摘要：开采干热岩地热资源大多都需要在硬度大、研磨性强、可钻性差、温度高的地层中钻井,pdc钻头的合理布齿是提高破岩效率的关键。为了给干热岩钻井用pdc钻头的设计提供参考,基于弹塑性力学和岩石力学,以Drucker-Prager准则作为岩石的强度准则,建立了pdc切削齿动态破岩的三维数值仿真模型,研究了60 MPa围压条件下切削深度、温度、后倾角、切削速度对pdc切削齿破岩效率的影响以及影响机理。研究结果表明:①pdc切削齿以0.5 m/s的速度切削岩石,pdc切削齿(后倾角5°～25°)的破岩比功随切削深度的增加而减小,随温度的增加呈现出先增大后减小的趋势,临界温度为200℃;②pdc切削齿以0.5 m/s切削速度切削岩石,pdc齿(切削深度1～3 mm)的破岩比功随后倾角增加呈现出先减小后增大的趋势,最优破岩后倾角为20°;③岩石温度处于20～300℃的范围内,pdc齿以后倾角5°进行破岩,破岩比功随切削速度的增加而增大,任意切削速度下,破岩比功随切削深度的增加而减小。结论认为:在干热岩钻井中,采用浅内锥、大冠顶、长外锥的钻头外形结构,增加冠顶处布齿密度、降低中心处布齿密度、20°后倾角,可以释放岩石围压、均匀切削齿磨损、增加切削深度、降低破岩比功、提高钻井效率。

摘要：为找出影响pdc切削齿受力的因素及一般规律,利用pdc切削齿对多种岩样进行切削试验,通过模拟实际钻井中不同的切削断面形状、重叠切削状态及磨损状态,研究了切削面积、接触弧长、岩石抗钻强度、切削齿磨损高度等因素对pdc切削齿受力的影响规律。结果表明,在切削面积相同的情况下,切削齿受力随接触弧长、岩石可钻性极值、切削齿磨损高度分别呈线性、幂函数和指数函数趋势增长。基于试验结果,并结合后倾角的变化规律,引入弧长系数、磨损高度系数,建立了pdc切削齿受力模型,这为pdc钻头设计及合理使用、复合材料合成工艺等提供了参考依据。

摘要：为了提高聚晶金刚石复合片(pdc)切削齿的破岩效率,将仿生非光滑理论应用到pdc切削齿的表面形态设计中,通过对波浪形、三角形和梯形金刚石层表面形态的仿真模拟,优选出三角形表面形态为最佳结构;以φ13.44 mm×8 mm的pdc切削齿为例,通过仿真模拟对三角形凹槽数量进行了分析,最终确定3个三角形凹槽为最佳;按照确定的优化设计方案,根据不同材料和工艺设计加工了4种大锯齿仿生pdc切削齿,通过微钻试验台进一步对比分析了仿生pdc切削齿与平面pdc切削齿的钻进效率。结果表明:大锯齿仿生pdc切削齿钻进效率明显优于普通平面片,但是破岩过程中容易出现"崩片"现象,为保证使用寿命,在材料和加工工艺方面应比普通平面片要求更高。

摘要：本文介绍了近年来pdc钻头的设计理念和pdc切削齿的最新技术动向,pdc切削齿的若干关键技术,以及国际上最新采用的测试技术。通过提高金刚石含量,加强D-D键结合,优化界面几何形状,减少内应力,精细控制各种原辅材料的质量,最终提高pdc切削齿的综合性能。文中介绍了pdc超声波逐行扫描探伤技术,最新的重负荷检测耐磨性能,以及耐热性和抗冲击性的检测技术。最后还对石油钻井市场现状进行了介绍。

摘要：从影响pdc切削齿质量的几个主要参数耐磨性、磨削时间、平稳性、抗冲击韧性等出发,对六种Φ1308pdc切削齿的性能进行了检测,在此基础上,引入优化设计理念,采用加权评价的方法,优选出综合性能较好的pdc切削齿,同时制作113mm弧角钻头进行现场试验。结果表明综合性能评分较高的pdc切削齿在钻进过程中性能出色,累计进尺大且不容易发生崩刃。上述方法为pdc切削齿的选型和钻头的生产试制提供了依据。

摘要：详细叙述了围压条件下ＰＤＣ切削齿受力（轴向力、切削力、侧向力）的测量方法，并研制成功了相应的围压测力传感器，解决了传感器的防水问题，同时用实验标定的方法消除了高压给传感器测量精度带来的影响。

摘要：赛克瑞特(Security)DBS公司在其高性能的“能量平衡”(Energy Balanced^TM)系列牙轮钻头上应用了新型轴承密封系统，以提高钻头的稳定性。同时该公司还在其FM3000^TM系列固定切削结构钻头上采用了先进的Z3^TM pdc切削齿技术，以提高钻头的耐磨性及抗冲击性。这两种系列钻头的设计均应用了“用户界面”(Customer Interface-DatCI^TM)软件程序，采用用户的第一手资料及先进的优化工具来实现特定应用设计的性能最大化。

摘要：pdc (polycrystalline diamond compact,聚晶金刚石复合片)钻头是当今油气钻井领域的主要破岩工具,具有耐磨性高、机械钻速高和破岩效率高等优点。pdc切削齿作为切削单元,决定了pdc钻头的破岩性能。pdc钻头布齿的目的是确定每颗pdc切削齿在钻头上的空间位置,使得钻头在钻井破岩时具有优良的性能和可靠的寿命。基于不同布齿技术设计的pdc钻头在钻井过程中表现出不同的破岩性能。因此,pdc钻头布齿技术得到了国内外学者的广泛关注。现已有大量学者针对pdc钻头自诞生以来的布齿技术做了相应研究,但目前仍缺乏系统性的总结。为此,以近年来国内外关于pdc钻头布齿技术的文献为基础,总结了pdc钻头自诞生以来的布齿技术的发展历程,主要包括早期布齿阶段、经典布齿阶段和现代布齿阶段。通过对pdc钻头布齿技术发展历程的分析与总结,指出复合pdc钻头、兼容智能化pdc钻头、长寿命pdc钻头、力平衡pdc钻头、冲击与振动下pdc钻头以及特殊地层下pdc钻头的布齿技术是未来的发展趋势。研究结果可为后续的pdc钻头布齿技术研究提供一定的参考,有望推动pdc钻头布齿技术的进一步发展。

摘要：斧形齿有较好的抗冲击和耐磨性,可提高pdc钻头的破岩效率,被广泛用于高研磨性和硬质地层钻井。基于弹塑性力学与岩石力学,以Drucker-Prager准则作为岩石的屈服准则,利用ABAQUS软件建立斧形齿动态破岩的三维数值仿真模型,研究了齿面角、后倾角、切削速度和切削深度等因素对斧形齿破岩性能的影响。仿真结果表明:在后倾角15°、切削速度2.5 m/s的情况下,斧形齿的切向力、轴向力都随着齿面角和切削深度的增大而增大,破岩比功随着切削深度的增大而减小;在齿面角130°、切削速度2.5 m/s的情况下,后倾角对斧形齿轴向力的影响比切向力大,随着后倾角的增大,轴向力和破岩比功均增大;在齿面角130°、后倾角15°的情况下,以不同的切削速度切削岩石,切向力和破岩比功均随着速度的增加而增大。研究结果有助于进一步优化pdc钻头的布齿,为pdc钻头的设计和定制提供参考。

摘要：模拟钻头上的切削齿的不同的切削断面形状、重叠切削状态及磨损状态,利用pdc切削齿对多种岩样进行了切削试验,研究了切削面积、接触弧长、切削齿后倾角、岩石抗钻强度、切削齿磨损高度等因素对pdc切削齿受力的影响规律。结果表明,切削面积相同情况下切削齿受力随接触弧长、岩石可钻性极值、切削齿磨损高度分别呈线性,幂函数和指数函数趋势变化;切削齿受力最小的后倾角在5～10°区间内。引入弧长系数、磨损高度系数,建立了pdc切削齿综合受力模型。根据力的平衡原理,推导得出完整的pdc钻头受力计算模型,为pdc钻头优化设计和合理使用提供了理论依据。