻井条件和需求来进行优化。

例如，在不同的岩石类型和井深下，可以选择不同尺寸、形状和密度的切削刃；钎焊层的材料和焊接工艺也需要根据钻井条件进行合理选择，以提高钻头的使用寿命和效率。

总之，PDC取芯钻头是一种结构复杂、功能多样的工具。

合理的结构设计和优质的材料选择能够使其具有高效、耐用和精确的钻孔能力。

钻井工程人员在选购和使用PDC取芯钻头时应根据具体需求和工况选择合适的规格和型号，并严格按照使用说明操作，以保证钻探工作的顺利进行。

pdc钻头

PDC钻头1. 简介PDC钻头是一种常用于石油钻井的钻探工具。

PDC钻头由多个聚晶体金刚石（Polycrystalline Diamond Compact）切削元件组成，被广泛应用于地层钻探、岩石切割和石油开采中。

本文将介绍PDC钻头的结构、原理以及应用领域。

2. 结构PDC钻头主要由刀翼、钻头体和连接部分组成。

2.1 刀翼刀翼是PDC钻头的重要组成部分，通常由金刚石切削元件制成。

刀翼的数量、形状和布局对钻头的钻井性能和钻孔质量起着重要作用。

刀翼一般采用均匀分布的方式，以保证钻头在钻井过程中的均匀磨损。

2.2 钻头体钻头体是连接刀翼和连接部分的主要结构，通常由钢铁材料制成。

钻头体的设计需要考虑到钻井环境、井眼尺寸和钻头的稳定性等因素。

钻头体一般具有良好的强度和刚度，以确保钻头在高强度的钻井过程中不会发生变形或破损。

2.3 连接部分连接部分是将钻头与钻杆连接在一起的部分，通常采用标准的API连接方式。

连接部分需要具有良好的密封性和承载能力，以确保钻头和钻杆之间的传递力矩和转速。

3. 原理PDC钻头通过刀翼上的金刚石切削元件对地层进行切削和磨损，从而实现钻井的目的。

PDC钻头利用金刚石的高硬度和强大的切削能力，能够在岩石中快速切削并形成孔道。

PDC钻头的切削原理主要有两种：剪切和破碎。

3.1 剪切剪切是PDC钻头常用的切削方式之一。

当PDC钻头旋转时，刀翼上的金刚石切削元件与地层接触，通过相对运动切削地层。

金刚石的高硬度和切削元件的锋利边缘使得PDC钻头能够在地层中形成清晰而平滑的孔道。

3.2 破碎破碎是PDC钻头另一种常用的切削方式。

当地层硬度较高时，剪切切削效果可能不佳。

此时，PDC钻头通过施加较大的冲击力将地层破碎，进而形成孔道。

4. 应用领域PDC钻头广泛应用于石油、天然气和水井钻探领域。

其高效的切削能力和稳定的性能使其成为钻井操作中的重要工具。

4.1 石油钻井在石油钻井中，PDC钻头常用于垂直井、水平井和定向井的钻铤作业。

pdc钻头设计方法及软件编制

目录硕士学位论文独创性声明 (I)硕士学位论文版权使用授权书 (I)摘要 .......................................................................................................................... I I ABSTRACT (III)第1章绪论 (6)1.1选题来源、目的和意义 (6)1.2国内外研究现状 (7)1.2.1PDC钻头破岩机理研究 (7)1.2.2PDC钻头设计理论研究 (8)1.2.3PDC钻头设计方法研究 (12)1.3论文的研究内容 (15)第2章PDC钻头个性化设计理论 (16)2.1冠部形状设计研究 (16)2.2切削齿布齿设计 (25)2.2.1刀翼设计 (25)2.2.2切削齿基本参数 (27)2.2.3局部强化布齿理论 (30)第3章基于个性化设计理论的钻头设计方法 (32)3.1冠部形状参数确定 (32)3.2布齿设计方法 (33)3.2.1切削齿参数设计 (33)3.2.2径向布齿设计 (36)3.2.3周向布齿设计 (41)3.3切削齿出露高度及刀翼轮廓设计 (44)3.3.1切削齿出露量对钻头性能的影响 (44)3.3.2刀翼轮廓设计计算方法 (44)3.4侧向受力计算模型 (47)第4章PDC钻头个性化设计软件编制 (51)4.1软件运行环境及设计特点 (51)4.2软件介绍 (52)4.3软件设计实例 (59)第5章结论及展望 (64)参考文献 (65)致谢 (67)第1章绪论1.1选题来源、目的和意义随着金刚石复合材料的发展，PDC钻头问世并兴起，直到今天设计理论和技术仍在不断完善。

1978年L.E.HIBBS指出，无论新钻头采用何种形式，其设计都需要从一些基本的准则入手，并指出钻头布齿设计在理论上应当遵循等切削、等磨损和等功率三个原则[1]。

第5章-PDC钻头水力参数优化设计方法精选全文完整版

可编辑修改精选全文完整版第5章 PDC 钻头水力参数优化设计方法在机泵条件一定的情况下，水力参数优化设计的主要任务是确定钻头的喷嘴直径和钻井泵的压力和排量。

5.1 泵压和排量对PDC 钻头机械钻速的影响现场实践表明，泵压和排量对PDC 钻头和牙轮钻头机械钻速的影响规律不同。

在泵功率一定的条件下，对PDC 钻头来说，排量对钻速的影响更为重要；而对牙轮钻头来说，泵压对钻速的影响更为重要。

因此，PDC 钻头趋向于使用较大排量和较低泵压，而牙轮钻头则趋向于使用较高泵压和较低排量。

在相同地层用相同尺寸钻头钻进，PDC 钻头所用排量一般比牙轮钻头高5~10 L/s ，而泵压一般低2~3MPa 。

图5-1、图5-2是由现场资料统计分析得出的牙轮钻头与PDC 钻头的机械钻速与排量的关系。

可以看出，PDC 钻头的机械钻速随着排量的增大几乎线性增长。

而对牙轮钻头，排量超过一定值（25 L/s ）后，机械钻速几乎不再增加。

图5-1 排量对牙轮钻头钻速的影响图5-1 排量对PDC 钻头钻速的影响泵压和排量对牙轮钻头和PDC 钻头的影响不同，是因为两种钻头的破岩机理和结构不同。

牙轮钻头主要以冲击压碎的方式破碎岩石，在井底形成裂纹发育的破碎坑穴（图5-3），故需要的较大的水功率来清除破碎坑内的岩屑。

而且，射流水功率越大，辅助破碎岩石的效果越好。

然而，牙轮钻头的喷嘴距井底较远，射流能量衰减严重，故需要较高的泵压（钻头压降）来补偿射流能量损失。

图5-3 牙轮钻头破岩作用图5-3 PDC 钻头破岩作用PDC 钻头的喷嘴距井底只有30~40mm ，一般小于射流等速核长度（等速核长度约为喷嘴当量直径的4.8~5倍），射流能量可以得到有效利用。

PDC 钻头是以切削作用破碎岩石，岩屑直接被剥离井底，破岩效率高。

因此，使岩屑离开井0510152025252627282930313233排量/L/s机械钻速/m /h02468100510152025303540排量/L/s机械钻速/m /h底原位置并不困难，关键问题是有效地将岩屑清离井底。

PDC钻头设计与优选技术

PDC钻头设计与优选技术PDC钻头的设计包括刀体结构设计和PCD片设计两个方面。

刀体结构设计是指设计钻头的外形和内部通道结构，以适应不同的钻井条件和作业需求。

常见的刀体结构包括梯形刀体结构、平底刀体结构和球形刀体结构等。

梯形刀体结构适用于软、中等硬度的岩石，平底刀体结构适用于硬岩和石英等非均质岩石，而球形刀体结构适用于软岩、泥质岩石等易堵塞的地层。

此外，刀体结构还需要考虑通道设计，以确保冷却液和岩屑能够顺利地通过钻头。

PCD片设计是指设计金刚石颗粒的形状、分布和固化方式，以获得更好的切削性能和使用寿命。

常见的PCD片形状包括圆形、矩形和三角形等。

圆形PCD片适用于软岩和泥质岩石，矩形PCD片适用于中等硬度的岩石，而三角形PCD片适用于硬岩和石英等非均质岩石。

此外，PCD片的分布也需要考虑，通常采用均匀分布或者密集分布的方式，以提高整体的切削效果和使用寿命。

固化方式决定了PCD片与刀体之间的结合强度，一般采用高温高压、高温低压和超高压等方式，确保PCD片能够牢固地固定在刀体上。

PDC钻头的优选技术主要是根据不同的地质条件和作业需求来选择最合适的钻头参数。

一般来说，硬度大、磨损大的地层适合选用具有较多PCD片且PDC钻头刃磨度较强的钻头；而软、破碎易塌方的地层则适合选用刃磨度较低的钻头。

此外，还需要考虑钻头的速度和压力等参数，不同的地层压力和速度对切削效果和钻井效率都有影响。

因此，根据具体的地质条件和作业需求，通过试验和模拟分析等方法来选择最合适的钻头参数，可以提高钻井效率和降低成本。

总之，PDC钻头的设计和优选技术是提高钻井效率和保证钻孔质量的关键。

通过合理的刀体结构设计和PCD片设计，可以获取更好的切削性能和使用寿命。

根据不同的地质条件和作业需求来选择最合适的钻头参数，可以提高钻井效率和降低成本。

随着石油工程和地质勘探等行业的不断发展，PDC钻头的设计和优选技术也将不断完善和创新。

PDC钻头设计制造技术

钻头水利模拟分析 Hydraulic Analysis
模拟钻头水利效果，优化钻头喷嘴设计 Hydraulic Simulation ，optimize the nozzles design
3.1、PDC钻头设计技术
切削齿力平衡设计
渤海中成PDC钻头设计技术
通过计算机工况防真分析，对每一个切削齿进行受力分析，通过调整刀翼螺旋角度。将轴向与径向不平衡力的比在理论上控制在1%以内，使钻头在井底的工作更加平稳。
优化钻头水力破岩效果及钻头清洁能力
3.1、PDC钻头设计技术哈里伯顿-SDBS三维设计技术
DxD软件工作流程
钻具组合 & 钻井模式
钻井参数，钻压/机械钻速, 转速, 狗腿度,
钻具倾斜长度
地层信息
输入数据
输出数据
钻头受力
钻压钻头扭矩波动
钻头漂移
漂移趋势漂移力
钻头定向性能造斜率 &定向力
贝克休斯实验测试区(BETA) BETA座落于美国俄克拉荷马
的南部，是休斯克里斯坦森的母公司贝克休斯创建,配备了世界上最新最复杂的实时数据采集系统。借助测试系统工程师不仅可以有效检测每个变量，还可以对基于频率的数据和基于时间的数据进行数字分析。
3.3、PDC钻头检测试验技术
贝克休斯
钻井技术实验室休斯克里斯坦森在改进机械钻速、优化金刚
更改作业参数的功能是该软件的独到之处，休斯公司是针对具体钻头定制的应用软件考虑了作业条件随深度增加发生的重要变化，其中包括钻井液比重、粘度以及增加的钻管磨擦力等。
井底流场模拟水力平衡设计（CFD）流体效能对于最大化岩屑去除
能力和降低钻头形成泥包的趋势至关重要。每个GenesisXT设计的液压配置均通过专有的CFD流程来确保钻井液流动、切削齿冷却和耐磨能力之间的完美平衡。

pdc钻头的原理与应用

PDC钻头的原理与应用1. 简介PDC钻头是一种新型的刀具，它采用多个聚晶金刚石（Polycrystalline Diamond Compact，PDC）片嵌入钢体基体制成，广泛用于石油勘探和开发领域。

本文将介绍PDC钻头的原理和应用。

2. PDC钻头的原理PDC钻头的原理是将多个聚晶金刚石片嵌入钢体基体制成，利用聚晶金刚石的高硬度和耐磨性，以及钢体基体的韧性和强度，实现高效的钻井作业。

PDC钻头的原理主要包括以下几个方面：2.1 聚晶金刚石片PDC钻头采用的聚晶金刚石片由多个金刚石颗粒和金属结合剂组成，具有高硬度、耐磨性好等特点。

聚晶金刚石片通过特定的制备工艺，使得每个金刚石颗粒都与周围的颗粒紧密结合，形成一个整体。

2.2 钢体基体钢体基体是PDC钻头的主体部分，它由高强度的钢材制成。

钢体基体承载着聚晶金刚石片，并且通过特定的工艺将聚晶金刚石片与钢体基体紧密结合，形成一个整体结构。

钢体基体具有良好的韧性和强度，能够有效地传递钻井力，同时保护聚晶金刚石片。

2.3 刀具形态PDC钻头的刀具形态通常有平面PDC钻头、锥度PDC钻头和斜面PDC钻头等。

不同形态的刀具适用于不同的地质条件和钻井需求。

例如，平面PDC钻头适用于较硬的地质层，而锥度PDC钻头适用于软、粉状的地质层。

2.4 作用原理PDC钻头在钻井作业中，通过旋转和下压力来完成钻井作业。

当PDC钻头旋转时，聚晶金刚石片切削岩石，同时钢体基体提供支撑和切削力。

通过连续的旋转和下压力，PDC钻头可以持续地切削岩石，实现高效的钻井作业。

3. PDC钻头的应用PDC钻头由于其优良的性能，在石油勘探和开发领域得到了广泛的应用。

主要应用于以下几个方面：3.1 石油勘探PDC钻头可以在石油勘探中使用，用于钻取各种类型的地层。

由于其高硬度和耐磨性，PDC钻头可以有效地切削各种岩石，包括硬质岩石和软质岩石。

在石油勘探中，PDC钻头可以提高钻探的效率，减少钻井时间，降低勘探成本。

PDC钻头工作原理及相关特点剖析

PDC钻头工作原理及相关特点剖析1.工作原理PDC钻头主要由钻头主体、切削结构和钻头连接装置组成。

其中，切削结构是PDC钻头的核心部分。

切削结构通常由若干个聚晶金刚石片组成，这些片通过硬质合金基体和钻头主体连接在一起。

当钻具旋转时，切削结构上的聚晶金刚石片与钻井地层接触，通过摩擦和冲击力来实现岩石的切削和破碎，从而实现钻井作业的目的。

PDC钻头之所以能够高效地进行切削，主要得益于聚晶金刚石的特殊结构和性质。

聚晶金刚石是通过高温高压合成的人工合成金刚石材料，其硬度远远高于地层中的普通岩石。

同时，聚晶金刚石具有非常好的热稳定性，能够在高温环境下保持其切削能力。

因此，PDC钻头在钻井过程中能够快速、高效地切削地层，提高钻孔速度和钻井效果。

2.相关特点（1）高硬度：PDC钻头主体采用硬质合金材料，而切削结构上的聚晶金刚石片具有非常高的硬度。

这使得PDC钻头能够抵御地层中较硬岩石的切削和破碎，提高钻井效率。

（2）良好的耐磨性：聚晶金刚石具有很高的耐磨性能，即使处在高速旋转和高压力下，也能保持较长时间的使用寿命。

这使得PDC钻头在长时间连续作业中具有更好的性能稳定性。

（3）良好的热稳定性：PDC钻头的聚晶金刚石片在高温环境下依然能够保持较好的切削能力，不易产生塑性变形和热损伤。

这使得PDC钻头在高温油气田勘探钻井中得到广泛应用。

（4）低扭矩：由于PDC钻头的切削面积较大，钻进过程中产生的扭矩相对较小，可以减少钻井设备的负荷和能耗，提高钻井作业的效率。

（5）钻速快、钻屑排除好：PDC钻头具有较大的切削面积和切削速度，可以快速破碎地层岩石，提高钻井速度。

同时，切削结构上的切削槽和孔水精心设计，有利于钻屑的排除，减少钻井堵塞的风险。

（6）适应性广：PDC钻头适用于钻探各种地层，如软岩、硬岩、砂岩、页岩等。

可以用于直钻、倾斜钻和水平钻井，满足不同场地和作业需求。

综上所述，PDC钻头以其高硬度、高抗磨损性和高热稳定性等特点，在石油和天然气勘探钻井领域得到广泛应用。

PDC钻头工作原理及相关特点

第二章PDC 钻头工作原理及相关特点第二章 PDC 钻头工作原理及相关特点PDC 钻头是依靠安装在钻头体上的切削齿切削地层的，这些切削齿有复合片切削齿和齿柱式两种结构，它们的结构以及在钻头上的安装方式如图1-2 所示。

复合片式切削齿是将复合片直接焊接在钻头体上预留的凹槽内而形成的。

它普通用于胎体钻头；齿柱式切削齿是将复合片焊接在碳化钨齿柱上而形成的，安装时将其齿柱镶嵌或者焊接在钻头体上的齿空内，它普通用于钢体钻头，也实用于胎体钻头的。

复合片(即聚晶金刚石复合片)是切削齿的核心。

复合片普通为圆片状，其结构如图1-3 所示，它是由人造聚晶金刚石薄层及碳化钨底层组成，具有高强度、高(a) 复合片式切削齿(b)齿柱式切削齿图1-3 复合片的结构图1-2 切削齿在钻头上的安装方式硬度及高耐磨性，可耐温度750℃。

人们早就从实验中发现，岩石的诸力学强度中，抗拉强度最低，剪切强度次之，而抗压强度最高，抗压强度往往比剪切强度高数倍至十多倍。

显然采用剪切方式破碎岩石比用压碎方式要容易而有效的多。

PDC 钻头的复合片切削结构正是利用了岩石这一力学特性，采用高效的剪切方式来破碎岩石，从而达到了快速钻井的图1-4 PDC 钻头的切削方式目的。

当PDC 钻头在软到中等级硬度地层进时，复合片切削齿在钻压和扭矩作用下克服地层应力吃入地层并向前滑动，岩石在切削齿作用下沿其剪切方向破碎并产生塑性流动，切削所产生的岩削呈大块片状，这一切削过程与刀具切削金属材料非常相似(见图1-4)。

被剪切下来的岩屑，再由喷嘴射出泥浆带走至钻头与井壁间的环空运至井外。

PDC 钻头因使用了聚晶金刚石复合片作切削元件而使得切削齿有很高的硬度和耐磨性。

PDC 齿的缺点是热稳定性差，当温度超过700℃时，金刚石层内的粘结金属将失效而导致切削齿破坏，因此PDC 齿不能直接烧结在胎体上而只能采用低温钎焊方式将其固定在钻头体上。

在工作中，切削齿底部磨损面在压力作用下向来与岩石表面滑动磨擦要产生大量的磨擦热，当切削齿清洗冷却条件不好，局部温度较高时，就有可能导致切削齿的热摩损(350-700℃时，切削齿的磨损速度很快，这一现象称为切削齿的热磨损)而影响钻头正常工作，所以钻头要避免热磨损浮现就必须有很好的水力清洗冷却，润滑作用配合工作，这就是要求泥浆从喷嘴流出后水力分布要合理，能有效地保护切削齿，这即是对钻头水力计的基本要求之一。

PDC钻头设计技术研究.ppt(西安)

899
深度(m)
由图可以看出该层在约10米长的一段可钻性变化就很大。该段岩石可钻性级值最小为3.3，最大为7.5。
2、利用声波时差进行岩石可钻性分级对安定以下地层利用声波测井质料评价岩石可钻性。
△t
600 550 500 450
△t(ｕm/s)
400 350 300 250 200 150 100 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 H(m) 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950
3、切削齿工作角后倾角（负前角）α：后倾角的大小直接影响齿的破岩效率和寿命。较小的切削角有利于切削齿吃入岩石，破岩效率较高。较大的后倾角有利于保护切削齿，工作寿命长。取值0°-20°, 软地层小一些，硬地层大一些。侧倾角（旁锋刀面角）β：钻头旋转时，切削刃面对切屑产生向外侧的推力，有利于向外排除岩屑。 β=15°左右。
长庆油田PDC钻头个性化设计
最近几年长庆油田在PDC钻头应用方面取得突破性进展，为长庆油田的钻井提出做出了贡献。回顾总结长庆油田PDC钻头的设计及应用技术可分为两个阶段：第一阶段是在安定直罗等多夹层复杂地层的应用取得突破，建立了 PDC钻头应用的常规技术，钻井速度大副提高，使长庆钻井步入快车道；第二阶段是在富县砾石层的应用取得突破，提出了PDC钻头应用的优化和强化措施，使长庆钻井的提速迈入新的台阶。长庆油田钻井提速的成就应归结于PDC钻头的个性化设计，和使用措施的优化和强化上。 PDC钻头的个性化设计是在PDC钻头工作原理、受力分析和损坏机理分析的基础上，在地层岩石特性分析的基础上进行的。
Φ13.4， Φ19
二、PDC钻头的主要技术

PDC钻头设计基础首先，PDC钻头的设计需要根据不同的钻井工况和地质条件进行优化。

在设计过程中需考虑到钻头的结构尺寸、刀翼布置、刀翼形状等因素，以保证钻头在不同地质层中的高效穿透。

同时，还需要综合考虑钻头的受力情况，避免出现过大的切削力和振动，以防止钻头的断裂和防止井下事故的发生。

其次，PDC钻头的刀翼布置是设计中的重要环节。

刀翼的数量和布置方式直接影响着钻头的切削性能和钻速。

通常情况下，刀翼数量越多，切削效果越好，但钻速可能会降低。

因此，需要综合考虑刀翼数量、大小和布置方式，找到一个最佳的平衡点。

此外，刀翼的形状也对PDC钻头的性能有着重要影响。

刀翼的形状包括平面刃、斜面刃、倒角刃等，每种形状都有其独特的切削特性。

例如，平面刃刀翼适用于坚硬地层，而斜面刃则更适用于软弱地层。

因此，在设计PDC钻头时，需要根据地质条件选择适合的刀翼形状，以提高钻头的切削效率和使用寿命。

最后，PDC钻头的材料也是其设计基础中的重要一环。

PDC钻头采用的是多晶金刚石复合材料，它具有优异的物理性能和化学稳定性，能够在高温高压条件下长时间保持良好的切削性能。

因此，在PDC钻头的设计中，需要选用高质量的多晶金刚石材料，并通过优化工艺，确保钻头的材料质量和性能达到要求。

综上所述，PDC钻头的设计基础涉及到钻头的结构尺寸、刀翼布置、刀翼形状和材料等方面，需要综合考虑不同的钻井工况和地质条件，以提高钻头的切削效率和使用寿命，同时保证钻头的安全可靠性。

只有在设计过程中充分考虑这些因素，才能设计出满足工程实际需要的高效PDC钻头。

特殊井PDC钻头

的平均钻井扭矩会带来更大的井下扭矩波动。如果钻柱柔性又很高的话，则最终结果是工具面极不稳定。另外，在定向及水平段，因为钻头轴线方向的变化，切
削齿包络线上主切削位置和水力喷射结构也发生了改
变。这就要求钻头的工作面要更加趋向扁平，弱化内扶正效果；尽量缩短钻头长度，挖掘钻具潜在造斜能力；调整钻头侧切力系使之更适于偏载工况；弱化单齿功率并提高切削齿抗冲击韧性。
到特定区域的布齿密度平衡、受力动态矢量平衡；二图１布齿示意图
物质成分的迁移和重结晶，胶结致密，成岩效果好，可钻性差。变质岩一般埋藏较深，已经接近储层，钻头
一
次入井应尽量多打进尺。此种情况下主切削齿可采
用小型齿；主、副切削齿错位排布；主、副切削齿出露高度相同；适合配以高转速、低钻压的钻井参数；可采用浅锥头型、小直径型复合片的主体设计。此基础结构接近磨鞋，单片的抗冲击性更强，使钻头具有高抗研磨的特性；长刀翼肩部配置错位副齿；保径位置配置减震托。此设计使该钻头的布齿密度达到了４级以上，再配合高转速，使尽量减小单齿切削功率成
３现场试验情况
３．１冀东油田
在含有玄武岩的冀东南堡油田进行了４，３１１．１５ｍｍ
钻头的试验工作，先后试验了３种型号的钻头，试验
情况如下：
速。所以，此种情况下，可以选择五刀翼、大型复合片的主体思路。主刀翼可由多种齿形组合而成；主、副齿错位排布；主、副齿呈阶梯式出露；适合配以低转