在进行钻井的时候，经过实践证明，影响PDC钻头性能的主要参数是布齿密度、后倾角与切削齿的尺寸，这些参数能够直接影响到PDC钻头的破岩效率。当前，在设计PDC钻头的时候，在大多数情况下，设计人员仅仅是靠自己的经验来设计布齿密度、后倾角与切削齿的尺寸，例如，在软地层使用尺寸较大和密度较低的布齿，在硬地层使用尺寸较小和密度较高的布齿，后倾角的范围一般是10°～30°。当前，因为缺少理论依据，所以在对布齿密度、后倾角与切削齿的尺寸进行取值的过程中常常是不确定的，不能合乎设计PDC钻头的标准。

 

 

　　把试验钻头设计成四刀翼钻头，它的直径是100mm的，设计钻头的剖面形状是“直线-圆弧-直线”的，15°的外锥角，130°的内锥角，13mm的冠顶圆弧半径，30mm的冠顶旋转半径，设计切削齿的直径是13.44mm，15.88mm，19.05mm，后倾角的值是5°、10°、15°、20°、25°，设计的试验钻头数目是21个。在准备岩石样本上，为使试验设计的重复性与对比性较好，实验所使用的是人造岩石样本，以水泥作为主要的材料，制作出了三种不一样的岩石样本，各自代表着极软、软与中的三类不一样的地层。

 

　　所使用的PDC钻头试验台架是3H-650A型的，这种试验台架主要有数据采集、水利循环清洗、液压控制钻压和电机的驱动旋转等系统组成的。在钻进试验的过程中，固定住转速是60r/min，设计的钻压分别是4kN，6kN与8kN，使用清水作为循环的介质，设计清水流量是11L/s。全部试验的过程主要可以分为以下两个阶段：第一个阶段，对1#，2#与3#岩石样本运用1号～15号的PDC钻头实施钻进，试验台架上的数据采集系统能够自动地记录尺进、转速、扭矩、钻时与钻压，且要在每一次试验的过程中不间断的重复三次，最后，得出破岩效率的一个重要指标是平均钻速。第二个阶段，先要分析和研究第一个阶段的试验结果，择优选择跟不同岩石样本相符合的最理想的后倾角与切削齿的直径的值，而后对1#，2#与3#岩石样本运用16号～21号的PDC钻头实施钻进，把结果记录下来，分析和研究布齿密度对PDC钻头破岩效率的影响。

　　通过实验发现，在4kN，6kN与8kN的钻压下平均钻速随着布齿密度所变化的规律都是一样的，并且平均钻速都会随着布齿密度的增大而有所降低，跟钻进的3#岩石样本作比较，在钻进l#岩石样本的过程中，布齿密度在影响钻速方面所起的作用是更加明显的，这是由于在钻压水平相同的情况下，随着布齿密度的不断增大，大大降低了切削齿嵌入地层的能力，并且布齿密度对PDC钻头破岩效率的影响和地层的可钻性是紧密联系的，因此，在设计PDC钻头的过程中，需要依据切削齿的尺寸与地层的性质，设计比较科学的切削齿的数目。针对比较松软的地层，在确保井覆盖标准的前提条件下，应当尽可能地设计和使密度比低的布齿钻头，以使破岩效率大大提高。

 

 

　　PDC钻头对1#，2#与3#岩石样本在6kN、8kN与10kN的钻压下进行钻进的过程中，钻速会受到后倾角和切削齿的尺寸的影响。通过对1#，2#与3#岩石样本在不同钻压下钻进的平均钻速、后倾角和切削齿的尺寸的分析和研究发现，PDC钻头在6kN、8kN与10kN钻压下的变化规律大致上都是一样的，仅仅在平均钻速上有点儿差异。通过进一步分析和研究实验的结果发现，后倾角和切削齿的尺寸对PDC钻头的破岩效率能够产生很大的影响。其中，后倾角的范围在10°～15°之间的时候，或岩石样本的可钻性级值是3.5的时候，PDC钻头的破岩效率是比较高的；当后倾角的范围在15°～20°之间的时候，或岩石样本的可钻性级值是4.6与5.8的时候，PDC钻头的破岩效率是比较高的。

 

　　同时能够发现，切削齿的尺寸也能够对PDC钻头的破岩效率产生比较重大的影响，当切削齿的尺寸的直径是13mm、16mm与19mm的时候，岩石样本的可钻性级值各自是3.5、4.6与5.8。当岩石样本的可钻性级值都是3.5的时候，平均钻速从低到高分别是13mm尺寸的切削齿的PDC钻头、16mm尺寸的切削齿的PDC钻头和19mm尺寸的切削齿的PDC钻头；当岩石样本的可钻性级值是4.6与5.8的时候，平均钻速从低到高分别是19mm的尺寸切削齿的PDC钻头与16mm尺寸的切削齿的PDC钻头。通过比较得知，在钻压水平一样的情况下，当抗钻的阻力比较小与可钻性级值比较低的时候，切削齿钻进岩石是比较容易的，因此，尺寸比较大的切削齿的破岩效率是比较高的；反之，当抗钻的阻力比较大与可钻性级值比较高的时候，倘若使用尺寸比较大的切削齿，切削齿钻进岩石是比较困难的。由此可见，当使用PDC钻头钻进三级以下地层的过程中，使用19mm尺寸的切削齿的破岩效率是比较高的；当使用PDC钻头钻进Ⅴ级与Ⅳ级地层的过程中，使用16mm尺寸的切削齿的破岩效率是比较高的。因此，倘若岩石的可钻性级值比较高，那么就需要使用小直径的切削齿实施钻进。

 

　　5结语

 

　　在布齿密度上，PDC钻头的钻进速度会伴随着布齿密度的增大而有所降低，在设计PDC钻头的过程中，需要依据岩石的性状与切削齿的尺寸设计合理的布齿密度。在切削齿的尺寸上，在使用PDC钻头的时候，需要根据岩石的性质使用符合一定尺寸的切削齿，在切削齿的后倾角上，当可钻性的级值是五级以下地层和切削齿的尺寸直径是16mm或者是19mm的时候，需要使用的最理想的后倾角的范围是10°～15°；当可钻性的级值是更高地层和切削齿的尺寸的直径是13mm的时候，需要使用的最理想的后倾角的范围是15°～20°。