PDC工作角度计算
PDC切削齿的切削角度（即切削齿在工作状态下的实际切削角度）对PDC钻头的破岩效率和工作性质具有重要影响。切削齿的切削角度具体地指两个与切削状态密切相关的切削角度即前角和刃倾角，它们分别对应于金属切削刀具的前
角和刃侧角。切削齿切削角度的精确计算对PDC钻头设计、切削力计算和工作
性能分析都具有十分重要的意义。
切削齿的前倾角、侧倾角与PDC钻头的前角、刃倾角是不同的概念。前倾
角、侧倾角是决定切削齿方向的钻头结构参数，每个齿的前倾角和侧倾角是固定的、唯一的。而前角、刃倾角则是齿刃轮廓线上点的切削角度，在同一齿的齿刃
轮廓线上，每一点的前角和刃倾角都是不同的。
齿刃轮廓线上点的切削角度与该点在切削刃上的位置密切相关。除此之外，
切削齿的前倾角、侧转角、法向角以及半径比（即切削齿中心点的回转半径 与切削齿半径之比）等钻头的结构参数均会对齿刃上点的切削角度发生影响。这些
影响规律归纳为：
1）前倾角对吃刃各点处的前角和刃倾角影响很大。随着前倾角增大，齿刃
各点处的前角显著增大，而刃倾角有增有减，同时切削齿上前角和刃倾角的变化幅度增大。 2）侧倾角对齿刃各点处的前角和刃倾角影响也很大。随着侧倾角增大，齿
刃各点处的刃倾角显著增大，而前角有增减，切削齿上前角和刃倾角的变化幅度随侧倾角 的绝对值的增大而增大。
3）半径比和法向角对齿刃各点处的前角和刃倾角有一定的影响，但影响不
大。
4）在前倾角较小或侧倾角的绝对值较大时，切削齿与井底的接触区的局部
范围内前角可能出现负值，这将给切削齿的切削性能带来不利的影响，在设计中
应该极力避免。
关于工作角度的理论计算，国内先后出现了3个有代表性的文章:
其一，翟应虎的《PDC钻头切削齿工作角的设计方法》和《PDC钻头切削
齿工作角设计理论》；
其二，李树盛的《PDC切削齿工作角度的精确计算与分析》；
其三，杨迎新的《PDC钻头切削力学研究》博士论文中间关于工作角度的
推导。
蔫 袅霸 理论科学 ２１５
ＰＤＣ钻头稳定性分析
王永禄
（胜利石油管理局钻井工艺研究院，山东东营２５７０００）
摘 要本文对影响ＰＤＣ钻头稳定性的回旋振动与扭转振动进行了分析。
关键词ＰＤＣ钻头；稳定性；振动
中图分类号ＴＥ９２１ 文献标识码Ａ 文章编号１６７３—９６７１一（２０１０）０３１～０２１５—０１
自二十世纪七十年代初ＰＤＣ钻头问世以来，ＰＤＣ钻头在世界范围内
得到了普遍应用。在均质的较软地层中ＰＤＣ钻头具有破岩效率高、钻速
快、进尺多、寿命长等优点。从八十年代中期开始，国内许多科研院
校、石油企业厂矿、石油Ｉ＿ｒ＝具厂先后投入了大量的人力物力从事ＰＤＣ钻
头的研究与开发，并有多种ＰＤＣ钻头在国内得到推广应用。在研究开发
与使用过程中，人们发现许多ＰＤＣ钻头的损坏是由于其不能在井下稳定
地工作而造成的。为提高ＰＤＣ钻头的工作性能，使其获得更广泛的适用
范围，胜利石油管理局钻井工艺研究院对“ＰＤＣ钻头的稳定性技术”进
行了较多研究，在对影响ＰＤｃ钻头稳定性的因素进行大量调研及分析。
现场应用中，有许多ＰＤＣ钻头的钻进性能不理想，进尺少、钻速
慢、寿命短，分析其原因主要是由于在钻进过程中ＰＤＣ钻头发生了某种
振动而使ＰＤＣ钻头不能够稳定工作所致。振动形式主要有三类：回旋振
动、扭转振动及轴向振动，本文仅对前两类进行研究。
１回旋振动
１．１回旋现象
钻头回旋是一种横向运动，在井眼直径稍大于钻头直径的情况下由
作用在钻头上的侧向力（不平衡力）引起的。侧向力迫使钻头偏离原来
井眼中心作横向移动，将钻头推向井壁，从而使钻头瞬时旋转中心不再
是钻头几何中心。此时，钻头瞬时旋转中心可能位于钻头几何中心与原
井眼中心之间称正向回旋；可能位于钻头几何中心与井壁之间称反向回
旋。事实上多数情况下钻头回旋属于瞬时旋转中心位于钻头保径部位的
反向回旋。而此种回旋恰恰是引起钻头振动程度最为严重的情况。在这
种情况下，钻头与井壁间的作用就类似于一组内行星齿轮机构，钻头的
金刚石复合片（PDC）钻头使用说明
1．复合片钻头最佳适应岩层1~6（f≤8）级软—中硬岩层，不宜在破碎、坚硬和强研磨性岩层中使用。
2．孔底应无异物。
3．钻头下至孔底后应轻压、慢转、适当泵量钻进0.2~0.3m后，再用正常钻进规程钻进。
4．钻进过程中如听到不正常的振动声或进尺过慢，应及时提钻检查。
5．钻头要排队轮换使用。先用外径大的，后用外径小的；取心钻头先用内径小的，后用内径大的。
6．钻进规程参数：
钻头直径 钻压(KN) 转速(rpm) 泵量(L/min)
27mm 4～6 805～900 40～60
42mm 6～8 300～500 80～150
75mm 4.8～12 200～300 150～200
94mm 6.4～16 150～250 200～250
110mm 8.8～22 120～200 200～300
152mm 15～30 100～200 500～850
190mm 18～44 100～150 600～1200
pdc钻头水眼尺寸
PDC钻头（Polycrystalline Diamond Compact Bits）是现代石油钻井中广泛使用的一种工具。水眼是该钻头的一个重要部分，它决定了钻头的功能和性能。本文将深入探讨PDC钻头的水眼尺寸及其对钻井效果的影响。
一、PDC钻头简介
PDC钻头采用多晶金刚石合成材料制成，具有高硬度、耐磨损、耐高温等特点。它主要由钻头刀翼、刀齿和水眼等部分组成。水眼是刀翼上的开口孔，通过它使钻井液得以流动，冷却刀翼并将钻屑带走。
二、水眼尺寸的重要性
水眼尺寸对于钻井的效果和效率具有重要影响。合理的水眼尺寸可以保证钻井液顺畅流动，防止堵塞和钻头卡钻。同时，水眼的尺寸还与钻头的承载能力、切削效能、稳定性以及钻井成本等因素密切相关。
三、影响水眼选择的因素
1. 钻井地质条件：不同地层的物理性质、岩性特征和形成机制不同，对水眼尺寸的要求也不一样。
2. 钻头类型：不同类型的PDC钻头适合不同的工况和钻井目的，水眼尺寸也会有所差异。
3. 钻井液性能：钻井液的黏度、流动性和注入速度等会影响水眼尺寸的选择。 4. 钻头负荷：根据钻头的负荷要求，选择合适的水眼尺寸可以提高钻头的承载能力和工作寿命。
四、合理选择水眼尺寸的方法
1. 综合考虑：在实际操作中，需要综合考虑上述因素，结合地质条件和钻头特性来选择合适的水眼尺寸。
2. 钻探经验：根据以往的钻探经验，对于相似地质层和工况，可以参考已有的水眼尺寸选择方案。
3. 现场试验：在钻井前进行现场试验，测试不同尺寸的水眼对钻井效果的影响，并根据实际情况进行调整。
五、水眼尺寸的常见范围
水眼尺寸通常以直径（mm）来表示。根据不同的需求和应用场景，水眼尺寸可以从数毫米到几十毫米不等。常见的PDC钻头水眼尺寸范围如下：
1. 大型水眼：40mm以上，适用于软弱地层或需要大量钻井液通过的情况。
2. 中型水眼：25-40mm，适用于一般地层和普通钻井工况。
