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石油钻采是石油与天然气勘探开发的重要环节,作为钻采装备的PDC钻头性能是影响钻采效率的重要因素,更重要的是关系到系统的安全和整个工作的成败。因此,研究PDC钻头的破岩机理,对提高破岩效率与寿命具有重要意义。为了研究PDC切削齿所处环境对破岩过程影响,分别研究了干燥环境、泥浆环境和带聚醚多元醇添加剂的泥浆环境中切削齿的行为特点。通过模拟井下工况,自制试验机。试验机主要分为:加载系统、旋转系统、采集系统、底座。加载系统主要通过电动缸施加压力实现,旋转系统主要靠电机和减速机来完成。试验机能控制PDC切削齿进给的速度、旋转的速度,并在PDC切削齿切削岩石时采集其切削力。通过研究PDC切削齿在干燥环境中,不同前倾角(24.64°、30.42°、35.40°、40.24°、44.79°)、不同吃入深度(0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm)条件下的分别切削砂岩、灰岩的破岩实验研究,结果表明:PDC切削齿的切削力随着前倾角的增大而增大,并且与之呈现指数函数关系,PDC切削齿的切削力随着吃入深度的增大而增大,并且与之呈现线性函数关系,随着吃入深度的增大,其切削比功下降,破岩效率增大。在水基钻井液环境中也进行了切削破岩实验,结果表明:PDC切削齿的切削力与前倾角、吃入深度的关系与在干燥环境中下一致;PDC切削齿切削力相比干燥条件从出现了下降,切削砂岩的切削力降低了15%-30%,切削灰岩时降低了5%-20%。对聚醚多元醇水基钻井液条件下进行切削破岩实验,结果表明:其切削齿的切削力和未加入聚丙二醇的水基钻井液条件下的切削力大致相同,并无明显变化。在有限元建模方面,通过建模所得结果与实验想对比,结果表明:模拟的切削力规律和实验规律大致相同,证明此模型是可用有效的。