特高多层胎体孕镶金刚石钻头设计与数值模拟

孙祺斌，沈立娜，杨甘生，田国亮，阮海龙，陈 西

特高多层胎体孕镶金刚石钻头设计与数值模拟

孙祺斌1，沈立娜2，杨甘生1，田国亮3，阮海龙2，陈 西1

(1. 中国地质大学(北京) 工程技术学院，北京 100083；2. 北京探矿工程研究所，北京 100083；3. 山东省地质矿产勘查开发局第六地质大队，山东 威海 264200)

针对金刚石钻头寿命受限于钻头胎体高度的问题，提出了一种新型多层特高胎体孕镶金刚石钻头的设计方案。钻头设计中，引入了偏心交错切削齿、交替式水口以及挡水片结构，保证了多层特高胎体钻头的冷却及有效钻进。通过强度及水力流场模拟，校核了钻头强度，验证了水路结构的合理性，并进一步实现了钻头成品加工制造。该钻头打破钻头胎体高度的限制，为大幅提高钻头寿命提供了新的思路。

特高多层胎体钻头结构设计；挡水片；强度分析；流体场分析；数值模拟

在资源日渐紧缺的现状下，钻探开始向更深部、更复杂地层发展，需要性能优良的钻探工具，特别是直接影响钻探成本和效率的钻头。钻头的机械钻速和工作寿命是衡量其性能优劣的两个关键参数，提高机械钻速可缩短纯钻进时间，增加钻头寿命可减少提下钻次数，缩短钻探工作总时间，最终实现降低钻探成本的目的。为了改善金刚石钻头性能，国内外学者主要从钻头的结构设计、胎体材料选择、烧结工艺参数优化、金刚石表面镀覆等[1-7]方面进行研究。在深孔钻探中使用金刚石绳索取心钻进工艺可以提高钻速，减少起下钻的次数和间隔，从而节约钻进成本[8-10]。……