石油钻井设备与工具聚晶金刚石钻头

第四节聚晶金刚石钻头

以金刚石类材料为切削齿的钻头统称为金刚石钻头。按照金刚石种类的不同，将金刚石钻头分为四类：1、聚晶金刚石复合片（PDC）钻头2、热稳定聚晶金刚石钻头（TSP）3、表镶金刚石钻头4、孕镶金刚石钻头聚晶金刚石复合片钻头表镶金刚石钻头孕镶金刚石钻头一、金刚石类材料简介1、切削齿对材料性能的要求1）良好的机械力学性能。破岩需要良好的硬度、强度、韧性。2）耐磨性。抵御岩石的磨损。满足以上要求的材料有金属陶瓷、金刚石，统称为超硬材料。比如:硬质合金、单晶和聚晶金刚石等。金刚石是人类目前所知材料中最硬、抗压强度最强、抗磨损能力最高的材料，因此它是作为钻头切削刃最理想的材料。

天然单晶金刚石2、金刚石的种类金刚石按其成因可分为两大类：天然金刚石：单晶金刚石;人造金刚石：单晶或聚晶金刚石、聚晶金刚石复合材料。人造单晶金刚石聚晶金刚石聚晶金刚石复合材料——复合片图1爪型复合片图2常规复合片聚晶金刚石层硬质合金3、金刚石石材料简介介1）性能硬度弹性模量冲击韧性热胀系数热传导系数数抗压强度2）金刚石石的结构石墨金刚石金刚石为石石墨的同素素异形体。。金刚石的晶晶体类型：：3、合成金金刚石机理理与工艺碳的相图人造金刚石石的是用石石墨在某些些金属触媒媒的作用下下，在5～～10MPa压力及及1000°C～2000°°C高温条条件下制成成单晶金刚刚石。目前前已能合成成直径3mm或更大大的大颗粒粒单晶金刚刚石，但成成本较高。。目前我国人人造单晶金金刚石的产产量已居世世界第一位位。合成金刚石石的方法很很多，主要要有高压法:静压法动压法低压法:CVD法

两面顶压机合成金刚石原理图六面顶压机机结构原理理4、金刚石石材料的特特点优点：硬、、耐磨缺点：①脆性较大大，遇到冲冲击载荷会会引起破裂裂。②热稳定性性较差，在在高温下金金刚石会燃燃烧变为二二氧化碳和和一氧化碳碳；在空气气中，约在在455～～860℃之间，金刚刚石就要出出现氧化燃燃烧；在惰惰性或还原原性气体中中不会氧化化燃烧，但但约在1430°C时，金刚刚石晶体出出现同素异异形转换变变成石墨。。对于聚晶晶金刚石复复合片由于于内部含有有部分金属属，由于金金属材料的的热膨胀系系数远大于于金刚石的的热膨胀系系数，急剧剧受热容易易引起热裂裂。因而，金刚刚石钻头的的设计、制制造和使用用中必须避避免金刚石石材料经受受高的冲击击载荷并保保证金刚石石切削齿的的及时冷却却。5、金刚石石切削齿1）单晶金金刚石种类：天然然、人造特点：颗粒粒小。2）聚晶金金刚石聚晶金刚石石是将直径径约1～100um之间的人人造金刚石石单晶微粉粉，加入一一定配比的的粘结金属属或其他材材料在高温温高压下聚聚合而成的的大颗粒的的多晶金刚刚石材料。。有PDC和TSP两类。①聚晶金刚石石复合片结构：复合片为圆圆片状，金金刚石层厚厚度一般小小于3mm，切削削岩石时作作为工作层层，碳化钨钨基体对聚聚晶金刚石石薄层起支支撑作用。。特点：A、金刚石石和硬质合合金两种材材料的有机机结合，使使PDC既既具有金刚刚石的硬度度和耐磨性性，又具有有硬质合金金材料的强强度和抗冲冲击能力。。图1爪型复合片图2常规复合片聚晶金刚石层硬质合金B、自锐性性由于金刚石石的耐磨性性是硬质合合金的300倍以上上，在钻进进过程中硬硬质合金磨磨损量大于于金刚石层层，使得金金刚石层始始终保持一一定的出露露量，整个个复合片齿齿始终保持持良好的锋锋利性。C、热稳定定性差聚晶金刚石石复合片内内部含有部部分金属触触媒，由于于金属材料料的热膨胀胀系数远大大于金刚石石的热膨胀胀系数，急急剧受热容容易引起热热裂。同同时由于于金刚石层层与硬质合合金的热胀胀系数存在在差异，受受热也会造造成金刚石石的脱层。。其耐热温度度﹤700°。。D、脆性大大，抗冲击击韧性差金刚石本身身脆性大；；硬硬质质合金层与与金刚石的的弹性模量量不同，冲冲击响应频频率不同，，受冲击载载荷作用时时，金刚石石层受到的的冲击不能能完全由硬硬质合金层层吸收，容容易造成金金刚石层发发生崩裂，，因次适应应地层受到到限制。为提高硬质合金层层与金刚石石层之间的的结合强度度，增强复合片的耐耐冲击韧性性，对硬质质合金层与与金刚石层层的结合方方式进行了了不同的处处理，出现现了多种结结构的复合合片。3、种类常用的PDC直径为为13.4mm、16mm、19mm和8mm。目目前PDC正朝着大大直径方向向发展，最最大的直径径可达50.8mm，而且且金刚石层层也有加厚厚的趋势，，已有厚度度达2.5mm的PDC齿。。②热稳定性性聚晶金刚刚石（ThermallyStablePolycrystalline(TSP)Diamond）与PDC的的主要区别别：将聚晶晶金刚石中中的金属粘粘结剂用酸酸去除，使使聚晶金刚刚石的耐温温性大大提提高。耐热热温度达到到1150°。特点：颗粒粒较大，有有一定的耐耐温性。热稳定聚晶晶金刚石二、PDC钻头PDC钻头头（PolycrystallineDiamondCompactBit，即聚晶晶金刚石复复合片钻头头）是随着着PDC复复合材料的的发展而发发展起来的的一类新型型钻井工具具。它是美美国石油钻钻井工业20世纪80年代的的一项重大大技术成就就。PDC钻头头在石油钻钻井中的应应用使于70年代中中期。以锋锋利、耐磨磨、能够自自锐的聚晶晶金刚石复复合片切削削齿剪切破破碎岩石。。由于这种种钻头在软软到中硬地地层中机械械钻速高、、寿命长，，大大降低低了钻井成成本，所以以PDC钻钻头广泛应应用于软到到中硬地层层的油井的的钻进。目前，PDC钻头的的用量和在在钻井中总总进尺的比比例逐年上上升，迄今今已达到45%左右右。一)钻头结结构1、结构2、、PDC钻钻头头分分类类按钻钻头头体体材材料料分分类类：：钢钢体体、、胎胎体体；；按刀刀翼翼数数量量分分类类：：3-12刮刮刀刀。。钢体体PDC钻钻头头胎体体PDC钻钻头头钻头结构参数切削结构水力结构3、、PDC钻钻头头结结构构参参数数切削削结结构构基基本本参参数数切削结构冠部形状刀翼的数量及结构切削齿的分布切削齿的空间位置保径结构水力结构流道的结构喷嘴及空间结构水力力结结构构基基本本参参数数：：二））切切削削结结构构及及参参数数1、、冠冠部部形形状状钻头头冠冠部部形形状状是指指钻钻头头切切削削齿齿外外部部轮轮廓廓的的包包络络线线。。由由内内锥锥、、外外锥锥和和鼻鼻部部组组成成（（见见图图））。。钻头冠部形状短抛抛物物线线长抛抛物物线线钻头头的的冠冠部部形形状状决决定定了了钻钻头头切切削削形形成成的的井井底底形形状状，，使使得得切切削削齿齿接接触触井井底底的的先先后后次次序序发发生生变变化化。。由于于最最前前端端的的切切削削齿齿（（鼻鼻部部齿齿））在在半半无无限限体体状状态态下下破破碎碎岩岩石石，，所所受受的的单单位位面面积积的的切切削削力力最最大大，，而而后后序序切切削削齿齿由由于于自自由由面面形形成成，，所所受受的的单单位位面面积积的的切切削削力力逐逐次次降降低低。。因因此此钻头头冠冠部部形形状状对对切切削削齿齿的的受受力力有有较较大大的的影影响响。。同时时内锥锥影影响响钻钻头头的的稳稳定定性性，，外外锥锥影影响响钻钻头头的的布布齿齿数数量量和和布布齿齿密密度度；；内内外外锥锥结结构构对对流流道道形形状状也也有有较较大大的的影影响响。。①冠部部形形状状参参数数：对于于通通常常采采用用的的圆圆弧弧形形冠冠部部，，其其形形状状可可由由内内锥锥角角和外外锥锥圆圆弧弧半半径径r两两个个参参数数确确定定（（图图））。②冠冠部部形形状状参参数数确确定定方方法法冠部部内内锥锥角角的大大小小影影响响钻钻头头的的稳稳定定性性，，内内锥锥角角越小小钻钻头头越越稳稳定定。。随随着着地地层层硬硬度度的的增增加加，，内内锥锥角角逐逐渐渐减减小小、、内内锥锥高高度度增增加加，，以以保保持持钻钻头头的的稳稳定定性性。。内内锥锥深深度度与与内内锥锥角角有有关关，，按按内内锥锥角角的的大大小小将将内内锥锥深深度度分分为为浅浅锥锥和和深深锥锥两两种种，，对对应应关关系系为为：：内锥锥角角﹥﹥130°°————浅浅锥锥内锥锥角角≦≦130°°————深深锥锥一般般根根据据地地层层软软硬硬变变化化取取值值范范围围为为120°°——170°°。。钻头头的的外外锥锥弧弧半半径径决决定定了了摆摆放放切切削削齿齿的的总总数数量量、、切切削削齿齿的的切切削削体体积积和和流流道道的的形形状状，，因因此此外外锥锥圆圆弧弧半半径径与与钻钻头头齿齿的的磨磨损损和和携携岩岩效效果果密密切切相相关关。。圆弧弧半半径径的的确确定定原原则则为为：：在在保保持持携携岩岩流流道道畅畅通通的的前前提提下下，，尽尽量量减减小小圆圆弧弧半半径径。。同同时时要要考考虑虑钻钻头头转转速速，，一一般般转转速速越越快快外外锥锥部部位位磨磨损损越越严严重重，，需需要要增增加加圆圆弧弧长长度度以以增增加加切切削削齿齿的的数数量量。。常常规规钻钻头头外外锥锥圆圆弧弧半半径径由由冠冠部部高高度度系系数数确确定定：：冠部部高高度度系系数数定定义义为为：：冠部部高高度度即为为钻钻头头圆圆弧弧部部位位的的总总高高度度。。按照照冠冠部部高高度度系系数数将将冠冠部部圆圆弧弧半半径径大大小小分分为为四四级级（（如如图图）），，具具体体分分级级描描述述如如下下：：冠部圆弧弧半径大大小分级级冠部高度度系数与与适用条条件的对对应关系系为：2、布布齿密度度与布齿齿间距布齿密度度定义为为单位长长度内切切削齿的的总面积积，也可用用两个切切削齿之之间的切切削弧长长表示（（如图））。布齿齿密度的的大小由由冠部形形状、刀刀翼数量量和布齿齿间距决决定。在在冠部形形状、刀刀翼数量量确定的的条件下下，布齿齿密度取取决于布布齿间距距的大小小。布齿间距距定义为刮刮刀上相相邻两切切削齿之之间的间间隙宽度度（图））。为使切削削齿准确确定位，，切削齿齿之间不不能接触触，因此此需要一一定的布布齿间距距。布齿齿间距由由冠部圆圆弧半径径、切削削齿长度度、切削削齿直径径、齿前前角、切切削齿后后部距离离决定（（如图））。3、切切削齿空空间结构构参数PDC钻钻头切削削齿空间间结构由由四个基基本参数数确定：：齿前角角、侧转转角、装装配角和和位置角角（如图图）。①齿前角角金刚石复复合片绕绕水平直直径线旋旋转一个个角度，，切削齿齿切削平平面和切切削齿轴轴线所成成的角称称作齿前角。研究表明，，齿前角的的大小与破破岩效果密密切相关，，齿前角绝绝对值越大大，下部的的岩石多向向压缩应力力增加，压压碎的岩石石比例增大大，不易形形成较大体体积的剪切切破碎，破破岩效率降降低；而齿齿前角变小小，一方面面复合片后后部趋于平平缓，切削削齿不易深深度吃入地地层，另一一方面由于于切削齿受受拉、弯应应力相对增增加，易造造成复合片片崩裂。因因此齿前角角存在最优优值（如图图）。最优值的大大小与地层层特性、切切削齿的性性能等因素素有关。一一般而言，，对于较硬硬地层，齿齿前角绝对对值取大值值。对于软软地层齿前前角绝对值值应较小，，一般在-10°到到-30°°度范围内内。中心部部位切削齿齿由于回转转半径很小小，受力状状态复杂，，齿前角绝绝对值较大大，其它部部位切削齿齿的齿前角角根据地层层条件确定定，其选择择范围见表表：②侧转角角由于切削齿齿有一定的的厚度，当当其在切槽槽中旋转时时，由于其其切削刃部部分集中在在复合片前前部（1-2mm）），其后部部支撑部分分会在环槽槽内与地层层产生摩擦擦磨损（如如图），影影响机械钻钻速，同时时侧转角还还对岩粉的的运移产生生影响。摩摩擦磨损的的部分在角角a范围内。为为避免上述述情况，需需要将复合合片沿其中中心线旋转转一定的角角度b，此角度即即为侧转角角（如图））。③装配配角切削齿柱轴轴线与钻头头轴线成一一角度，此此角称作装装配角。装装配角为确确定参数，，由钻头的的冠部形状状和齿径向向半径决定定。④位置角角切削齿位置置角为切削削齿在钻头头圆周上所所处的方位位角（如图图）。切削齿位置置角由其所所处的刀翼翼位置、刀刀翼形状确确定。4、切削齿齿直径目前市场上上常规PDC齿的直直径为：13.4mm、16mm、19mm、、25.4mm四种种。齿直径径的选择依依据地层条条件。大直直径齿出露露量大、机机械钻速高高、不易泥泥包，适合合软地层。。小直径齿齿抗冲击韧韧性相对较较好，但出出露量较小小，适合硬硬地层。切切削齿尺寸寸选择与地地层的对应应关系如下下：5、刀翼翼数量、形形状及位置置角①刀翼数量量对刮刀PDC钻头而而言，钻头头冠部形状状确定后，，刀翼数量量决定了切切削齿的布布齿密度和和数量。同同时其位置置角影响钻钻头的整体体受力和流流道的结构构。地层越硬钻钻头磨损越越严重，需需要增加切切削齿的数数量，刀翼翼数量也越越多。常规规钻头刮刀刀数范围为为3~9。。刮刀数量量与地层硬硬度的对应应关系为：②刀翼形状状刀翼形状与与钻头的冠冠部形状、、切削齿的的空间结构构参数有关关。刀翼形状影影响钻头流流道结构、、钻头受力力和携岩效效果。其基基本参数由由切削齿空空间结构参参数确定，，其基本结结构形式分分为以下三三种：直刀翼：钻头刀翼的的俯视投影影为直线（（如图）一一般其冠部部圆弧较小小，用于中中软至硬地地层钻头。。常规螺旋：：刀翼形状由由直线段和和螺旋线组组成，适用用于各种地地层。大螺旋：刀翼形状为为螺旋型，，由切削齿齿的位置拟拟合得到，，适用于软软地层。③刀刀翼翼位位置置角角各刀刀翼翼位位置置角角由由周周向向角角限限定定。。周周向向角角即即为为刀刀翼翼的的方方位位角角（（如如图图））。。周向向角角依依据据结结构构对对称称原原则则、、流流道道协协调调原原则则设设计计。结构构对对称称是是指指长长短短刀刀翼翼的的搭搭配配力力求求做做到到在在结结构构上上对对称称，，使使任任意意横横截截面面两两边边的的切切削削齿齿数数量量和和切切削削结结构构基基本本对对称称（（如如图图））。。流道道协协调调原原则则是是指指流流道道的的过过流流面面积积变变化化协协调调均均匀匀，，避避免免局局部部流流道道堵堵塞塞或或局局部部狭狭窄窄，，防防止止局局部部岩岩屑屑堆堆积积（（如如图图））。。6、、保保径径结结构构与与形形状状钻头头保保径径除除保保持持井井眼眼直直径径外外，，对对钻钻头头的的导导向向性性能能和和钻钻头头稳稳定定性性影影响响较较大大。。其其结结构构由由保保径径长长度度、、保保径径宽宽度度、、保保径径形形状状确确定定。。一一般般而而言言，，地地层层研研磨磨性性越越大大，，保保径径面面积积应应加加大大。。在在保保持持井井眼眼直直径径的的前前提提下下，，考考虑虑钻钻头头的的导导向向性性能能和和稳稳定定性性。。保径径的的形形状状分分为为直直线线形形和和螺螺旋旋形形两两种种。。保保径径形形状状与与刀刀翼翼形形状状、、地地层层特特性性以以及及井井眼眼轨轨迹迹控控制制等等因因素素有有关关。。一一般般刀刀翼翼形形状状为为螺螺旋旋形形则则保保径径为为螺螺旋旋形形。。三）钻头水力力结构参数确确定原则钻头水力结构构主要包括两两部分：流道道结构和喷嘴嘴及空间分布布。1、流道结结构流道结构与尺尺寸结构设计计目标是最大大限度的增加加流道空间，，便于岩粉尽尽快离开井底底，避免岩粉粉的二次破碎碎。一般流道道深度为喷嘴嘴的最佳喷距距，也即喷嘴嘴直径的5—7倍；；流道的宽度度越大越好，，其由刀翼空空间决定，因因此一般情况况下在保证刀刀翼强度的前前提下尽量采采用较窄刀翼翼形状。2、喷嘴及及其空间结构构参数①喷嘴的数量量与尺寸喷嘴数量和尺尺寸是由水力力学参数优化化设计结果确确定的。喷嘴嘴的当量直径径可由排量和和设计钻头压压降计算得到到：式中：△P—设计钻钻头压降；Q—排量；A—钻头喷嘴嘴过流面积；；D—喷嘴当量量直径；Dj—第j个个喷嘴的直径径；N—喷嘴个数数。由排量和设计计钻头压降计计算得到钻头头喷嘴的当量量直径后，根根据喷嘴个数数确定每个喷喷嘴直径。每每个喷嘴直径径有不同，但但差别不能太太大，以使钻钻头表面的液液流分布均匀匀。②喷嘴的空间间结构参数喷嘴的空间结结构参数主要要有：中心半径、位位置方位角、、喷射方位角角、喷射角度度四个参数(如图）。这四四个参数依据据水力学优化化设计结果确确定。中心半径、位位置方位角确确定原则是消消除钻头表面面的涡流区（（如图）。喷射方位角、、喷射角度的的优化目标是是以较大的水水马力清除切切削齿破碎的的眼屑并形成成速度矢量指指向井壁的漫漫流层将岩屑屑携离井底，，同时避免在在井壁附近形形成涡流区（（如图）。根根据有限元流流场分析结果果，最优的喷喷嘴喷射角度度为25°。。喷射角度和喷喷射方位的具具体确定方法法可分为三类类：中心喷嘴：对对于刮刀数量量较多或钻头头直径较大（（≧241mm）的钻头头需要中心喷喷嘴，以冲洗洗中心部位的的岩屑（如图图）。中心喷喷嘴的喷射角角度一般在0°—10°°，喷射方位位一般与某一一长刮刀平行行。内锥喷嘴：内内锥喷嘴主要要覆盖长刮刀刀所处的流道道的冲洗，覆覆盖面积较大大，因而喷射射角度的变化化范围较大。。如果长刮刀刀流道只布置置一个喷嘴，，则喷射角度度一般取值范范围为15°°-30°；；如果长刮刀刀流道布置两两个喷嘴，则则内锥喷嘴喷喷射角度一般般取值范围为为5°-15°（如图））。外锥喷嘴：外外锥喷嘴覆盖盖某一短刮刀刀或长刮刀的的外锥部分的的冲洗，由于于其放置位置置靠近钻头外外侧，喷射角角度不宜过大大，一般要求求其射流的中中心对准钻头头的鼻部为宜宜，通常取值值范围在10°-25°°（如图6-22）。四）PDC钻钻头的破岩机机理1、切削齿的的运动轨迹钻井过程中切切削齿在压力力和扭矩的作作用下破碎井井底的岩石，，相应地产生生给进和回转转运动，其运运动轨迹为螺螺旋线。2、PDC钻钻头破岩过程程根据破岩机理理分析，切削削齿在钻压压压入地层一定定深度的同时时在扭矩作用用下连续破碎碎岩石。①初期挤压阶阶段（塑性变变形）刃前岩石沿剪剪切面破碎后后,切削齿齿刃侵入前一一过程留下的的断裂面，切切削齿挤压刃刃前岩石，切切削力不断增增大，岩石发发生局部塑性性变形。②小剪切破碎碎（局部破碎碎）随着切削力的的不断增大,刃前岩石石发生裂纹。。当岩石的拉拉应力超过岩岩石的抗拉强强度时，岩石石被拉开，出出现裂纹。当当剪应力超过过岩石的抗剪剪强度时，岩岩石出现剪切切裂纹,岩石石发生小剪切切破碎。③大剪切破碎碎（体积破碎碎）随着切削齿继继续向前运动动，切削力力不断增大，，齿刃挤压前前方岩石。当当切削力增大大到极限值时时，岩石沿剪剪切面发生大大剪切破碎，，出现块体崩崩裂。大剪切切发生的瞬间间，切削阻力力突降至最小小。塑性岩石的切切削齿受力塑、脆性岩石石破碎过程的的差异：塑性岩石与脆脆性岩石的剪剪切破岩过程程基本相似，，但又有差异异。由于塑性岩石石的崩切体积积较小，形成成的切削槽在在宽度和深度度上变化不大大，切削过程程是一个较稳稳定的过程，，切削力遵循循一定的周期期性变化，但但波幅较小。。而脆性岩石的的崩切体积较较大，形成的的切削槽在宽宽度和深度上上变化较大，，切削力跳动动幅度较大。。五）PDC钻钻头的特点PDC切削齿齿的自锐性PDC钻头的的特点总结优点：1）以剪切方方式破岩，在在软至中硬均均质地层中破破岩效率高，，机械钻速高高；2）具有自锐锐性，能始终终保持较高的的机械钻速；；3）PDC钻钻头切削齿耐耐磨性高，钻钻头寿命长；；4）所需钻压压较低，钻柱柱负荷小。同同时在吊打情情况下能保持持较高的钻井井速度；5）适应较高高的转速（可可达400转转/分），有有利于提高钻钻井速度；同同时适合配合合动力钻具使使用；6）PDC钻钻头结构牢固固，没有活动动部件和易损损件，有利于于防止钻井事事故；7）不受井眼眼尺寸的限制制，适合在小小井眼中应用用；8）不受地层层温度的影响响，是高温地地层钻进的首首选。六）PDC钻钻头优化设计计理论与方法法1、传统的PDC钻头设设计理论等切削体积原原则；等功率原则；；等磨损原则。。等切削体积原原则：即以每每个切切削齿齿的切切削体体积相相等为为原则则。sj———第j颗颗切削削齿的的破岩岩面积积；Rj———第j颗颗切削削齿距距旋转转中心心的距距离。。等功率率原则则：每个切切削齿齿的切切削功功率相相等。。Sj——第第j颗颗切削削齿的的破岩岩面积积；Rj——第第j颗颗切削削齿距距旋转转中心心的距距离。。Aj——岩岩石的的单位位体积积破碎碎功或或岩石石的抗抗剪强强度。。等磨损损原则则:等磨损损原则则的目目标函函数为为使钻钻头每每个切切削齿齿的磨磨损速速度一一致。。由于影影响磨磨损速速度的的因素素众多多，目目前还还没有有合理理的函函数表表达式式。2、传传统PDC钻头头设计计理论论的局局限性性传统PDC钻头头设计计理论论与方方法，，对于于PDC钻钻头的的设计计有一一定的的指导导意义义，但但在实实际应应用过过程中中还存存在许许多问问题，，特别别对于于刮刀刀式PDC钻头头的设设计，，理论论与实实际差差距更更大。。原因因在以以下几几个方方面:①等切切削体体积布布齿原原则可可以用用于PDC钻头头的实实际设设计。。但是是等切切削体体积布布齿原原则没没有考考虑齿齿与地地层的的相互互作用用，不不能准准确反反映切切削齿齿受力力以及及磨损损的规规律。。②对于于等功功率、、等磨磨损原原则，，由于于对钻钻头齿齿与地地层相相互作作用的的规律律的研研究不不够系系统完完善，，还不不能用用于实实际钻钻头设设计。。图PDC钻头头的不不平衡衡力3、PDC钻头头设计计理论论的最最新研研究成成果1）平平衡力力设计计由于钻钻头齿齿的受受力的的合力力不平平衡（（如图图），，在旋旋转过过程中中使钻钻头的的旋转转中心心偏离离井眼眼中心心，造造成钻钻头在在公转转的同同时伴伴有间间断性性自转转，从从而形形成涡涡动。。平衡力力设计计的方方法①改变变切削削齿的的空间间角度度消除除不平平衡力力；②采用用不对对称刀刀翼设设