API標(biāo)準(zhǔn)石油鉆頭 PDC 復(fù)合片鉆頭 

1 PDC鉆頭的結(jié)構(gòu)

切削齒、水力系統(tǒng)、排屑槽和保徑齒組成。它有兩種基本的類型:鋼體鉆頭和胎體鉆頭。鋼體鉆頭*由機(jī)械加工而成，首先將整塊合金鋼毛坯經(jīng)機(jī)加工成鉆頭體，再將切削件焊在連接柱上，后將連接柱壓入事先在鉆頭上鉆的孔中(孔不鉆透)，其加工質(zhì)量容易保證。胎體鉆頭與金剛石鉆頭制造方法相似，鉆頭體采用鑄造碳化鎢粉、碳化鎢粉和浸漬料燒結(jié)而成，PDC切削件通常帶有一伸長襯底焊到鉆頭上，其具有*好的保徑能力，有較強(qiáng)的抗侵蝕能力，沒有連接柱，因而不會(huì)出現(xiàn)連接柱斷裂的現(xiàn)象，但制造工藝復(fù)雜些，加工不易控制。

PDC鉆頭是依靠安裝在鉆頭體上的切削齒切削地層的，這些切削齒按照一定的方式布置在鉆頭體表面上，切削齒的安裝方位角度也不盡相同，切削齒有復(fù)合片式和齒柱式兩種結(jié)構(gòu)。復(fù)合片式切削齒是將復(fù)合片直接焊接在鉆頭體上預(yù)留的凹槽內(nèi)而成的，它一般用于胎體鉆頭;齒柱式切削齒是將復(fù)合片焊接在碳化鎢齒柱上而成的，安裝時(shí)將其齒柱鑲嵌或焊接在鉆頭體上的齒孔內(nèi)，它一般用于鋼體鉆頭，也有用于胎體鉆頭的。

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2 PDC鉆頭的破巖機(jī)理

PDC鉆頭的具體破巖方式主要取決于鉆頭的切削結(jié)構(gòu)及所鉆地層的硬度和巖性，主要分為四種:

2.1 剪切。

當(dāng)PDC鉆頭在軟到中等硬度地層鉆進(jìn)時(shí)，復(fù)合片切削齒在鉆壓和扭矩的作用下克服地層應(yīng)力吃入地層并向前滑動(dòng)，巖石在切削齒作用下沿其剪切方向破碎并產(chǎn)生塑性流動(dòng)，切削所產(chǎn)生的巖屑呈大塊片狀。這一切削過程與*切削金屬材料非常相似。

2.2 預(yù)破碎。

PDC鉆頭的“尖/圓”齒交替布置切削結(jié)構(gòu)所*的巖石破碎方式，主要作用于以純剪切方式不容易鉆進(jìn)的地層，如中等、中硬和硬地層及帶有硬夾層的地層等。預(yù)破碎過程是通過開槽切削來完成的，具有這種切削結(jié)構(gòu)的鉆頭在鉆進(jìn)過程中，尖形切削齒因與地層接觸面積小受力集中而先行吃入地層，巖石在接觸應(yīng)力作用下產(chǎn)生破碎裂紋，隨著鉆頭的不斷旋轉(zhuǎn)，尖形齒在巖石中切出一條條小小的螺旋狀“卸荷”槽，緊隨其后的圓形切削齒則以剪切方式切削強(qiáng)度已大大減弱的大塊巖石，達(dá)到快速鉆進(jìn)的目的。這樣大大提高了切削效率，降低了切削齒的磨損速

2.3 犁削。

巖石在鉆頭鉆進(jìn)過程中，由于受到切削齒的作用，在其內(nèi)部發(fā)生破碎并向表面?zhèn)鬟f。堆積在切削齒前面的破碎巖屑由于切削齒的移動(dòng)被推向兩邊，后由泥漿帶出井底，這一切削過程相似于犁地過程。

2.4 磨削。

PDC鉆頭在鉆進(jìn)極硬的粗晶粒地層時(shí)，其切削結(jié)構(gòu)常常以磨削方式破碎巖石。切削齒在鉆進(jìn)過程中克服巖石的高抗壓強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)巖石的局部破碎。由于硬地層巖石的高強(qiáng)度，使破碎的巖屑比較小，呈細(xì)粒狀，因而鉆頭的機(jī)械鉆速相應(yīng)較低。