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来源：《中国科技博览》2014年第01期
杨宪益
摘要：PDC钻头的设计包括冠部形状设计、布齿设计和水力结构设计，文中结合胜利油田的地层特点，将理论设计与实践相结合，进行了PDC钻头设计。中国中医急症
关键词：PDC钻头；冠部形状设计；布齿设计；水利结构设计
中图分类号：TV5dtt
针对胜利油田的砂岩地层，在总结前人经验的基础上，结合PDC钻头计理论及计算机技术，设计PDC钻头。一般情况下，PDC钻头对砂岩具有良好的可钻性。
1 冠部形状设计
钻头冠部形状设计模式很多，包括三段式组合（模式A直线-圆弧-直线和模式B直线-圆
弧-抛物线）及两段式组合（模式C直线-圆弧和模式D直线-抛物线）。根据冠部形状设计理论，并结合砂岩地层的特点，选用 215.9 的PDC钻头，钻头冠部采用直线-圆弧曲线设计。根据设计要求，本次设计中采用浅内锥；针对胜利油田砂岩地层的特点，采用等切削原则进行冠部轮廓设计，在冠部轮廓理论曲线方程进行拟合的基础上，结合钻头设计经验和使用钻头类比，确定出适合钻进砂岩地层的钻头冠部轮廓形状：浅锥、直线—圆弧冠部轮廓，外锥长度适中。这种直线—圆弧轮廓剖面具有的特点一是使得钻头表面尽可能有效地布置切削齿，二是使钻头从鼻部切削齿到保径切削齿能够圆滑地过渡。 凤凰电视台 2 布齿设计
（1）切削齿的大小。钻头设计时既要考虑获得较高的机械钻速，又要考虑延长钻头的使用寿命，这2个指标都与切削齿的大小和密度有关。选择直径为19.05 的PDC复合片作为主切削元件。（2）切削角度。根据所钻地层的软硬程度和岩性特点以及PDC复合片的破岩特点，随着地层硬度的由低到高，切削齿的切削角度逐渐由小到大，但一般控制在10°～30°之间。而切削齿的侧转角度则随着钻头切削刀翼的不同而不同。直切削刀翼上切削齿的侧转角一般取5°～15°，而螺旋切削刀翼上切削齿的侧转角则随着螺旋线变化。切削角取
20°，侧转角取5°。（3）布齿密度。根据所钻砂岩地层的硬度和研磨性，可采用中低密度布齿。在考虑稳定性设计的基础上，根据中华人民共和国石油天然气标准中PDC钻头的分类（见附表），可取N=19，PDC钻头的当量齿数为27，属于中低密度布齿。中低密度布齿有利于提高机械钻速。（4）布齿方法。切削齿布置包括径向布置和周向布置。径向布齿设计需要确定切削齿中心到钻头中心的距离，以便在布置切削齿时刀翼分配合理的布齿空间。根据等切削原则推导出径向布齿公式：
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