複合片鑽頭

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金剛石鑽頭的破碎機理 金剛石鑽頭的破岩方式主要有四種，即：剪切、預破碎（開槽效應）、犁削及磨削。

1、剪切 

岩石破碎力學的研究表明，岩石的抗剪強度比其抗壓強度要低得多，兩者的比值在0.09～0.15左右。顯然，采用剪切方式破碎岩石比用壓碎方式破碎岩石要容易而且有效得多。PDC鑽頭的複合片正是利用了岩石的這一力學特性，采用高效的剪切方式來破碎岩石，從而達到快速鑽井的目的。當PDC鑽頭工作時，複合片在鑽壓和扭矩的作用下克服地層應力切入地層並向前滑動，岩石在切削齒的作用下沿其剪切方向破碎並產生塑性流動，切削所產生的岩屑呈大塊片狀。這一切削過程與刀具切削金屬材料非常相似。

2、預破碎（開槽效應）是采用特殊的“尖/圓”齒交替布置切削結構所具有的岩石破碎方式，主要用在以純剪切方式不容易鑽進的地層，如具有一定塑性的地層。預破碎過程是通過開槽切削來完成的，具有這種切削結構的鑽頭在鑽進過程中，尖形齒因與地層接觸麵積小受力集中而先行切入地層，岩石在接觸應力的作用下產生破碎裂紋，隨著鑽頭的不斷旋轉，尖形齒在岩石中切出一條條較小的環狀“卸荷槽”，使地層應力預先釋放，而緊隨其後的圓形切削齒則以剪切方式切削其強度已大大減弱的大塊岩石，達到快速鑽進的目的。這樣大大提高了切削效率，降低了切削齒的磨損速度。

3、犁削 

天然金剛石鑽頭和TSP鑽頭在鑽進塑性地層時，常常以犁削方式來破碎岩石。岩石在鑽頭鑽進過程中，由於受到切削齒的作用，在其內部發生破碎並向表麵傳遞。堆積在切削齒前麵的破碎岩屑由於切削齒的移動被推向兩邊，最後由泥漿帶出井底，這一切削過程相似於犁地過程。

4、磨削

天然金剛石鑽頭和TSP鑽頭在鑽進極硬的粗晶粒地層時，切削齒克服岩石的高抗壓強度實現岩石的局部破碎。即其切削結構常常以磨削方式破碎岩石。由於硬地層岩石的高強度，使破碎的岩屑比較小，呈細粒狀，因而鑽頭的機械鑽速相應較低。