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　　在進(jìn)行鉆井的時(shí)候，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，影響PDC鉆頭性能的主要參數(shù)是布齒密度、后傾角與切削齒的尺寸，這些參數(shù)能夠直接影響到PDC鉆頭的破巖效率。當(dāng)前，在設(shè)計(jì)PDC鉆頭的時(shí)候，在大多數(shù)情況下，設(shè)計(jì)人員僅僅是靠自己的經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)布齒密度、后傾角與切削齒的尺寸，例如，在軟地層使用尺寸較大和密度較低的布齒，在硬地層使用尺寸較小和密度較高的布齒，后傾角的范圍一般是10～30°。當(dāng)前，因?yàn)槿鄙倮碚撘罁?jù)，所以在對(duì)布齒密度、后傾角與切削齒的尺寸進(jìn)行取值的過(guò)程中常常是不確定的，不能合乎設(shè)計(jì)PDC鉆頭的標(biāo)準(zhǔn)。

 

 

　　本人把試驗(yàn)鉆頭設(shè)計(jì)成四刀翼鉆頭，它的直徑是100mm的，設(shè)計(jì)鉆頭的剖面形狀是“直線-圓弧-直線”的，15°的外錐角，130°的內(nèi)錐角，13mm的冠頂圓弧半徑，30mm的冠頂旋轉(zhuǎn)半徑，設(shè)計(jì)切削齒的直徑是13.44mm，15.88mm，19.05mm，后傾角的值是5°、10°、15°、20°、25°，設(shè)計(jì)的試驗(yàn)鉆頭數(shù)目是21個(gè)。在準(zhǔn)備巖石樣本上，為使試驗(yàn)設(shè)計(jì)的重復(fù)性與對(duì)比性較好，實(shí)驗(yàn)所使用的是人造巖石樣本，以水泥作為主要的材料，制作出了三種不一樣的巖石樣本，各自代表著極軟、軟與中的三類(lèi)不一樣的地層。

 

 

　　所使用的PDC鉆頭試驗(yàn)臺(tái)架是3H-650A型的，這種試驗(yàn)臺(tái)架主要有數(shù)據(jù)采集、水利循環(huán)清洗、液壓控制鉆壓和電機(jī)的驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)等系統(tǒng)組成的。在鉆進(jìn)試驗(yàn)的過(guò)程中，固定住轉(zhuǎn)速是60r/min，設(shè)計(jì)的鉆壓分別是4kN，6kN與8kN，使用清水作為循環(huán)的介質(zhì)，設(shè)計(jì)清水流量是11L/s。全部試驗(yàn)的過(guò)程主要可以分為以下兩個(gè)階段：第一個(gè)階段，對(duì)1#，2#與3#巖石樣本運(yùn)用1～15號(hào)的PDC鉆頭實(shí)施鉆進(jìn)，試驗(yàn)臺(tái)架上的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠自動(dòng)地記錄尺進(jìn)、轉(zhuǎn)速、扭矩、鉆時(shí)與鉆壓，且要在每一次試驗(yàn)的過(guò)程中不間斷的重復(fù)三次，最后，得出破巖效率的一個(gè)重要指標(biāo)是平均鉆速。第二個(gè)階段，先要分析和研究第一個(gè)階段的試驗(yàn)結(jié)果，擇優(yōu)選擇跟不同巖石樣本相符合的最理想的后傾角與切削齒的直徑的值，而后對(duì)1#，2#與3#巖石樣本運(yùn)用16號(hào)～21號(hào)的PDC鉆頭實(shí)施鉆進(jìn)，把結(jié)果記錄下來(lái)，分析和研究布齒密度對(duì)PDC鉆頭破巖效率的影響。

 

 

　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在4kN，6kN與8kN的鉆壓下平均鉆速隨著布齒密度所變化的規(guī)律都是一樣的，并且平均鉆速都會(huì)隨著布齒密度的增大而有所降低，跟鉆進(jìn)的3#巖石樣本作比較，在鉆進(jìn)l#巖石樣本的過(guò)程中，布齒密度在影響鉆速方面所起的作用是更加明顯的，這是由于在鉆壓水平相同的情況下，隨著布齒密度的不斷增大，大大降低了切削齒嵌入地層的能力，并且布齒密度對(duì)PDC鉆頭破巖效率的影響和地層的可鉆性是緊密聯(lián)系的，因此，在設(shè)計(jì)PDC鉆頭的過(guò)程中，需要依據(jù)切削齒的尺寸與地層的性質(zhì)，設(shè)計(jì)比較科學(xué)的切削齒的數(shù)目。針對(duì)比較松軟的地層，在確保井覆蓋標(biāo)準(zhǔn)的前提條件下，應(yīng)當(dāng)盡可能地設(shè)計(jì)和使密度比低的布齒鉆頭，以使破巖效率大大提高。

 

 

　　PDC鉆頭對(duì)1#，2#與3#巖石樣本在6kN、8kN與10kN的鉆壓下進(jìn)行鉆進(jìn)的過(guò)程中，鉆速會(huì)受到后傾角和切削齒的尺寸的影響。通過(guò)對(duì)1#，2#與3#巖石樣本在不同鉆壓下鉆進(jìn)的平均鉆速、后傾角和切削齒的尺寸的分析和研究發(fā)現(xiàn)，PDC鉆頭在6kN、8kN與10kN鉆壓下的變化規(guī)律大致上都是一樣的，僅僅在平均鉆速上有點(diǎn)兒差異。通過(guò)進(jìn)一步分析和研究實(shí)驗(yàn)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，后傾角和切削齒的尺寸對(duì)PDC鉆頭的破巖效率能夠產(chǎn)生很大的影響。其中，后傾角的范圍在10°～15°之間的時(shí)候，或巖石樣本的可鉆性級(jí)值是3.5的時(shí)候，PDC鉆頭的破巖效率是比較高的；當(dāng)后傾角的范圍在15°～20°之間的時(shí)候，或巖石樣本的可鉆性級(jí)值是4.6與5.8的時(shí)候，PDC鉆頭的破巖效率是比較高的。

 

　　同時(shí)能夠發(fā)現(xiàn)，切削齒的尺寸也能夠?qū)DC鉆頭的破巖效率產(chǎn)生比較重大的影響，當(dāng)切削齒的尺寸的直徑是13mm、16mm與19mm的時(shí)候，巖石樣本的可鉆性級(jí)值各自是3.5、4.6與5.8。當(dāng)巖石樣本的可鉆性級(jí)值都是3.5的時(shí)候，平均鉆速?gòu)牡偷礁叻謩e是13mm尺寸的切削齒的PDC鉆頭、16mm尺寸的切削齒的PDC鉆頭和19mm尺寸的切削齒的PDC鉆頭；當(dāng)巖石樣本的可鉆性級(jí)值是4.6與5.8的時(shí)候，平均鉆速?gòu)牡偷礁叻謩e是19mm的尺寸切削齒的PDC鉆頭與16mm尺寸的切削齒的PDC鉆頭。通過(guò)比較得知，在鉆壓水平一樣的情況下，當(dāng)抗鉆的阻力比較小與可鉆性級(jí)值比較低的時(shí)候，切削齒鉆進(jìn)巖石是比較容易的，因此，尺寸比較大的切削齒的破巖效率是比較高的；反之，當(dāng)抗鉆的阻力比較大與可鉆性級(jí)值比較高的時(shí)候，倘若使用尺寸比較大的切削齒，切削齒鉆進(jìn)巖石是比較困難的。由此可見(jiàn)，當(dāng)使用PDC鉆頭鉆進(jìn)三級(jí)以下地層的過(guò)程中，使用19mm尺寸的切削齒的破巖效率是比較高的；當(dāng)使用PDC鉆頭鉆進(jìn)Ⅴ級(jí)與Ⅳ級(jí)地層的過(guò)程中，使用16mm尺寸的切削齒的破巖效率是比較高的。因此，倘若巖石的可鉆性級(jí)值比較高，那么就需要使用小直徑的切削齒實(shí)施鉆進(jìn)。

 

 

　　在布齒密度上，PDC鉆頭的鉆進(jìn)速度會(huì)伴隨著布齒密度的增大而有所降低，在設(shè)計(jì)PDC鉆頭的過(guò)程中，需要依據(jù)巖石的性狀與切削齒的尺寸設(shè)計(jì)合理的布齒密度。在切削齒的尺寸上，在使用PDC鉆頭的時(shí)候，需要根據(jù)巖石的性質(zhì)使用符合一定尺寸的切削齒，在切削齒的后傾角上，當(dāng)可鉆性的級(jí)值是五級(jí)以下地層和切削齒的尺寸直徑是16mm或者是19mm的時(shí)候，需要使用的最理想的后傾角的范圍是10～15°；當(dāng)可鉆性的級(jí)值是更高地層和切削齒的尺寸的直徑是13mm的時(shí)候，需要使用的最理想的后傾角的范圍是15～20°。