PDC钻头技术新进展

态 。 目前ＰＶ Ｉ 技术 经成 为实验流 体力学的重要研 究手段；
在 一 维 设 计 方 面 ， 摹 于 Ｐｏ Ｅ ＰＣ 头 三 维 优 化 设 计 取 得 了 ｒ／的 Ｄ钻 很 人 进 步 ，在 Ａ ｔ Ｃ Ｄ 台 上进 行 而 开 发 ， 丌 发 出 了Ｐ Ｃ 头 ｕ ｏＡ Ｄ钻
中国西 部科技 ２ １ Ｊ０ 月 （ ０ Ｏ￣ ６ － 上旬 ）第０ 卷第 １ 期总 第２ ３ ９ ６ １ 期
杨 明 合
（ 国石 油 天 然 气集 团公 司钻 井 工 程 重 点 实验 室 长 江 大 学 分 室 ，湖 北 荆 州 ４ ４ ２ ） 中 ５ ０ ５
摘
要：Ｐ ｃ 头是 用人 造 聚晶金刚石 切削块嵌 于钻头胎体而成 的一种新 型切削 型钻头。极 大地提 高钻 井工作 效率和 降 Ｄ钻
现 场试 验 的费用 、时 『和 风 险 。如在ＰＣ 头水 力结 构方面 ，采 ｕ Ｊ Ｄ钻 用ＣＤ 值 分析 软 件 ；ＰＶ （ａｔｃｅｒｇＶ ｌｃｍ ｔｙ Ｆ数 Ｉ Ｐｒｉｌｌａ ｅｅｏ ｉｅｒ ）速 度测 ａ
国各 主 要 油 田 在 适 应 地 层 巾大 力 推 广 使 用 Ｐ Ｃ 头 ， 使 国 Ｄ钻 内ＰＣ 头 的用 量 和 在 钻井 总 进 尺 中所 占 比例 逐 年上 升 。 Ｄ钻
统 的 设计 思 想 是 等 切 削 原理 或 等 磨 损 原 理 。 曰ｌ ＰＣ 头 ｉ Ｄ钻 ￣ Ｊ 的设 计 理 论 主 要包 括 破 岩 机 理 研 究 、 切 削 力 学研 究 、钻 进 过 程 中的 振动 和 涡 动 现 象 动 力 学 研 究 、 水 力 学研 究 以及 有 限元 强度 分 析和 工作 性 能 预测 研 究 。 在 布 置切 削 齿 方 面 ，一 般 的 设 计 原 则是 “ 剀 削 、 等 等 功 率 、等 磨 损 ” 。 最近 提 出 的Ｐ Ｃ 头 等 体 积 布 齿 设 计 的 Ｄ钻 数值 计 算 方 法 具 有代 表性 。这 种 方 法 在 综 合 考 虑 了 钻 头冠 部形 状 、切 削 齿 的布 置 、切 削 齿 尺 寸 、 切 钊 齿 的相 作 用 等 固 素 的 影 响 下 ， 建 立 了切 削 齿 等 体 积 设 汁数 学 计 算 模 型 ，对 切 削 齿 的工 作 角 进 行 了优 化 发计算 并将 其 结 果应 用
即 聚 晶 金 刚 石 复 合 片 钻 头 ）是 随 着 Ｐ Ｃ 复 合 材 料 的发 展 １ ） 而发 展 起 来 的 一类 新 型钻 井 工 具 。 国外 七 １年 代 中 期 开 始 一 研 究 ， 八 十 年 代 初 投 入 工 业 使 片 ，Ｐ Ｃ 头 已在 油 钻 井 ｊ Ｄ钻 工 具 中 占有 十 分重 要 的地 位 。我 围从 八 年 代初 才 开始 了
Ｐ Ｃ 头 （ ｏ ｙ ｒ ｓ ａ ｌ ｎ ｉ ｍ ｎ ｏ ｐ ｃ ｉ ， Ｄ钻 Ｐ ｌｃ ｙ ｔ ｌ ｉｅ Ｄ ａ ｏ ｄ Ｃ ｍａ ｔＢ ｔ
Ｐ Ｃ 头 的 设 计 实 现 真 正 意 义 上 的 计 算 机 辅 助 设 计 和 计 Ｄ钻 算 机 优 化 设 计 ， 进 一 步 发 展 钻 头 的 实体 仿 真 和 工 作 状 态 仿 真
解 Ｐ ｃ 头 ，现 在 国 内生产 Ｐ ｃ 头 的 厂 家 已有 十几 家 ，全 Ｄ钻 Ｄ钻
技术 。对现 有钻头 或虚拟钻 头进 行力 学分析和工 作状态 分
析 ， 进 行 使 用 效 果 预测 和提 供 数 据 ，进 行 改进 和 优 化 设 计 。
避 免 由于 设计 上 的差 距造 成 实物 损 失和 时 间浪 费，极 大地 减少
低 钻 井 成 本 。 本 文着 重 介 绍 了近 几年 国 内＃Ｐ Ｃ 头 设 计 的 新 进 展 和Ｐ Ｃ 头制 造 的新 工 艺技 术 。 ＦＤ 钻 Ｄ钻
关 键 词 ：Ｐ Ｃ 头 ；设 计 ；制 造ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ工 艺 ；进 展 Ｄ钻
Ｄ ｈ ．９ ９ ｊｓ ．６ １ ６ ９ ． ０ ０ １ ．０ Ｏ １ ３ ６ ／ ．ｓ １ ７ — ５ ６２ ．６０ ５ ０ ｉｎ １
设 计 三 维 计算 模 。Ｐ Ｃ 头 设 计 手 段 的 不 断 更 新 ，大 大 地 Ｄ钻 加快 了设 计速 度 、捉 高 了设 计 质 量 。
１ ３ ＰＣ ． Ｄ 钻头结构 设计新进展
Ｐ Ｃ 头 设 计 结 构 的 更 新 在 不 问 断 地 进 行 着 ， 目的 就 是 Ｄ钻 寻 求 一 种 更 为 合 理 的 结 构 ， 以期 获 得 更 高 的机 械 性 能和 更 长 的 使 用 寿 命 ， 以及 对 地 层 的 更 广 泛 的 适 应 能 力 。 布 齿 方 式 上， 从钢 体式 到胎 体式 ：从 点式 到 螺 旋 水 槽 式 ，再 到 超 深 宽 水槽 刮 刀 式 。布 结构 上 ，从 标 准 片 到 火 片 ，再 到 大 小 片 混
用 。 该 方 法 就 是 当Ｐ Ｃ 头 冠 部 曲 线 按 一 定 的 方 式 设 计 Ｄ钻
都住 探 索 的过 程 之 巾 。设 计 结 构 史 新 的 另 一 重 要 内 容 是针 对 不 同 的地 层 和 钻 头 的 不 同工 作 状 态 以 及 钻 头 的 不 同工 作 部 位 采 用 不 同 的 切 削 元 件 ， 可 以 更 好地 发挥 切 削元 件 的性 能和 提 高 钻 头 的针 对 性 。 ２ ＰＣ Ｄ 钻头 的制 造 新 工 艺
布 ； 从 单 排 到 排 等 等 ， 以 及 所 谓 的抗 夹 层 ＰＣ 头 等 Ｄ钻
于该模型 中。这种 方法这为Ｐ ｃ 头的设计和件 能模 拟分 Ｄ钻
析 提 供 了一 种 可 行 方法 。 除 了 等 体 积 设 计 方 法 之 外 ， 沿 冠 部轮 廓 曲线 均 匀 和 非均 匀布 齿 的 方法 在 实 际 也 得 到 了应
量技术近年来获得了迅速发展，它利用粒子成像技术对整个或
局 部 流场 时 记 录测 量 ，从 而 获得 流 场 的 瞬 时 动 力 学 流 动 状
１ ＰＣ Ｄ 钻头的设计新进展 １１ Ｐ Ｃ ． Ｄ 钻头设计 理论新进展
金 刚石 复 合 片 钻 头 设计 的核 心 内容 是 布 置 切 削 齿 。传