高明洋， 张 凯， 周 琴， 周辉峰， 刘宝林

(1.中国地质大学〈北京〉工程技术学院,北京 100083； 2.国土资源部深部地质钻探技术重点实验室，北京 100083)

0 引言

近年来，随着我国经济的快速发展，资源开发的同时兼顾保护环境已经成为未来能源开发与使用的新趋势。地热能作为一种储藏量巨大的绿色能源，在这种条件下需求量剧增。《国土资源“十三五”科技创新发展规划》明确了“十三五”期间，我国将以深地、深海、深空为主攻方向和突破口，构建“三深一土”的国土资源战略科技新格局。合理、高效开发地热能源已经成为新时代，新阶段开发地质资源的主攻方向。

地热能源蕴藏地层通常有高温、高压、地层复杂等特点，聚晶金刚石复合片(PDC)钻头在钻进极软-中硬地层中具有广泛适用性、制作成本低、钻进速度快、可以用于小口径钻进等优势[1],十分适合地热资源的开发。结合PDC钻头的优异性能，为高效开发地热能源，近年来国内外钻井工作者开始把注意力转到如何提高PDC钻头对高温硬地层适应能力的问题上来。

对比常规地质与石油资源的开发，运用PDC钻头开发地热能源主要存在两方面的难题[2]。首先，由于地热能源往往需要钻进地温梯度异常区块，井底温度压力较高，岩石的物理力学性质会从弹脆性转化为弹塑性[3]，切削性能发生较大的变化。其次，由于井底温度与岩石切削性能的变化影响了常规PDC钻头的切削效果和磨损形式。

PDC切削齿是PDC钻头在切削作业时的基本单元，据统计在高温硬地层钻井作业中超过70%的PDC钻头失效是由于PDC切削齿的断裂、磨损和脱落造成的[4]，其中磨损是PDC切削齿失效的主要形式。……