温晓松，柳贡慧*，李 军，郭雪利

(1.中国石油大学(北京)石油与天然气工程学院，北京 102249；2.中国石油集团工程技术研究院有限公司，北京 102206)

常规聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact，PDC)钻头在钻遇复杂地层及软硬交错地层时，往往都会遇到扭矩大范围波动的问题。测量数据显示，大部分井段扭矩波动的区间为3～20 kN·m，部分井段的峰值扭矩达到53.3 kN·m。扭矩波动容易引起钻头黏滑失速与钻柱扭振，降低机械钻速，严重时造成钻具损坏及测量工具失效[1-3]。恒扭矩工具拥有的减振、过载保护、稳定转速等特点能有效解决现有钻井过程中扭矩严重波动的问题，减少钻头黏滑失速现象，从而提高钻井速度，其在长庆、塔河、胜利等油田的现场运用中得到同行的一致认可[4-6]。碟形弹簧(简称碟簧)作为该类工具中重要的储能与释能结构，很大程度上决定了工具的性能。作为一种承载能力强、空间体积利用率高、具有变刚度非线性特性的新型弹簧，碟簧被广泛应用于机械、航空、建筑等领域。

中外针对碟簧的研究最早起始于单片碟簧，而组合式碟簧受制于单片碟簧的力学性能、组合形式等多方面的影响，仅在建筑、机械隔振等领域有部分研究。Ozaki等[7]采用数值与试验方法研究摩擦边界对组合式碟簧静态力学性能的影响，并基于能量守恒与摩擦定律，提出一种新的简化方法预测在不同摩擦状态下的载荷-位移曲线。Nicholas等[8]对带方形边缘的单片碟簧建立了一种新的力学模型，该模型将非对称摩擦条件施加在方形边缘上，可准确预测4种不同摩擦状态下的载荷-位移关系，准静态试验结果也支持该模型的有效性。……