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摘要
为提高PDC钻头在含砾、软硬交错等不均质地层中的抗冲击性能，开展了凸棱非平面PDC齿技术研究。通过仿真和室内实验对比分析凸棱非平面齿与常规平面齿的破岩机理。仿真分析表明，平面PDC齿主要通过剪切、挤压破碎岩石，而凸棱非平面PDC齿主要依靠切削齿上的凸脊结构挤劈、剪切破碎岩石。与平面齿相比，凸棱非平面齿与岩石的接触应力分布更均匀，其切削破岩过程中的载荷波动幅度明显小于平面齿，切削稳定性较平面齿更高。凸棱非平面齿的抗冲击性能优于平面齿，其在钻进过程中受到的冲击振动将更小。开发出的凸棱非平面齿PDC钻头在新疆油田艾湖区块的八道湾组底砾岩极不均质难钻地层应用，3只凸棱齿PDC钻头钻穿八道湾组底砾岩的概率达到100%，并有2只实现了该井段开次的一趟钻，大大提高了该底砾岩地层的钻穿率（之前钻穿率不足10%）。凸棱齿特殊的非平面凸棱结构，改变了切削齿与岩石的互作用方式，其在不均质地层的成功应用，为PDC钻头在不均质等复杂难钻地层中的提速提供了思路参考。
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单位石油大学机电工程学院
