牙轮钻头和PDC钻头破碎岩石机理分析

1. 牙轮钻头破碎岩石的机理

牙轮钻头在钻压和钻柱旋转的作用下，牙齿压碎吃入岩石，同事产生一定的滑动而剪切岩石。当牙轮在井底滚动时，牙轮上的牙齿一次冲击、压入岩石，这个作用可以将井底岩石压碎一部分，同时靠牙轮滑动带来的剪切作用削掉牙齿间残留的另一部分岩石，是井底岩石全面破。

2. PDC钻头破碎岩石机理

PDC钻头的工作原理和刮刀钻头基本相同。

（1）PDC钻头在钻进某些硬岩石时，在钻压作用下压入岩石，使与金刚石接触的岩石处于极高的应力状态而使岩石呈现塑性。

（2）在塑性（或者岩石在应力在应力作用下呈塑性）地层，金刚石吃入地层并在钻头扭矩的作用下使前方的岩石内部发生破碎或塑性流动，脱离岩石基体，形成岩屑。

（3）在脆性较大的岩石中，在钻压和扭矩作用下产生的应力使岩石表现为脆性破碎，即属于以剪力和张力破坏岩石。这种情况下金刚石钻头的破岩速度较高，岩石破碎的体积远大于金刚石吃入后位移的体积。

（4）在坚硬岩石中，由于金刚石本身程度的限制，较大粒度金刚石上的钻压不足以使岩石内部产生塑性变形，所以一般均采用细颗粒的金刚石制成孕镶式金刚石钻头钻进，其特点是要靠金刚石的棱角实现微切削，刻划等方式来破碎岩石。这样分离出来的岩屑基本上是粒度很细的粉末，钻头的工作效率和寿命均很高。