PDC 钻头具有提高钻井速度、减少起下钻次数、避免掉牙轮等复杂事故的优点，目前在得到了普遍应用。然而，在实际运用中，仍然存在很多问题，在一定程度上制约了机械钻速的提高。 一、PDC 钻头应用存在的问题
1.牙齿磨损。PDC钻头在使用过程中，由于牙齿高度减小而不能正常工作称为牙齿磨损。造成牙齿磨损的原因很多，若钻头使用时间不长，而出井钻头磨损严重，往往是由于钻头选型、钻进转速不当，相对所用钻头地层太硬、研磨性太高、转速过大所致；若钻头使用的有效时间长，符合正常牙齿磨损的情况，但是如果钻进过程中，排量不足，钻进岩屑未及时排离井底，岩屑反复在井底徘徊也会加速钻头牙齿磨损。 2.掉齿—断齿与钻头环磨。钻头环磨一般发生在钻头的鼻部以及鼻部以下内侧，是由于钻头上某一圈的切削齿磨损、断裂或脱落后刀翼被地层明显磨损。钻头环磨的直接原因是断齿，如井底有落物、钻头不适合高研磨地层、钻压过大以及用PDC 钻头直接钻套管附件等，都容易造成断齿，断齿后继续长时间钻进就容易引起钻头环磨。 3.钻头泥包。钻头泥包指岩屑附着在刀翼和钻头体上或者附着在切削齿表面导致机械钻速降低。钻头本体可能有损伤也可能没有损伤。切削齿泥包后不能有效地吃入地层，通常扭矩减小而泵压增大。PDC钻头泥包在钻井施工现场遇到的几率很高，而且在发生钻头泥包后，往往也发生水眼堵塞。
复合片钻头1.钻头设计及制造。从PDC结构的设计以及制造质量就能直接决定钻头最终的使用性能以及实际的使用寿命，一旦在设计环节出现了严重的缺陷就会导致其在实际的应用过程中不能很好的适应使用环境，也很难达到实际的使用效果，由此可见，PDC钻头的设计制造质量对钻头的实际使用性能是非常重要的一项影响因素。
首先，要保障钻头设计的合理性，这样才能实现钻进效率的最大化，而且还需要针对能够影响钻头运行稳定性的相关因素进行深入分析，以此来进一步提升钻头钻进性能，针对PDC 钻头的结构进行深入分析，采用最先进最合理的结构设计形式让钻头的耐磨性能以及抗冲击能力得到进一步提升；其次，要针对下属的设计基本原则进行，尤其是要注重钻头力平衡、能量平衡、夹层钻进模型等进行深入研究。
2.地层特性。钻井现场统计资料表明，地层与钻头类型的匹配与否，是影响机械钻速的重要原因。由于PDC 钻头与岩石的相互作用机理异常复杂， 地层岩石各项性能参数与PDC 钻头的各项参数之间的定量关系，仍未见较好的计算模型。因此，目前PDC 钻头的现场应用，大多是凭经验选择。主要根据岩石的抗压强度和硬度，来确定PDC 钻头的刀翼数、切削齿形状及尺寸、布齿密度、冠部形状、保径长度等参数。其方法是把岩石按照硬度和抗压强度分为很低硬度（抗压强度0～8,000psi）、中等硬度
（抗压强度8,000 ～16,000psi）、高硬度（抗压强度16,000～32,000psi）、极高硬度（抗压强度32,000～50,000psi）四种，在选择PDC 钻头切削结构时，相应的选择齿径由大到小、布齿密度由低到高、后倾角由低到高、冠部抛物线形状由长到短等等。这种方法对待钻地层的岩性参数依赖性高，如果获得的数据不全或不准确，会导致钻头选择不匹配。
3.钻进参数。钻进参数是钻进过程中的可控因素，包括钻压、转速、水力参数、钻井液性能等。根据地层特性匹配合适的PDC 钻头之后，应计算相应的钻进参数，以发挥PDC 钻头的最佳切削效果。钻进过程中，钻压使得PDC 齿吃入地层、破碎岩石，钻压的大小决定了切削齿吃入岩石的深度和岩石破碎体积的大小。钻压过小则切削深度小而钻进效率低，钻压过大又会导致切削深度大、切削力不够而停滞。同时还需要匹配相适应的转速，一般高钻压配低转速，低钻压配高钻速。此外钻井液的密度和射流速度影响着破岩效果和携岩效果，对钻进速度有明显影响，应尽可能的降低钻井液密度可获得较高的机械钻速。
4.PDC 钻头振动。钻头的振动形式主要有回旋振动、扭转振动及轴向振动。钻头涡动时，可能会引起PDC 钻头切削齿刃尖崩刃或者复合片成块状剥落，从而加快齿的磨损，缩短钻头的寿命。钻头产生涡动主要是有作用在钻头上的侧向力不平衡引起的。影响钻头涡动的因素主要有以下几种：①钻头本身结构产生侧向力。外锥越长，保径越粗糙，则容易涡动。②地层的各向异性，例如钻头从软地层钻入硬地层或者从硬地层钻入软地层时受侧向力的作用，则容易涡动。③钻井参数的影响，如转速越高，
越易涡动。
通过合理的布齿设计，可控制钻头侧向力的大小。设计低摩擦保径块减小钻头与井壁的接触力也能减轻钻头的涡动。引起钻头扭转振动的因素主要有两个：一个是切削齿切削岩石使钻具承受扭转力，另一个钻具和井壁之间有摩擦。当扭转力和摩擦力达到一定数值，钻头发生扭转振动。扭转振动时，钻头出现卡滑现象，导致钻头转速时大时小，甚至静止不动，或反向旋转。PDC 切削齿承受很大的冲击载荷，加速了切削齿的磨损甚至引起金刚石层脱落。
结论
综上，PDC钻头应用的影响因素及解决措施如下。1.PDC 钻头与地层的配伍。通过正确选型，优化冠部设计，使钻头与地层岩性相匹配，设计好钻头工作井段，及时起钻更换钻头。
2.钻进参数的选择。针对不同地层、岩性，及时调整优化工程参数，水力参数。
3.钻井液性能是否良好。良好的钻井液性能，确保及时清洁井底，防止发生钻头泥包。
4.钻头振动的影响。一方面要设计合理的齿布局，二是可以采用井下减震接头等工具来消除振动对钻头的伤害，提高钻进效率。
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PDC钻头应用性能的影响因素分析
张 鲁 中石化胜利工程公司海洋钻井公司
【摘 要】当前PDC 钻头的实际使用环境越来越复杂，这也使得在实际应用过程中必须要进一步改善PDC 钻头自身的性能。在实际的应用过程中PDC 钻头的结构形式、材质以及使用环境等都会对其实际的应用效率形成巨大的影响。文章主要针对能够影响PDC 钻头实际使用性能的相关因素进行了分析，由此就能对进一步改善PDC 钻头的使用性能形成积极的促进作用。
【关键词】PDC 钻头；性能；影响因素；震动
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