前言自PDC钻头问世以来，以其优良的性能及随之而带来的经济效益，越来越多的受道现场作业队的青睐。

然而美中稍有不足的是，在现场的应用中，PDC只是PDC 而以，也就是说，作业人员对其了解还不是很深刻。

鉴于此，本人欲从其特点，包括PDC钻头的设计特点和它的结构特点，还有其破岩机理上给予归纳、总结和分析、推理，以期望能为现场作业提供一点技术上的借鉴和参考。

PDC钻头的特点和破岩机理摘要:本文在简要介绍了PDC钻头的物质成份，两大类别(胎体钻头和刚体钻头)及其不同物质在钻井作业过程中所起的作用的基础上，归纳、总结了PDC钻头特点，包括其设计特点和结构特点;同时较详细地分析了在打定向井时，PDC钻头的结构特征因素对造斜率的影响;另外也在分析、归纳、总结国内外专家、学者的独特见解的基础上，对PDC钻头的破岩机理，也在一定程度上给予阐述。

并在此基础上，最后也提出了一些PDC钻头的选型依据。

关键词: PDC钻头; 特点; 机理分析Abstract:This themsis briefly introduces which materials PDC bit is made from，how it is manufactured，and the different types of PDC bits，also shows you the principal functionsof the different materials of PDC bit in drilling----on the basis of these，summaries the characteristics of PDC bit，including its designing characteristics and structural characteristics，and specificly analyses the effect of its structural characteristics on the leaning ration in the controlled directional drilling。

At the same time ，after studying the specific ideas of the different experts at home and abroad，to some extent，analyses and summaries the rock breaking mechanismof PDC bit。

In the end ，on this basis，gives you somefacters that can help you how to choose PDC biteffiently。

Key words: PDC bit; characteristics;Mechanism analysis正文:近年内，随着PDC钻头的广泛应用，PDC钻头在型号和质量上都进行了较大的改进，已经在软到硬的地层中逐步使用，并且取得了较好的经济效益，为更好地使用PDC钻头，使其最大限度地发挥优势，以便更好地服务于钻井作业，特从其特点和破岩机理方面撰写此文。

PDC钻头，就是聚晶金刚石复合片钻头，即Polycrystalline Diamond Compact Bit。

它以金刚石为原料加入粘结剂在高温下烧结而成。

复合片为圆片状，金刚石层厚度一般小于1mm，切削岩石时作为工作层，碳化钨基体对聚晶金刚石薄层起支撑作用。

两者地有机结合，使PDC既具有金刚石地硬度和耐磨性，又具有碳化钨地结构强度和抗冲击能力。

由于聚晶金刚石内晶体间地取向不规则，不存在单晶金刚石固有地解理面，所以PDC的抗磨性及强度高于天然金刚石的，且不易破碎。

PDC 由于多种材料的存在，热稳定性较差，同时脆性较强，不能经受冲击载荷。

PDC钻头的特点1973年美国开发了聚晶金刚石复合片钻头，国外广泛应用于软-中硬地层。

在中东和北海的深井及海洋钻井中首先获得了高井尺、高钻速，大大缩短了建井周期，降低了钻井成本，受到了钻境界的广泛重视，成为钻井工具的一项重大成就。

国内对PDC钻头也引起了极大的关注和兴趣，随着钻井技术人员对PDC钻头的认识和实践，它正在逐步取得较好的使用效果。

按钻头材料及切削齿结构划分，PDC钻头有钢体和胎体两大类别(间上图1-2) 胎体钻头用碳化钨粉末烧结而成，用人造聚晶金刚石复合片钎焊在碳化钨胎体上，用天然金刚石保径。

碳化钨胎体耐冲蚀、耐磨、强度高、保径效果好。

钻头水眼水道面积可以根据钻井工艺需要的水力参数来设计，有较大的灵活性。

胎体外形可以根据地层特点设计，变化胎体形状只要改变模具而不需要增加设备。

钢体PDC钻头，是用镍、铬、钼合金机械加工成形。

经过热处理后在钻头体上钻孔，强人造聚晶金刚石复合片压入(紧配合)钻头体内，用柱状碳化钨保径。

它比胎体钻头成本低20%左右，但不耐磨且易被冲蚀。

PDC钻头的设计特点1.PDC钻头采用爪型设计PDC钻头的性能在很大程度上取决于切削齿的质量，PDC钻头都采用了高质量爪型齿和环形齿，经过与其它类型复合片对比试验分析，证明它具有抗剪强度高、耐冲击、寿命长、热稳定性能好的特点，与同尺寸普通PDC齿相比，爪型齿的金刚石含量提高了2。

7倍，抗冲击破坏能力提高2倍。

2.大刀翼设计全部PDC钻头系列的刀翼进行加高加大，采用超大排屑流道设计，可以更加有效的运移钻屑，清洗钻头，防止钻头泥包，提高机械钻速。

3.抗回旋设计采用力学平衡设计，对PDC钻头进行螺旋保径设计、轨道布齿设计、缓冲块设计以保证钻头抗回旋性能。

4.防泥包涂层设计和制造技术QP系列钻头可根据地层情况进行防泥包涂层设计，它采用了独特的对钻头表面负离子处理技术，使钻头表面带有负电荷，在钻头周围形成一个阳板，形成电流，钻头与钻井液之间形成一个水的集区，其作用就如同润滑剂或象隔板，在钻进中，泥页岩钻屑中的负离子与钢体表面的负电荷相斥，从而起到防泥包的效果。

5.可修复性钢体PDC钻头的本体磨损和切削齿破碎后可进行修复和更换，使得钻头的使用成本大大降低。

PDC钻头结构特征及此因素对造斜率的影响钻头的费用在一口井中的总费用中所占的比例不是很大，但选好和用好一只钻头对提高机械钻速、提高造斜率和降低全井费用却是关系重大。

为了高速、优质、低成本地钻好定向井，应从定向钻井的独特性出发优选钻头。

定向造斜段钻井的特点使使用井下马达，钻头转速高，钻头切削齿和钻头外径磨损快钻头寿命缩短。

在定向段钻进过程中，需要钻头能保持住所要求的工具面角度，如果所选的钻头布能提供合适的导向能力，就会获取布到所设计的造斜率或偏离所定的方位。

这样，就会增多纠斜和扭方位的次数或增多更换下部钻具组合的次数。

由于PDC钻头具有无活动件、适应高转速低钻压钻进工况之特点和钻头使用寿命长的优点，因此更适合与动力钻具配合使用，多次现场施工结果表明，动力钻具+PDC钻头钻进方式有利于提高钻井速度，减少起下钻次数、保证钻具安全，取得了动力钻具+牙轮钻头钻进方式无法比拟的技术经济效益。

常规定向井施工主要时通过选择合适的造斜工具（弯接头+动力钻具、单弯动力钻具、双弯动力钻具等）调整侧向力的大小，从而控制造斜率的高低，而同样的侧向力与不同结构的PDC 钻头配合对造斜率时有极大的影响的。

在此，我本人认为影响PDC 钻头造斜率的钻头结构特征因素主要有以下几点：钻头体长度、钻头冠状形状、钻头保径类型、保径切削齿侧倾角等等。

1 结构特征因素影响PDC 钻头造斜率的机理分析众所周知，定向钻具组合的造斜率时通过下部钻具组合的弯曲形状产生钻头侧向力，使钻头在沿轴线方向钻进的同时侧向切削井壁而产生轨迹偏移的。

钻头轴向钻进和侧向切削的偶合产生一定的造斜率。

在侧向力和钻头轴向钻速一定的情况下，很显然钻头的侧向切削能力越强，钻具组合的造斜率就越高。

1．1 钻头体长度对造斜率的影响在如图1－3所示的带弯接头的造斜钻具组合中，依据文献（《短弯外壳导向钻具的造斜率计算》（帅健））中的导向动力钻具造斜率计算公式：212L L a k +=式中：k------导向钻具造斜率；a-------弯接头弯角；L 1------弯接头肘点至钻头的距离；L 2-------弯接头肘点至下部钻具组合上切点的距离；F C -------作用在钻头上的侧向力从公式（1）可知：在其它结构参数一定的情况下，L 1、k 增大，即选用轴径短的PDC 钻头能增加造斜率。

1．2 钻头的冠部形状对造斜率的影响在侧向力F C一定的情况下，钻头和地层地侧向接触面积越小，作用在单位井壁上地侧向力越大、侧切力越强、钻头地造斜率越高。

因此要想获得较高地造斜率，因选用冠部平坦，与地层侧向接触面小地PDC钻头。

1．3 钻头保径类型对造斜率地影响定向段钻井地特点之一是侧向载荷大，下部钻具组合地弯曲角度越大或弯曲部分离钻头越远所引起地侧向载荷越严重，井下马达高速运转、井底沉积岩屑床、受侧向载荷等因素底综合影响，会使钻头外径很快磨损。

为了克服定向钻头外径的磨损，发展了PDC钻头保径技术，常见的保径方式有在钻头的台肩上镶焊PDC齿或在钻头的外径上镶焊硬质合金块。

钻头保径长度取决于耐磨性和可导性。

钻头保径长度越长，耐磨性越强，但可导向性差；而保径长度较段则耐磨性较差，而导向性好，要根据地层的可钻性、可研磨性和导向能力来拳衡钻头的保径长度。

保径长的钻头一般比保径段的钻头更稳定，但这种钻头所能获得的最大造斜率小，定向施工人员一般都避免使用。

保径上径向排列PDC切削齿，这种设计制造的钻头具有导向和保径双重功能，比硬质合金块保径的钻头造斜率效果好，1．4钻头保径切削齿侧倾角对造斜率的影响图1-4为PDC钻头保径切削齿侧倾角示意图，显然径切削齿侧倾角B越小，切削齿吃入岩石的深度越大，钻头的侧向切削能力越强。

从另一个角度讲，为了便于在定向施工时通过钻压控制工具面，宜选用保径切削齿后倾角较大的PDC钻头扭矩较平稳，反扭角波动范围较小，钻出的井眼更平滑。

所以在选择钻头时应综合考虑。

1．5钻头翼片对造斜率的影响施工中发现，六翼片的PDC钻头比三翼片的PDC钻头工具面稳定，短翼片的PDC钻头比长翼片的PDC钻头工具面更稳定，使用三长翼片的PDC钻头定向钻井时，工具面反扭角对钻压反应过于灵敏，钻压稍微的变化，工具面就偏离了预定的角度，造斜率较低。

这是因为钻头翼片长、个数少，钻头间歇性侧向切削井壁，作用在钻头上的扭矩波动范围大而至的。

定向时，宜选用翼片多而短的PDC钻头。

PDC 钻头的选型依据在进行PDC 钻头造型时，通常采用两步法，第一步是预选型，就是将要使用PDC 钻头井段的测井资料重的声波时差、岩石密度、自然伽玛等参数输入计算机内，利用PDC 钻头专业选型程序进行自动聚类分析，将岩石可钻性、硬度、塑性系数、抗剪强度等聚类为一个综合岩石级值，从而选择PDC 钻头的型号。