史怀忠 傅新康 陈振良 赫文豪 熊超 高飞

(1. 中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室2. 中国石油大学(北京)油气光学探测技术北京市重点实验室)

0 引 言

近年来，国内外专家和学者对钻头破岩技术的研究已取得了长足进步，取得的成果可满足常规地层钻井要求。但在超深复杂地层以及高温高压等恶劣工况下破岩技术仍有待提高，常用PDC钻头破岩特性尚不清晰，制约了深部资源的钻探开发进程[1]。因此，应开展PDC切削齿布齿特征及破岩效率研究，以期为高温高压条件下PDC钻头优化设计提供理论支撑和试验基础。

P.L.MENEZES等[2]利用数模软件LS-DYNA模拟了不同切削速度和切削深度下，PDC切削齿各种倾角的破岩情况，发现与给定切削深度下的切削齿速度相比，切削力和岩屑特性受倾角影响较大。况雨春等[3]进行了PDC全钻头破岩试验，将摩尔库伦本构模型和D-P本构模型在PDC单齿破岩数模中的计算结果与试验结果进行对比，发现在不同条件下，上述两种模型在计算精度和效率方面各有优劣。唐胜利等[4]利用FLAC3D软件模拟PDC切削齿破岩模型，研究了后倾角对破岩效果的影响，发现15°后倾角破岩效果最好。GHENG Z.等[5]采用高速摄影技术捕获了PDC齿切削岩石过程中主要裂缝的形成过程，并通过石英玻璃块显示破岩过程裂纹和相邻破碎区的发展顺序，发现砂岩和花岗岩的主要裂纹起始于PDC齿尖端，而大理石的主要裂纹起始具有随机性；在破碎区域形成之后主要裂纹起裂，主要裂纹的产生将扩大破碎区域并导致下方裂纹的产生和扩张。……