徐卫强 史怀忠 曹权 史杏杏 胡锡辉 熊超 陈晗

(1. 中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司工程技术研究院 2. 西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室 3. 中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室)

0 引 言

PDC钻头[1-2]具有较高的破岩效率和较长的使用寿命，因而被广泛应用于软到中硬地层钻井中。然而，常规PDC齿在坚硬及软硬交错地层中难以达到理想的应用效果[3-6]。砾岩是指由30%以上直径大于2 mm的颗粒碎屑组成的岩石，具有较强的非均质性。在我国西部和海洋钻井中，经常钻遇较厚的砾岩层，PDC钻头在这种地层中钻进时极易遭受较大的冲击载荷，导致钻头提前失效，降低钻井效率，增加钻井成本[7]。

为了增强常规PDC齿的抗冲击性和耐磨损性能，C.J.DURRAND等[8]对PDC齿的几何形状进行创新，研发出一种锥形PDC齿。相比于常规PDC齿，锥形PDC齿的抗冲击性和耐磨性分别提高了100%和33%，在硬岩及软硬交错地层中钻进具有优良的性能[9-10]。近年来，国内研究学者主要围绕锥形PDC齿的破岩机理、破岩效果以及混合布齿钻头设计开展了一系列研究[11-14]。孙源秀[12]研究了锥形PDC齿破岩过程中的裂纹萌生、起裂过程和应力状态变化规律。居培等[15]通过数值模拟阐述了锥形PDC齿拉伸剪切破岩机理，并分析了切削载荷分布特性。王滨等[16]基于有限元模型，模拟了锥形PDC齿切削岩石过程中裂纹扩展形态。杨顺辉[17]分析了锥形PDC齿的锥顶直径、切削角和切削深度等参数对锥形PDC齿受力的影响规律。……