2021年PDC钻头工作原理及相关特点.pdf

精品 pdf资料 欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - 第二章 PDC 钻头工作原理及相关特点 第二章 PDC钻头工作原理及相关特点 PDC 钻头是依靠安装在钻头体上的切削齿切削地层的，这些切削齿有复合片 切削齿和齿柱式两种结构， 它们的结构以及在钻头上的安装方式如图 1-2 所示。复 合片式切削齿是将复合片直接焊接在钻头体上预留的凹槽内而形成的。它一般用 于胎体钻头；齿柱式切削齿是将复合片焊接在碳化钨齿柱上而形成的，安装时将 其齿柱镶嵌或焊接在钻头体上的齿空内，它一般用于钢体钻头，也有用于胎体钻 头的。 复合片（即聚晶金刚石复合片）是切削齿的核心。复合片一般为圆片状，其结 构如图 1-3 所示，它是由人造聚晶金刚石薄层及碳化钨底层组成， 具有高强度、 高 (a) 复合片式切削齿 (b)齿柱式切削齿 图 1-3 复合片的结构 图 1-2 切削齿在钻头上的安装方式 硬度及高耐磨性，可耐温度 750℃。 人们早就从实验中发现， 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。 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，从而达到了快速钻井的 图 1-4 PDC 钻头的切削方式 学习资料 精品 第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - - - - - - - - - 精品 pdf资料 欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - 第二章 PDC 钻头工作原理及相关特点 目的。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，切削所产生的岩削呈大块片状，这一切削过程与刀具切削金属材 料非常相似（见图 1-4）。被剪切下来的岩屑，再由喷嘴射出泥浆带走至钻头与井 壁间的环空运至井外。 PDC 钻头因使用了聚晶金刚石复合片作切削元件而使得切削齿有很高的硬度 和耐磨性。 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， 因此 PDC 齿不能直接烧结在胎体上而只能采用 低温钎焊方式将其固定在钻头体上。在工作中，切