PDC切削齿直径对切削力的影响规律研究

针对不同地层岩性特点，需进行个性化PDC钻头设计，其中PDC切削齿的直径是重要的钻头优化设计参数之一。为了探究不同PDC切削齿直径对破岩切削力的影响，通过室内模拟试验方法进行研究。试验所用岩样为石灰岩。单齿破岩试验选取了?13.44、?15.88、?19.05、?21.95 mm的常规圆柱状PDC切削齿和3个不同的切削深度作为试验变量，使用三轴力传感器记录了切削力数据并收集了岩屑，对比了不同试验条件下单齿破岩过程的机械比能和不同直径切削齿的攻击性；使用水平钻机进行了全尺寸钻头破岩试验，对比了3种不同PDC切削齿直径的钻头在3 mm左右吃入深度下的破岩机械比能。试验结果显示：PDC切削齿的破岩切削力并不随着直径的增大而增大；在相同吃入深度下，?19.05 mm齿的破岩效果最好；随着吃入深度的增加，切削岩石所需要的力变大。全尺寸钻头破岩试验结果表明，?19.05 mm齿的全尺寸钻头机械比能最低。分析认为，在破岩过程中，PDC切削齿直径会改变岩石内部产生的应力区域，影响PDC切削齿的破岩效果。选取与岩性匹配的PDC切削齿直径能够取得最优的破岩钻进效果。研究结果可为PDC钻头优化设计提供部分理...