关于PDC钻头破岩效率的研究
pdc钻头破岩规律分析
实际上,PDC钻头在钻进过程中,切削齿是作用 在具有不同曲率的岩石自由面上的,如果我们假定 外锥齿切削的曲面为负曲面,则内锥齿切削的曲面 就为正曲面.特别是这种具有负曲率的自由面对岩 石破碎起支撑作用,这种负曲率的绝对值越大,其 支撑力越大,对于内锥齿来说,周围的岩石对岩石 的破碎基本上不起支撑作用,因此这一部分的岩石 比较容易破碎。对于锥顶部分的岩石,由于它没有 轴向自由面, 是最难破碎的,所以,如果切削面积 相同的话,锥顶的切削齿承受的轴向载荷最大.
关键词 PDC钻头;切削齿;破岩载荷; 载荷规律
1.PDC钻头切削齿切削岩石特点
在许多的分析中都涉及PDC钻头切削齿切削岩 石时的切削过程,即在切削塑性岩石时和切削软金 属差不多;在切削脆塑性岩石时可分为挤压、小剪
切、大剪切三个过 程,因此,在切削岩 石的过程中,切削 齿的运动是呈阶跃 式向前运动的,因 而作用在切削齿上 的力也是阶跃式变 化的,如图1所示.
2．2.切削齿磨损的影响. 钻头上的切削齿在切削岩石时,在切削齿与岩石
接触的底部首先是金刚石层与地层接触,这时可认为 金刚石层承担了大部分的钻压,但是随着金刚石的磨 损,金刚石层后面的碳化钨层也与岩石发生接触,并 且承担一部分钻压(尽管此时仍然是由金刚石层承担 大部分的钻压),由于切削齿的形状是圆柱形的,倾斜 一个角度后在磨损的过程中,它与岩石的接触面积是 不断变化的;另外,由于切削齿周向各点受力的不同, 其周向磨损速度也是律为: 内锥部分的切削齿的 磨损较小,而外锥齿的磨损却很大,锥顶齿的
PD。C钻头切削齿破岩载 荷规律的分析
华北石油局第五普查勘探大队 许爱
摘要 通过对PDC钻头切削齿上的载荷变化规律 的分析,认清各切削齿的受力情况.PDC钻头的各切削 齿的磨损情况与各个切削齿的受力有着直接的关系, 本文进行了PDC钻头冠部形状及不同的布齿密度和 切削齿在不同的磨损状态下对PDC钻头切削齿受力 的分析.用相邻的三个切削齿之间的关系(不同的切削 齿与切削齿之间的径向距离和切削齿之间的高度差) 来分析PDC钻头冠部形状和切削齿布齿密度对切削 齿受力的影响,以及将切削齿的磨损状态简化成与切 削齿在钻头上装配方向垂直的平面来分析切削齿磨 损状态对切削齿受力的影响.
PDC钻头破岩机理的研究
PDC钻头破岩机理的研究作者：刘杰黄立新董佳灵丁子昊王建宽来源：《计算机时代》2019年第06期摘; 要：在PDC生产技术的不断发展和突破下，PDC钻头已广泛应用于国内外石油勘探和岩心钻探领域中，PDC钻头适应层越来越广，但是理论研究与工程实践之间还存在着明显的差距。
文章建立了围压下的PDC单齿破岩的力学模型，对围压作用下钻头钻进过程进行了力学分析，并重新定义了钻头切削体积及切削效率。
切削齿的切削效率与切削深度、后倾角、切削齿直径及切削齿所受合力等参数有关，其中，PDC切削齿的尺寸和后倾角对钻头破岩效率都有显著影响。
关键词： PDC钻头; 围压; 力学模型; 破岩效率中图分类号：TE921; ; ; ; ; 文献标志码：A; ; ;文章编号：1006-8228（2019）06-05-04Abstract： With the continuous development and breakthrough of PDC production technology，PDC bits have been widely used in petroleum exploration and core drilling at home and abroad. PDC bits have more and more suitable layers， but there is still a clear gap between theoretical research and engineering practice. In this paper， the mechanical model of PDC single tooth rock breaking under confining pressure is established， the drilling process under confining pressure is analyzed mechanically， and the cutting volume and cutting efficiency of the bit are redefined. Cutting efficiency of cutting teeth is related to cutting depth， back inclination angle， diameter of cutting teeth and resultant force of cutting teeth. Among them， the size and back inclination angle of PDC cutting teeth have significant influence on rock breaking efficiency of bit.Key words： PDC bit; confining pressure; mechanical model; rock breaking efficiency0 引言PDC鉆头具有钻速高、稳定性好、设计灵活等优点，在勘探中得到了广泛的应用以及油气开发过程[1]。
双级PDC钻头的理论及试验研究
双级PDC钻头的理论及试验研究随着深井和超深井的增多,φ311mm及更大直径井段增多,提高深井大直径井段的机械钻速已成为一个急需解决的主要问题。
双级PDC钻头通过钻出一段小井眼释放地层应力和产生一大的自由面,有效提高机械钻速。
本文对双级PDC钻头进行较全面研究具有重要意义。
①在岩土开挖及有限元的理论和方法的基础上,建立了双级PDC钻头和常规PDC钻头的井底有限元模型。
提出用3个时间步较真实地模拟了开钻前、钻进过程中和井底形成后3种状态下的井底应力场,编写了有限元分析程序。
经分析得到了一系列钻头的井底应力场。
对比双级PDC钻头和常规PDC钻头的井底应力场,研究了其提高机械钻速的力学机理。
通过对比不同导眼体直径的双级PDC钻头的井底应力场,优选出导眼体直径。
②应用非牛顿流体力学、钻柱水力学和钻头水力学的理论,推导出了双级流量分配的方程组及参数影响的简化公式,编写了双级流量分配和喷嘴组合设计程序。
经参变分析得出:导眼体分流流量随扩眼体喷嘴组的当量直径的增大而减小,随导眼体喷嘴组的当量直径的增大而增大,随级间段长的加长而减小的影响规律和曲线,和随其它参数变化影响的幅度。
进而提出了双级流量分配的基本原则。
③应用有限元方法和间隙元法思想,以全井钻柱为研究对象,提出钻头与地层接触为弹性接触的假设和用现代多向间隙接触理论实现间隙元的思想,建立了双级PDC钻头和常规PDC钻头的钻具组合的有限元分析模型。
通过真实PDC钻头的性能模拟和曲线拟合,考虑钻头与地层的摩阻推导出PDC钻头扭矩预测公式;提出用迭代方法计算零钻压下的悬重和给定指重表钻压下的钻头钻压,较真实地模拟钻井的钻压-扭矩响应、稳定或振荡过程;考虑泥浆浮力、钻井液阻力偶、钻柱-井壁摩擦力及扭矩、钻头扭矩等边界条件,编写了有限元分析程序,研究了双级PDC钻头的井底钻具组合的井斜控制特性。
分析双级PDC钻头的塔式钻具组合和塔式钟摆钻具组合得出:在小井斜和较大井眼扩大系数下,双级PDC钻头与塔式(钟摆)钻具组合配合使用具有较好的防斜作用。
PDC钻头破岩原理及钻井参数选择探讨
摘 要本文针对PDC 钻头关键设计参数研究相对滞后、缺少一定的规律性、设计者常常根据经验或类比于其它钻头设计的现状，通过室内实验和数值模拟相结合的方法研冠了部剖面形状、后倾角度、切削齿尺寸、布齿密度、内锥角度、内外锥高度及冠顶位置等关键设计参数对PDC 钻头的影响规律。
研究结果表明：①在破岩效率上，切削齿尺寸与地层硬度成反比。
即在d k 值小于3.48的地层中，直径为19.05mm 的切削齿宜获得较高的机械钻速；d k 值在4.6～5.78的地层中，直径为16.10mm 的切削齿宜获得较高的机械钻速；②在d k 值小于3.48的地层中采用10°～15°后倾角，d k 值在d k =3．48～5.78的地层中采用15°～20°后倾角可明显提高钻进速度；③布齿密度与钻速成反比；④在d k 值小于3．48的地层中采用“直线-圆弧-直线”型剖面易获得较高的机械钻，d k 值在3.48～4.6的地层中采用“直线-圆弧-圆弧”型剖面易获得较高的机械钻速；⑤深内设计可提高钻头稳定性和切削齿寿命；内锥角在90°-160°范围变化时，随角度的增大，在钻压作用下，钻头冠部受力趋向均匀，扭矩对钻头内锥受力影响变化不明显；⑥高外锥设计可有效提高钻速；外锥角在25°～45°变化时，随角度的增大，外锥受力逐渐增大，钻压和扭矩对外锥影响明显；⑦冠顶半径与钻头半径之比设计为0.64时，钻头冠部应力集中现象明显降低。
本文的研究成果对PDC 钻头个性化设计有一定指导意义。
关键词：PDC 钻头；设计参数；破岩效率；钻头保径AbstractIn view of the research of PDC key parameter relative lag，little certain regularity and the designs often depending on experience or analogy to others，the author has studied a series of key parameters that impact on PDC drill bit through the laboratory experiment and the numerical simulation，such as the shape of crown,degree of back rake angle，the cogging size，the tooth density,the degree of inner cone，the height of inner/outer cone and the position of crown．The results of study show that：(1)The cogging size is in inverse proportion to formation hardness on broken rockk is less than 3．48，and the diameter of cogging isl 9.05mm，efficiency．When thedIt should obtain higher drilling rate．Also the drilling rate will be higher whenk isd3.48～5.78，and the diameter is 16.10mm．(2)The drilling rote can increase if the backk is less than 3.48，Also it will be higher rake angle is between 10°and 15°whendwhen the back rake angle is 15°and 20°andk is 3.48～5.78．(3)The cogging density isdin inverse proportion to the drilling speed．(4)Higher drilling speed can be got through the“straight line—arc-straight line”section whenk is less than 3.5．And it also can bedgot through“straight line-arc-arc'’section whenk is between 3.48～4.6．(5)The designdof deep inner cone can improve bit stability and cogging life．When the degree of inner cone changes in 90°～160°，the force of crown tends to evenly under the function of drill pressure with the degree of inner cone increasing，also the torque is not obvious to the force of the crown (6)The design of high outer gone may enhance drill rate effectively．The stress of outer cone increases gradually with the angle longer and longer,simultaneity the bit pressure and the torque are obvious to the outer cone when the outer cone changes from 25°to 45° (7)When the ratio of crown radius and bit radius is 0.64，the centralized phenomenon of stress of crown is obviously reduced．The research results have certain directive significance to individualized design of PDC bit．Key words：PDC bit；Design parameter；Rock breaking efficiency；Drill gage目录第1章前言 (1)1.1研究的目的及意义 (1)1.2国内外研究现状及存在的主要问题 (2)1.3论文主要研究内容 (4)第2章实验钻头设计 (5)2.1冠部剖面形状设计 (5)2.2切削齿尺寸设计 (10)2.3切削齿工作角度选择 (10)2.4布齿密度设计 (11)2.5切削齿布齿方式设计 (13)第3章室内钻进实验结果分析 (16)3.1切削齿尺寸对钻头破岩效率的影响规律 (16)3.2布齿密度对钻头破岩效率的影晌规律 (19)3.3冠部剖面形状对钻头破岩效率的影响规律 (21)第4章钻头保径技术研究 (23)4.1钻头保径技术的研究概况 (23)4.2保径器的分类 (27)结论 (34)参考文献 (35)致谢 (36)第1章前言1.1 研究的目的及意义钻头做为钻进过程中主要的岩石破碎工具，其质量的优劣、与岩性和其它钻井工艺条件是否适应，将直接影响钻井速度、钻井质量和钻井成本。
PDC钻头的特点和破岩机理
前言自PDC钻头问世以来，以其优良的性能及随之而带来的经济效益，越来越多的受道现场作业队的青睐。
然而美中稍有不足的是，在现场的应用中，PDC只是PDC 而以，也就是说，作业人员对其了解还不是很深刻。
鉴于此，本人欲从其特点，包括PDC钻头的设计特点和它的结构特点,还有其破岩机理上给予归纳、总结和分析、推理,以期望能为现场作业提供一点技术上的借鉴和参考.PDC钻头的特点和破岩机理摘要:本文在简要介绍了PDC钻头的物质成份,两大类别(胎体钻头和刚体钻头)及其不同物质在钻井作业过程中所起的作用的基础上,归纳、总结了PDC钻头特点,包括其设计特点和结构特点;同时较详细地分析了在打定向井时,PDC钻头的结构特征因素对造斜率的影响;另外也在分析、归纳、总结国内外专家、学者的独特见解的基础上,对PDC钻头的破岩机理,也在一定程度上给予阐述.并在此基础上,最后也提出了一些PDC钻头的选型依据.关键词: PDC钻头; 特点; 机理分析Abstract:This themsis briefly introduces which materials PDC bit is made from,how it is manufactured,and the different types of PDC bits,also shows you the principal functionsof the different materials of PDC bit in drilling----on the basis of these,summaries the characteristics of PDC bit,including its designing characteristics and structural characteristics,and specificly analyses the effect of its structural characteristics on the leaning ration in the controlled directional drilling.At the same time ,after studying the specific ideas of the different experts at home and abroad,to some extent,analyses and summaries the rock breaking mechanism of PDC bit.In the end ,on this basis,gives you some facters that can help you how to choose PDC bit effiently.Key words: PDC bit; characteristics; Mechanism analysis正文:近年内,随着PDC钻头的广泛应用,PDC钻头在型号和质量上都进行了较大的改进,已经在软到硬的地层中逐步使用,并且取得了较好的经济效益,为更好地使用PDC 钻头,使其最大限度地发挥优势,以便更好地服务于钻井作业,特从其特点和破岩机理方面撰写此文.PDC钻头者,就是聚晶金刚石复合片钻头,即Polycrystalline Diamond Compact Bit.其结构见图1-1所示,它示以金刚石为原料加入粘结剂在高温下烧结而成.复合片为圆片状,金刚石层厚度一般小于1mm,切削岩石时作为工作层,碳化钨基体对聚晶金刚石薄层起支撑作用.两者地有机结合,使PDC既具有金刚石地硬度和耐磨性,又具有碳化钨地结构强度和抗冲击能力.由于聚晶金刚石内晶体间地取向不规则,不存在单晶金刚石固有地解理面,所以PDC的抗磨性及强度高于天然金刚石的,且不易破碎.PDC由于多种材料的存在,热稳定性较差,同时脆性较强,不能经受冲击载荷.PDC钻头的特点1973年美国开发了聚晶金刚石复合片钻头,国外广泛应用于软-中硬地层.在中东和北海的深井及海洋钻井中首先获得了高井尺、高钻速,大大缩短了建井周期,降低了钻井成本,受到了钻境界的广泛重视,成为钻井工具的一项重大成就.国内对PDC钻头也引起了极大的关注和兴趣,随着钻井技术人员对PDC钻头的认识和实践,它正在逐步取得较好的使用效果.按钻头材料及切削齿结构划分,PDC钻头有钢体和胎体两大类别(间上图1-2) 胎体钻头用碳化钨粉末烧结而成,用人造聚晶金刚石复合片钎焊在碳化钨胎体上,用天然金刚石保径.碳化钨胎体耐冲蚀、耐磨、强度高、保径效果好.钻头水眼水道面积可以根据钻井工艺需要的水力参数来设计,有较大的灵活性.胎体外形可以根据地层特点设计,变化胎体形状只要改变模具而不需要增加设备.钢体PDC钻头,是用镍、铬、钼合金机械加工成形.经过热处理后在钻头体上钻孔,强人造聚晶金刚石复合片压入(紧配合)钻头体内,用柱状碳化钨保径.它比胎体钻头成本低20%左右,但不耐磨且易被冲蚀.PDC钻头的设计特点1.PDC钻头采用爪型设计PDC钻头的性能在很大程度上取决于切削齿的质量,PDC钻头都采用了高质量爪型齿和环形齿,经过与其它类型复合片对比试验分析,证明它具有抗剪强度高、耐冲击、寿命长、热稳定性能好的特点,与同尺寸普通PDC齿相比,爪型齿的金刚石含量提高了2.7倍,抗冲击破坏能力提高2倍.2.大刀翼设计全部PDC钻头系列的刀翼进行加高加大,采用超大排屑流道设计,可以更加有效的运移钻屑,清洗钻头,防止钻头泥包,提高机械钻速.3.抗回旋设计采用力学平衡设计,对PDC钻头进行螺旋保径设计、轨道布齿设计、缓冲块设计以保证钻头抗回旋性能.4.防泥包涂层设计和制造技术QP系列钻头可根据地层情况进行防泥包涂层设计,它采用了独特的对钻头表面负离子处理技术,使钻头表面带有负电荷,在钻头周围形成一个阳板,形成电流,钻头与钻井液之间形成一个水的集区,其作用就如同润滑剂或象隔板,在钻进中,泥页岩钻屑中的负离子与钢体表面的负电荷相斥,从而起到防泥包的效果.5.可修复性钢体PDC钻头的本体磨损和切削齿破碎后可进行修复和更换,使得钻头的使用成本大大降低.PDC钻头结构特征及此因素对造斜率的影响钻头的费用在一口井中的总费用中所占的比例不是很大,但选好和用好一只钻头对提高机械钻速、提高造斜率和降低全井费用却是关系重大.为了高速、优质、低成本地钻好定向井,应从定向钻井的独特性出发优选钻头.定向造斜段钻井的特点使使用井下马达,钻头转速高,钻头切削齿和钻头外径磨损快钻头寿命缩短.在定向段钻进过程中,需要钻头能保持住所要求的工具面角度,如果所选的钻头布能提供合适的导向能力,就会获取布到所设计的造斜率或偏离所定的方位.这样,就会增多纠斜和扭方位的次数或增多更换下部钻具组合的次数.由于PDC钻头具有无活动件、适应高转速低钻压钻进工况之特点和钻头使用寿命长的优点,因此更适合与动力钻具配合使用,多次现场施工结果表明,动力钻具+PDC钻头钻进方式有利于提高钻井速度,减少起下钻次数、保证钻具安全,取得了动力钻具+牙轮钻头钻进方式无法比拟的技术经济效益.常规定向井施工主要时通过选择合适的造斜工具（弯接头+动力钻具、单弯动力钻具、双弯动力钻具等）调整侧向力的大小，从而控制造斜率的高低，而同样的侧向力与不同结构的PDC 钻头配合对造斜率时有极大的影响的。
优选PDC钻头提高钻井速度的浅析
浅谈优选PDC钻头提高钻井速度[引言]提高机械钻速是一个复杂的综合性课题，它不仅受地质条件的影响，还要受地面设备、钻具、钻头选型、钻井液密度和钻井参数等多种因素的影响。
近年来，由于PDC钻头在设计技术和操作方面的较大改进使得人们也越来越喜欢使用PDC钻头。
在2000年，PDC钻头的钻井进尺仅占总钻井进尺的26％，2003年增加为50％，而2006年PDC钻头的钻井进尺已经占到总钻井进尺的60％。
本文针对PDC 钻头特性分析，仔细分析其在胜利油田适宜和不适宜钻进的地层岩性，给出了钻头选型及钻井参数选择原则，并对应用效果进行了浅析。
希望对以后类似地层井段钻头选型具有一定指导意义。
1．PDC钻头的特征分析PDC钻头是用人造聚晶金刚石切削齿(复合片齿柱)钎焊于钻头胎体(或银嵌于钻头钢体)上而成的一种新型切削型钻头。
由于它在钻井过程中具有独特的自锐-剪切破岩机理，能量消耗少，无活动件，耐冲蚀性能强，对压差敏感小，适应各种钻井液等特点，在低钻压下不仅可获得高钻速和高进尺，而且工作平稳，使用寿命长，成为快速钻井中高效、经济、安全的优良钻井工具。
为此，在钻井现场使用PDC钻头前要作好其特征分析，为优选作好准备。
1. 1布齿特征刮刀式布齿方式是将切削齿沿着从钻头中心附近到保径部位的直线和螺旋线布置在胎体刮刀上，在适当的位置布置喷嘴或水眼，每个喷嘴或水眼起到冷却或清洗一个或两个刮刀片上的切削齿的作用。
采用这种布齿方式的PDC钻头具有整体强度高、抗冲击能力强、易于清洗和冷却、排屑好、抗泥包能力强的特点。
单齿式布齿方式是将切削齿单独布置在钻头工作而上，在适当的地方布置喷嘴或水眼，泥浆从喷嘴流出后，切削齿受到清洗和冷却，同时也起到阻流与分配液流的作用。
这种结构的布齿区域大、布齿密度高，可以提高钻头的使用寿命，但水力控制能力低，容易在粘性地层泥包。
组合式切削齿的布置方式采用直线刮刀式和成组式相结合的方式，在适当的地方布置喷嘴或水眼。
大港油田个性化PDC钻头破岩技术试验
2019.25科学技术创新大港油田个性化PDC 钻头破岩技术试验晏加刚（中国石油集团渤海钻探工程有限公司第一钻井分公司，天津300280）1大港油区地层主要岩性特点PDC 钻头对地层的适应性:平原组主要是散砂。
明化镇组（Nm ）明上段地层岩性以灰色、浅灰色砂岩为主，夹薄层泥岩，砂岩地层厚度发育较大并且集中，一般为细粒砂岩，个别为粉砂；泥岩厚度小，造浆性强。
由于储层的发育，目前未见明显的含油层系。
泥岩厚度较小，对油气的遮挡不太有利。
砂岩为高电阻值特征，厚层为块状。
Nm 下段地层岩性以棕色、灰黄色泥岩为主，夹灰色细砂岩，砂岩厚度小且不集中，其差异是与上段地层明显的区别。
砂岩具有较好的储集空间，泥岩厚度较大，可作为盖层。
在Nm 地层PDC 钻头钻进过程中经常发生泥包现象，设计钻头使用时宜选用刀翼少，刀翼间距大，复合片较大的PDC 钻头提高机械钻速，尽量选择较大的排量，以满足钻头自洗和携砂需要。
馆陶组(Ng)主要岩性为灰白色含砾砂岩、砂岩夹灰绿色泥岩，其底部发育一套杂色砾岩，是黄骅凹陷第一套地层标准层。
Ng 划分了三个油组，既Ng Ⅰ油组、Ng Ⅱ油组及Ng Ⅲ油组，该组地层与上腹Nm 地层的区别是砂岩胶结松散，粒级明显变粗，泥岩为灰绿色，局部个别区块在Ng Ⅱ油组夹杂有棕红色泥岩。
由于砂砾岩岩性胶结疏松，岩屑一般呈散砂状，观察岩屑显示较困难，甚至造成某些油层的岩屑含油级别非常低。
在Ng Ⅱ油组部分地区可见黄铁矿矿物，随着黄铁矿含量的升高会导致油层电阻降低。
Ng 上部地层适合复合片大、复合片数量多、后倾角大的PDC 钻头快速钻进。
下部地层多含砾岩，对PDC 钻头齿损害较大，所以不适合使用PDC 钻头钻进，一般钻进过程中钻时变慢、扭矩增大、有憋跳严重时起钻换牙轮钻头穿馆陶底砾岩。
东营组（Ed ）以大段泥岩夹砂岩为主，局部夹薄层灰色生物灰岩，中部为深灰色泥岩与灰质砂岩互层，个别区域可见暗紫色泥岩。
此地层上部Ed 主要使用19mm 尺寸四刀翼的PDC 钻头。
PDC钻头切削齿切削角度对破岩效果影响规律的研究
PDC钻头切削齿切削角度对破岩效果影响规律的研究引言PDC 钻头切削齿的空间结构参数直接影响钻头的破碎效果，切削齿的切削角度为空间结构参数之一，优化PDC 钻头切削齿切削角度是提高钻头破岩效果的有效途径之一。
本文利用有限元数值模拟不同切削角度的切削齿与岩石相互作用，通过计算岩石破碎体积、切削比功，得出切削角度与二者之间的关系规律，分析切削角度与破岩效果的关系，以优化切削齿的切削角度。
1切削齿切削角度的优化方法PDC 钻头是在钻压和扭矩的联合作用下钻进，对于每一个切削齿的受力，可简化为切削齿受压入力和切削力作用（见图1）。
PDC 切削齿与岩石作用过程是一个高度非光滑非线性接触问题。
对于这种问题的分析，有限元是一种行之有效的分析方法，研究中通过计算岩石破碎体积、破碎比功来衡量破岩效果。
破岩体积越大说明岩石受的力越大，而不同切削角度的切削齿与岩石之间的作用力是不同的，不同作用力破碎岩石所做功需要用破碎比功来衡量，岩石破碎比功是切削齿与岩石接触过程中所作的功比上岩石破碎总体积得出比功的概念，破碎比功是定量地从能量的角度反映切削方式的破岩效率。
因此，寻求切削角度的最优数值，需要综合考虑二者关系，即岩石破碎体积大，同时切削齿与岩石作用过程中做功最小。
图1PDC 钻头切削齿破岩示意图1.1有限元模型的建立为便于计算和分析，对问题假设：（1）切削齿切削岩石的部分为聚晶金刚石复合片，由于金刚石极硬，可认为是绝对刚性体；（2）岩石为弹塑性体，其破坏方式遵循Drucker —Prager 破坏准则，不考虑围压及温度对岩石的影响；（3）研究中假定钻头机械钻速不变，则切削齿的每转吃入量一定，在本文中吃入量取值为3mm ／r 。
（4）切削齿在井底的实际运动形式为螺旋线，由于螺旋角很小，将切削齿的运动简化为平面运动。
根据以上简化和假设，建立有限元模型如图2所示。
针对PDC 钻头适应于软到中硬地层，本文选用砂岩、页岩为代表性岩样。
PDC_钻头齿的破岩机理和性能测试方法研究现状
PDC钻头齿的破岩机理和性能测试方法研究现状李彦操（中石化胜利油田分公司, 工程技术管理中心, 山东东营 257000）摘要 聚晶金刚石复合片（polycrystalline diamond compact，PDC）钻头，是钻井工程中主要破岩工具之一。
PDC钻头切削齿的破岩效率、耐磨性、热稳定性和抗冲击性等性能指标对PDC钻头的使用效果影响很大，相关研究在国内外备受关注。
本文总结了国内外有关PDC钻头齿破岩机理和性能测试的实验装置、测试方法等代表性成果，按照PDC钻头齿与岩石相互作用的方式，相关实验主要包括5大类：PDC钻头齿直线切削实验、旋转切削实验、落锤冲击实验、PDC钻头单齿静压实验以及全尺寸PDC钻头实验；按照测试目的，又可分为PDC钻头齿的破岩机理和性能测试2大类。
通过调研分析这些实验研究的优缺点，以期为PDC钻头齿的研究与优化、PDC钻头的整体个性化设计等提供参考。
关键词 PDC钻头齿；直线切削实验；旋转切削实验；落锤冲击实验；PDC单齿静压实验；全尺寸PDC 钻头实验中图分类号 TQ164; TG74; TG58 文献标志码 A 文章编号 1006-852X(2023)05-0553-15DOI码 10.13394/ki.jgszz.2023.0155收稿日期 2023-08-01 修回日期 2023-08-16自2000年起，随着科研人员对PDC钻头齿破岩机理的深化理解和超硬材料科学与生产工艺的不断进步，PDC钻头在石油和天然气钻井工程中的应用逐渐普及。
如今，PDC钻头在油气钻井领域占据了超过80%的市场份额，贡献了90%以上的全球钻井进尺，几乎成为全球高端钻头市场的主导力量[1]。
PDC钻头齿的技术进步极大地推动了油气钻井工程的效益增长，然而，其有限的耐磨性、热稳定性和抗冲击性仍是制约PDC钻头齿更广泛应用的因素。
因此，研究PDC钻头齿本身的材料特性及其破岩机理，存在着广阔的创新空间和潜力巨大的工业应用前景。
pdc钻头破岩机理
PDC（Polycrystalline Diamond Compact）钻头是石油和天然气行业中广泛使用的钻井工具，因其高效破岩能力而受到青睐。
以下是关于PDC钻头破岩机理的概述：1. 切削作用PDC钻头的核心是其切削齿，这些切削齿由人造多晶金刚石（PCD）材料制成。
这种材料具有极高的硬度和耐磨性，使得PDC钻头能够在岩石中进行高效的切削工作。
2. 剪切破碎在破岩过程中，PDC钻头主要通过剪切力来破碎岩石。
当钻头旋转时，切削齿与岩石接触并施加一个剪切力，这会导致岩石内部产生裂纹，并最终导致岩石破裂。
3. 冲击破碎虽然PDC钻头主要依靠剪切力破岩，但在某些条件下，如硬质地层或复杂地层，冲击力也起着一定的作用。
通过调整钻井参数，例如提高转速和下压力，可以增强冲击破碎的效果。
4. 牙轮辅助破岩一些PDC钻头设计包含有小尺寸的牙轮，这些牙轮可以在钻进过程中提供额外的冲击破碎效果，尤其是在遇到更硬的地层时。
5. 齿形和布齿密度PDC钻头的性能很大程度上取决于切削齿的形状、大小以及布齿密度。
通过优化这些参数，可以提高钻头的适应性和效率。
6. 摩擦磨损和热效应尽管PDC钻头非常耐磨，但长时间使用后也会受到摩擦和热的影响，导致切削齿的磨损。
因此，在设计和使用PDC钻头时，需要考虑到这些因素，并采取相应的措施来减少磨损，延长钻头寿命。
7. 动力学分析为了更好地理解和优化PDC钻头的破岩性能，研究人员通常会进行动力学分析，包括扭转冲击试验等，以揭示影响破岩效率的具体因素，如切削齿尺寸、后倾角和布齿密度等。
综合以上各个方面，PDC钻头能够有效地破碎岩石，实现高效率的钻井作业。
通过对破岩机理的研究和实验，可以不断改进PDC钻头的设计和使用方法，以应对各种复杂的地质条件。
PDC钻头谐振冲击作用力对岩石破碎分析研究
- 45 -第1期图1 岩石离散元模型PDC钻头谐振冲击作用力对岩石破碎分析研究米飞（中国石油大庆钻探钻井四公司，吉林 松原 138000）[摘 要] 随着油气钻探作业从浅层向深层迈进，PDC钻头在钻井过程中遇到的阻碍逐渐增多。
提高钻井速度和提升油气生产效率是关键，在钻遇坚硬岩石时，钻头的破岩效率尤为重要。
通过PDC钻头谐振破岩技术可有效提升钻井生产效率，该技术是未来钻井技术的发展方向。
采用有限元仿真，首先对PDC钻头在有无谐振冲击力作用下，对岩石的破碎效果进行对比，得出PDC钻头具有谐振冲击力的破岩效率更高，并根据不同谐振频率冲击力作用下的岩石破碎程度对比，得出了当谐振频率为60Hz时，PDC钻头的破碎效果最优。
[关键词] 油气钻探；PDC钻头；谐振冲击；破岩分析作者简介：米飞（1984—），男，宁夏石嘴山人，毕业于西南石油大学石油工程专业，工学学士，高级工程师。
长期从事钻井工艺工作。
随着我国国民经济的快速发展，全社会对油气资源的需求量不断增加，油气资源的勘探效率应满足现代社会对油气资源使用需要。
其中油气钻探是油气资源开采的起始阶段，油气资源的开采难度不断增加，从中浅层向深层不断迈进，所遇到的艰难钻进地层也在增多，对于钻探所使用的PDC 钻头的工作性能要求也在增加[1]。
目前常采用旋转结合高压射水的钻进方式对岩石进行破碎，该类钻进技术在中浅层的地层具有良好的适用性，但对于深层岩石的破碎效果不佳，造成了经济性不理想。
针对深层岩石的破碎技术应采取新的钻进方法，其中PDC 钻头谐振破岩技术对深层岩石破碎具有很好的适用性、安全性、可靠性[2]。
通过在PDC 钻头上安装振动发生器，可以使钻头在钻进过程中发生谐振频率，从而带动岩石发生共振，达到提高岩石破碎效率的目的。
为研究PDC 钻头谐振破岩技术在提升破岩效率方面的优势，采用有限元仿真技术，使用了颗粒离散元法模拟岩石受到PDC 钻头谐振冲击下的破碎过程，提高了仿真模拟分析的准确性。
泥岩地层PDC钻头选型及提速研究
泥岩地层 PDC钻头选型及提速研究【摘要】科技的发展促进了油气开采工艺的不断更新迭代，PDC钻头能够在低钻压下取得高进尺和高钻速，具有比牙轮钻头更高的安全性，极大地提高了钻井工作效率和降低钻井成本，在大段软到中等硬度地层具有突出的优点。
但是PDC钻头只适用于软到中硬地层，通过优选PDC钻头适应地层，提高钻速是值得当前深入研究的课题。
【关键字】PDC 复合片泥包小井眼PDC钻头即聚晶金刚石复合片钻头，复合片外形是圆形被镶焊在圆柱的切削具上,将切削具镶装在钻头体上,成为PDC钻头。
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。
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，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，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出井外。
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。
在工作中，切削齿底部磨损面在压力作用下一直与岩石表面滑动摩擦要产生大量的摩擦热，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而影响钻头正常工作，所以钻头要避免热磨损出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。
另外PDC钻头应避免在高硬度，高研磨性的地层中高转速钻进，以免造成局部摩擦温度过高。
泥岩段应用选型针对目前已经钻的侧钻井施工中遇到地层统计，泥岩钻进过程中容易出现泥包问题，对此提出相应PDC钻头选型方法。
１钻头类型和冠部形状预防泥包钻头设计比水基钻井液化学性能更加重要，通过泥包实验发现，相同钻进条件下，具有抛物线轮廓和刮刀水力设计的PDC钻头在钻进泥页岩地层时不太容易产生泥包，而采用脊式布齿或开放表面水力设计的PDC钻头、平的或圆轮廓的PDC钻头、浅锥形轮廓PDC钻头更易产生泥包。
PDC锚杆钻头的破岩机理及其优化设计的开题报告
PDC锚杆钻头的破岩机理及其优化设计的开题报告一、研究背景随着现代建筑、隧道、地铁等基础设施建设的快速发展，对于破岩技术的需求不断增加。
而钻探技术作为一种重要的破岩技术，在工程领域中具有广泛应用。
PDC锚杆钻头是钻探技术中常见的一种破岩工具，具有效率高、寿命长等优点，因此在实际工程中被广泛使用。
然而，由于钻探环境的复杂性，传统的PDC锚杆钻头在实际应用中还存在一些问题，如破岩效率低、易损坏等，因此需要对其进行优化设计。
二、研究内容及目的本文主要对PDC锚杆钻头的破岩机理进行深入研究，并结合优化设计理论，对其进行优化设计。
具体内容包括以下几个方面：1. 对PDC锚杆钻头的构造进行分析，确定其主要破岩机理；2. 在深入分析PDC锚杆钻头破岩机理的基础上，提出优化设计策略；3. 通过数值模拟和实验验证，对优化后的PDC锚杆钻头进行测试和评估。
本文旨在提高PDC锚杆钻头的破岩效率、延长其使用寿命，为工程现场的破岩工作提供更可靠的支持。
三、研究方法在本文中，研究方法主要包括以下几个方面：1. 理论分析：对PDC锚杆钻头的构造进行分析，确定其主要破岩机理；2. 数值模拟：使用有限元软件进行PDC锚杆钻头的数值模拟，以验证其破岩效率和寿命；3. 实验验证：通过试验验证优化后的PDC锚杆钻头的破岩效率和寿命；4. 统计分析：对试验结果进行统计分析，比较优化前后的破岩效率和寿命。
四、研究意义本文将对PDC锚杆钻头的破岩机理进行深入研究，确定其主要破岩机理和优化设计策略，为钻探工程提高工作效率和减少损坏提供技术支持。
同时，本文还将深入探究钻头破岩机理的基本规律，拓宽破岩工程的研究视角，为破岩技术的发展提供参考和借鉴。
基于室内破岩机理实验研究的PDC钻头选择与使用方法探讨
第4卷第2期2006年6月石油工程技术PETROLEUM%ENGINEERING%&%TECHNOLOGYVol.4,No.2June 2006图1微型PDC 钻头示意图20°13.3mm ×4.5mmPDC 复合片压板内六角螺钉钻头体4荨荩收稿日期：2006-03-17改回日期：2006-05-29作者简介：李祖奎（1949—），男，1977年毕业于华东石油学院开发系钻井工程专业，高级工程师，国际岩石力学与工程学会（ISRM ）中国小组成员。
联系电话：（0546）8558725，通讯地址：山东省东营市北一路827号钻井工艺研究院钻井所。
李祖奎耿应春唐洪林（胜利石油管理局钻井工艺研究院，山东东营257017）在简要介绍国内研发的PDC 钻头测定方法与分级标准的基础上，分析了PDC 钻头钻进特性的室内实验情况，论述了数据处理分析过程及其获取的定性定量结论，提出了钻头切削齿有效吃入岩石、地层岩性与切削齿相融、钻进技术参数互补的PDC 钻头选择与使用方法。
PDC 钻头可钻性测定方法微实验机理研究选择和使用方法PDC 钻头在钻压和扭矩的作用下，以人造聚晶金刚石复合片吃入地层并充分利用其极硬、耐磨、自锐等特点犁削、剪切地层和破碎岩石。
PDC 钻头无活动部件，在低钻压、高转速条件下可获得较高的钻速和进尺，因而现场应用广泛。
对于硬度小的塑性岩石，在钻压的作用下，切削齿极易吃入地层，在扭矩的作用下，刀刃前方的岩石产生塑性流动，使岩石出现切削破碎；对于硬度较大的塑脆性岩石，在钻压和扭矩的同时作用下，PDC 钻头切削齿切入岩石，使岩石产生剪切破碎[1]。
所以，PDC 钻头的破岩方式不仅取决于钻头冠部轮廓形状、切削结构、切削齿材质、布齿密度/方式与方法等设计因素，而且受控于钻头与所钻地层及其岩性的匹配性。
国内外钻井工程界不仅致力于钻头结构、水力结构、切削齿材质/布置方式、制造工艺等方面的研发与技术创新，还十分重视PDC 钻头特性的室内实验研究。
PDC 钻头扭转冲击破岩机理及试验分析
PDC 钻头扭转冲击破岩机理及试验分析李思琪;闫铁;李玮;毕福庆【摘要】扭转冲击载荷作用可以解决由于黏滑振动引起的 PDC 钻头过早失效问题,大大提高机械钻速。
建立扭转冲击载荷作用下的 PDC 钻头单刀翼、多刀翼与岩石相互作用模型,并通过室内试验进行了扭转冲击载荷与静压载荷作用下的钻进对比试验,对 PDC 钻头扭转冲击破岩机理进行研究。
红砂岩试验结果表明：在扭转冲击作用下,钻进相同深度红砂岩,可节约钻进时间36.6%；有扭转冲击作用的 PDC 钻头钻速均高于同等条件下静压载荷下 PDC 钻头的钻速,平均增长幅度为116.8%。
黄砂岩试验结果表明：在扭转冲击作用下,PDC 钻头钻速最高达到静压载荷条件下的152.3%；钻头直径为75mm 的PDC 钻头的最佳比钻压为0.16~0.24kN/mm。
PDC 钻头扭转冲击破岩机理的研究为 PDC 钻头的高效破岩奠定了理论基础。
【期刊名称】《长江大学学报（自然版）理工卷》【年(卷),期】2015(012)002【总页数】5页(P48-51,65)【关键词】扭转冲击;PDC 钻头;黏滑;破岩机理;机械钻速【作者】李思琪;闫铁;李玮;毕福庆【作者单位】东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆 163318;东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆 163318;东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆163318;中石油大庆油田分公司第五采油厂试验大队，黑龙江大庆 163513【正文语种】中文【中图分类】TE21PDC钻头作为主要的破岩工具之一，近几年随着深部地层勘探开发比例的增加，其应用比例也随之增加［1，2］。
但由于PDC钻头破岩时产生黏滑振动，引发PDC钻头过早失效，因此大大降低了机械钻速和使用寿命，这是PDC钻头亟需解决的问题之一［3］。
目前有关PDC钻头破岩机理的研究较多。
Chen Yinghua［4］通过试验研究了单个切削齿与岩石的相互作用。
Kaitkay等［5］用单个PDC片在不同静水压力下对岩石进行了切削试验，研究发现切削力会随着切削角度和静水压力的变化而变化。
基于MATLAB的PDC钻头破岩仿真的研究
基于MATLAB的PDC钻头破岩仿真的研究一、研究的目的、意义由于PDC钻头在在深井中工作，它在破岩时的实际情况我们不能够直观的、有效的了解，导致PDC钻头失效时而不知道其原因，为此PDC钻头的破岩仿真极其重要，又MATLAB有强大的数学和仿真功能，并且可以实现数据的可视化，所以用MATLAB软件来对PDC钻头破岩仿真的研究有重要意义。
二、研究背景由于PDC钻头结构的复杂性、地层条件的复杂性以及PDC钻头在井底运动状态的复杂性，单纯利用理论分析的方法难以充分地了解钻头与岩石之间互作用过程的规律。
采用实验测试的手段固然是一种可行的方法，但实验测试耗时长、成本高，且必须以真实的钻头作为测试对象。
所以，开发能针对虚拟钻头进行仿真实验的数字化的PDC钻头钻进分析系统，是一项十分有价值的工作。
PDC钻头数字化钻进分析系统的功能，就是利用计算机数字仿真技术来分析PDC钻头在钻进过程中与井底岩石之间的复杂的互作用关系。
而对于MATLAB仿真，就是它其中Simulink仿真。
它的功能和特点如下：1、交互式图形化的建模环境Simulink提供了丰富的模块库以帮助用户快速地建立动态系统模型。
建模时只需使用鼠标拖放不同模块库中的系统模块并将它们连接起来。
另外，还可以把若干功能块组合成子系统，建立起分层的多级模型。
Simulink这种图形化、交互式的建模过程非常直观且容易掌握。
2、交互式的仿真环境Simulink框图提供了交互性很强的仿真环境，既可以通过下拉菜单执行仿真，也可以通过命令行进行仿真，菜单方式对于交互工作非常方便，二命令行方式对于运行一大类仿真如蒙特卡罗仿真非常有用。
有了Simulink，用户在仿真的同时可以采用交互或批处理的方式，方便地更换参数来进行“What-if"式的分析仿真。
仿真过程中各种状态参数可以在仿真运行的同时通过示波器或者利用ActiveX技术的图形窗口显示。
3、专用模块库(Blocksets)作为Simulink建模系统的补充，MathWorks公司还开发了专用功能块的程序包，如DSPBlockset和Communication Blockset等。
PDC钻头钻井岩屑录井技术探讨
PDC钻头钻井岩屑录井技术探讨1、前言PDC钻头技术创新带来的高钻速、高时效，有利于降低钻井总成本，提高经济效益，但同时由于钻屑量小，砂泥岩之间的钻井时间变化不大，给岩屑录井带来了诸多问题。
PDC钻头不仅降低了油气发现率和测井剖面符合率，而且给地层对比、岩性归位和油气藏解释带来困难。
面对上述挑战，应开展PDC岩屑测井随钻岩性识别技术研究，进一步完善岩性识别和油气显示快速评价解释技术，提高油田整体勘探开发效益。
2、pdc钻头钻井特点及对地质录井影响然而，PDC钻头钻井对地质测井有很大影响：a.pdc钻头钻进时岩屑特别细小，一部分融入泥浆内造成岩屑捞取量很少。
同时，过细的岩屑给清洗工作带来较大的困难，较难获得可靠的、能真观反映地层情况的岩屑。
b、岩屑回收量小，加上砂岩岩屑颗粒与泥浆充分接触，岩屑清理过程中油气逸出严重，导致常规地质测井中油气显示普遍减少。
c.岩屑细小，现场挑样极为困难，有时挑样任务无法完成，影响地化分析和地质油气取样。
d.由于钻时较快，传统的色谱分析周期长，常常漏失薄层油气层，给薄层油气层的发现和解释带来困难。
e、由于岩屑很小，尤其是使用小型复合钻头时，岩屑几乎呈粉状，因此很难描述岩屑。
f、砂岩和泥岩的钻井时间相差不大，这使得在野外测井中很难划分岩性界面和岩性归位。
3、pdc钻头岩屑录井技术探讨3.1准确记录钻孔时间，及时测量迟到时间钻时是地层可钻性的最直接的反映。
传统概念上，正常的砂泥岩剖面使用牙轮钻头应该是砂岩可钻性好，泥岩可钻性差，但使用pdc钻头则不尽然。
不同的坳陷或不同的油田、区块及地层的砂泥岩钻时各具特征。
总体上讲，西部新疆、陕北地区使用pdc钻头时，钻时基本上能够正确反映地层的砂泥岩变化。
例如，在准噶尔盆地腹部的中央坳陷带、鄯善油田等地区，侏罗纪地层是主要目的层，无论使用牙轮钻头或pdc钻头，砂泥岩钻时变化均较明显。
分析原因可能是因为该区内目的地层沉积较古老，泥岩埋藏深，压实性较好；砂岩大部分成分为石英、长石，呈次圆状―圆状，分选好，泥质胶结，疏松―较疏松。
异形pdc齿切削破岩提速机理研究
异形pdc齿切削破岩提速机理研究
异形PC齿是一种具有独特齿形结构的刀具,主要用于矿山、建筑材料、航空航天等领域。
由于其具有较高的硬度、韧性和耐磨性,因此在破岩提速方面具有重要意义。
下面对异形PC齿切削破岩提速机理进行深入研究。
1. 破岩提速机理
破岩提速是指在矿山或建筑工程中,通过使用刀具切削或打磨等手段,加速岩石的破裂和分离,以达到提升生产效率和降低成本的目的。
破岩提速的关键在于提高刀具的切入能力和刀具表面的光洁度。
异形PC齿刀具的切削能力主要取决于其设计和材料质量。
通过优化刀具的齿形和结构,可以提高刀具的切入能力,使刀具能够更有
效地穿透岩石。
此外,通过提高刀具的硬度和韧性,可以提高刀具的耐用性,减少刀具的磨损和断裂,从而延长刀具的使用寿命。
2. 破岩提速影响因素
异形PC齿切削破岩提速的影响因素包括以下几个方面:
(1)刀具材料:刀具材料的硬度、韧性和耐磨性等因素都会影响刀具的切削能力和耐用性。
(2)刀具设计:刀具的齿形、角度和长度等因素都会影响刀具的切入能力和切削效果。
(3)切削温度和压力:切削温度和压力等因素都会影响刀具的磨
损和断裂,进而影响破岩提速效果。
(4)岩体性质:岩体的性质(如硬度、韧性、含水量等)也会影响破
岩提速效果。
3. 结论
异形PC齿刀具在破岩提速方面具有重要作用。
通过优化刀具的齿形和结构,提高刀具的切入能力,以及控制切削温度和压力等因素,可以提高刀具的破岩提速效果,从而提高生产效率和降低成本。
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【 关键词 】 Ｐ ＤＣ钻 头 ； 破 岩效率 ； 研 究
在进行钻井的时候 ，经过实践证明，影响 Ｐ Ｄ Ｃ钻头性能 的主要
压下的变化规律大致上都是一样的， 仅 仅在 平均钻速上有 点儿差异 。 参数是布齿密度 、后倾角 与切 削齿 的尺 寸，这些参数能够直接影响
到Ｐ Ｄ Ｃ钻头 的破岩效 率。当前，在 设计 Ｐ Ｄ Ｃ钻头的时候 ，在大多数 情况下 ，设计人员仅仅是靠 自己的经验 来设计布齿密度、后倾角与 切削齿的尺寸 。例如 ，在软地层使 用尺 寸较 大和 密度较低的布齿 ，
高。
钻 头质量的好 坏能够决定钻井的 费用支 出、钻 井的质量和钻进 的速
度。其 中， 金刚石钻头 当中比较重要的一种是 Ｐ Ｄ Ｃ钻 头， 在钻压 比 较低的情况下 ， Ｐ Ｄ Ｃ钻 头具有较好的钻速与进尺 ，因此被得 以普遍 的使用 。 影响 Ｐ Ｄ Ｃ钻头性能的主要参数是布齿密度、 后倾 角与切 削
高新技 术
关于 Ｐ Ｄ ０ 钻头破岩效率 的研究
黄 立
（ 胜利石油管理局黄河钻井总公司管具公司 ）
【 摘 要】 在 钻进 的时候 ，所使用的破岩 的主要 工具是钻 头，
齿的数 目。 针对 比较松软 的地层 ，在确保井覆盖标准 的前提条件下 ， 应当尽可能地设计和使密度 比低的布齿钻头 ，以使破岩效率大大提
由此可见 ，当使用 Ｐ Ｄ Ｃ钻头钻进三级 以下地层 的过程 中，使用 １ ９ ｍ ｍ 尺寸 的切削齿的破岩效率是比较高的；当使用 Ｐ Ｄ Ｃ钻头钻进 Ｖ级与 Ⅳ级地层 的过程 中，使用 １ ６ ｍ ｍ尺寸 的切 削齿 的破岩效率是 比较高 的 因此 ，倘若岩石 的可钻性级值 比较 高，那么就 需要使用小直径 的切削齿实施钻进。
。 、
１ ５ 。、２ ０ 。、２ ５ 。，设计的试验 钻头数 目是 ２ １个。在准备岩石
样本上 ，为使试验设计 的重 复性 与对 比性较好，实验所使用的是人 造岩石样本 ，以水泥作为主要 的材料 ，制作 出了三种不一样的岩石 样本，各 自代表着极软 、软与 中的三类不一样的地层 。
候， 倘若使用尺 寸比较大 的切 削齿 ， 切削齿钻进岩石是比较 困难 的。
在硬地 层使用 尺寸 较小和 密度较 高 的布 齿 ，后 倾角 的范围 一般是 ｉ ０ ￣３ ０ 。。当前 ，因 为缺少理论依据 ，所以在对 布齿密度、后倾角
与切削齿的尺寸进行取值 的过程 中常常 是不确定的，不能合乎设计
Ｐ Ｄ Ｃ钻 头 的 标 准 。
１试验设计 的准备 工作 本人把试验钻头设计成 四刀翼钻头，它的直径是 １ ０ ０ ｍ ｍ的，设 计钻头 的剖面形状是 “ 直线一 圆弧一 直线 ”的，ｉ ５ 。的外锥角 ，１ ３ Ｏ 。的内锥 角，１ ３ ｍ ｍ的冠顶圆弧半径 ，３ ０ ｍ ｍ的冠顶旋转半径，设计切 削齿的直径是 １ ３ ． ４ ４ ｍ ｍ ，１ ５ ． ８ ８ ｍ ｍ ，１ ９ ． ０ ５ ｍ ｍ ，后 倾 角 的 值 是 ５ 。、１ Ｏ
５ 结 语
２ 钻进试验 的整个 过程 所使用的 Ｐ Ｄ Ｃ钻头试验 台架是 ３ Ｈ － ６ ５ ０ Ａ型的，这种试验 台架主
要有数 据采集、水利循环清洗 、液压控 制钻 压和 电机 的驱动旋转等 系统组成的。在钻进试验的过程中 ，固定住转速是 ６ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ，设计
的钻压 分别是 ４ ｋ Ｎ ，６ ｋ Ｎ与 ８ ｋ Ｎ ，使用清水作为循环 的介质 ，设计清
通过进一步分析和研究实验的结果发现 ，后倾角和切 削齿 的尺寸对 Ｐ Ｄ Ｃ钻头 的破岩效率能够产生很大 的影 响。其 中，后倾角 的范 围在
ｌ Ｏ 。～ｌ ５ 。之间的时候 ，或岩 石样本 的可钻性级值是 ３ ． ５的时候 ， Ｐ Ｄ Ｃ钻头的破岩效率是 比较高 的；当后倾角 的范 围在 １ ５ 。～２ Ｏ 。之 间的时候，或岩石样本的可钻 性级值是 ４ ． ６与 ５ 。 ８的时候，Ｐ Ｄ Ｃ钻 头的破岩效率是 比较高的 同时能够发现，切削齿的尺寸也能够对 Ｐ Ｄ Ｃ钻头的破岩 效率产 生 比较重大的影响 ，当切削齿的尺寸的直径 是 ｉ ３ ｍ ｍ 、１ ６ ｍ ｍ与 １ ９ ｍ ｍ 的时候，岩 石样本 的可钻 性级值各 自是 ３ ． ５ 、４ ． ６与 ５ ． ８ 。当岩石样 本的可钻性级值都是 ３ ． ５的时候， 平均钻速从低到高分别 是 １ ３ ｍ ｍ尺 寸的切削齿的 Ｐ Ｄ Ｃ钻头、１ ６ ｍ ｍ尺寸的切削齿的 Ｐ Ｄ Ｃ钻头和 １ ９ ｍ ｍ尺 寸的切削齿的 Ｐ Ｄ Ｃ钻头 ；当岩石样本 的可钻性级值是 ４ ． ６与 ５ ． ８的 时候，平均钻速从低到高分别 是 １ ９ ｍ ｍ的尺寸切削齿 的 Ｐ Ｄ Ｃ钻头与 １ ６ ｍ ｍ尺寸 的切削齿的 Ｐ Ｄ Ｃ钻头。通过比较得知，在钻压水平一样 的情况下 ，当抗钻 的阻力 比较小与可钻性级值 比较低 的时候 ，切 削 齿钻进岩石是 比较容 易的，因此 ，尺寸 比较大 的切 削齿的破岩效率 是 比较高的 ；反之 ，当抗钻 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ阻力 比较大与可钻性级值 比较高 的时
齿的尺寸 。本 文通过在 室内进行 Ｐ ＤＣ钻 头的试验 ， 从 布齿 密度 、后 倾角与切 削齿的尺寸这几个方 面对 Ｐ ＤＣ钻 头破岩 效率进行 了研 究。
４后倾角和切削齿 的尺寸对 Ｐ Ｄ Ｃ钻头破岩效率的影响
Ｐ Ｄ Ｃ钻头对 １ ＃ ， ２ ＃ 与３ ＃ 岩石样本在 ６ ｋ Ｎ 、８ ｋ Ｎ与 １ ０ ｋ Ｎ 的钻压 下 进行钻进的过程 中，钻速会受到后倾角和切 削齿 的尺寸的影响 。通 过对 １ ＃ ， ２ ＃ 与３ ＃ 岩石样本在不 同钻压下钻进的平均钻速 、后倾角和 切削齿的尺寸的分析和研究发现，Ｐ Ｄ Ｃ钻 头在 ６ ｋ Ｎ 、８ ｋ Ｎ与 １ ０ ｋ Ｎ钻
水流量是 ｌ １ Ｌ ／ ｓ 。全部试验 的过程主要可 以分为 以下两个阶段 ：第