摘要：针对深层、超深层钻进对PDC钻头的长寿命、高效率的需求,设计了一种新型界面结构形状的PDC,并分别对常规平面界面型PDC及新型界面结构PDC进行了残余应力分布数值模拟研究和热处理评估。研究结果表明,新型界面结构PDC与平面界面PDC相比,聚晶金刚石层表面中心的压应力从1645 MPa减小到1068 MPa,边缘部分的最大拉应力从435 MPa减小到238 MPa,边缘拉应力区域从3 mm减小至2 mm左右,最大剪切应力从边缘转移到金刚石层内部区域,PDC轴向界面边缘处最大拉应力从744 MPa减小至254 MPa。经800℃热处理后平面界面PDC可见明显的脱层及聚晶层碎裂现象,而新型非平面界面结构PDC在800℃以及900℃热处理下仍未发生脱层现象,聚晶层也无明显热裂纹,表明新型界面结构PDC的热稳定性明显提升。该研究可为提升PDC钻头使用寿命和钻进效率提供结构设计借鉴。

摘要：为探究扇形齿破岩机理,开展了扇形齿切削破岩试验和仿真,利用数字化仿真分析了扇形齿PDC钻头工作性能。分析结果表明:随着前倾角的增大,扇形齿切削力及破碎比功先减小后增大,前倾角15°为扇形齿较优工作角度;扇形齿切削力随切削深度增大而增大,而破碎比功对切削深度变化敏感性不高,1.5~2.0 mm为扇形齿较优切削深度;岩石强度对扇形齿切削载荷和切削效率的影响较大,较常规切削齿,扇形齿具有较小的切削载荷,更强的侵入能力,同时能够保证一定的切削效率;扇形齿PDC钻头工作稳定性好、磨损均衡性适中、侵入能力较强,能够有效增强目标地层钻头稳定性、减轻钻头异常振动、提高钻进效率。仿真研究揭示了一定的扇形齿切削规律,为PDC钻头布齿结构优化提供了参考。