一种PDC钻凿特性测定方法技术领域
本发明涉及钻头测定技术领域,具体是一种在室内给定条件下，在人造聚晶
金刚石(PDC)钻凿特性测定试验装置上，使用PDC模拟钻头和PDC磨铣钻头
对岩石先后进行PDC钻进特性试验和PDC磨铣特性试验，从而测定PDC的钻
凿特性。
背景技术
PDC钻凿特性测定方法的建立是测定PDC钻凿特性的前提之一，测定方法
的合理性对于评价PDC的钻凿特性具有重要意义。PDC钻凿特性是指PDC作
为切削齿在受力与旋转并伴有无规律振动、冲击状态下钻凿地层岩石所具有的
工程特性。测定的PDC钻凿特性可为PDC钻头生产厂根据不同地层特性选择合
适的PDC制造钻头提供依据与检测方法，同时也为PDC生产制造商改进和提高
其产品质量提供技术支持。
发明内容
本发明的目的是为了更好的测试PDC钻头的PDC切削齿在受力与旋转并伴
有无规律振动、冲击状态下钻凿地层岩石所具有的工程特性,提供一种在室内给
定条件下，在人造聚晶金刚石(PDC)钻凿特性测定试验装置上，使用PDC模
拟钻头和PDC磨铣钻头对岩石先后进行PDC钻进特性试验和PDC磨铣特性试
验，从而测定PDC的钻凿特性的PDC钻凿特性测定方法。
本发明的方法中，为保证钻凿特性ZDP客观、真实的反映PDC作为切削齿
在受力与旋转并伴有无规则振动、冲击状态下钻凿地层岩石所具有的特性，设
计了钻进特性因子D和磨铣特性因子P。钻进特性因子D反映了在整个钻进试
验过程中PDC钻进岩石的技术特性，磨铣特性因子P反映了PDC的抗磨损性
能和抗冲击性能。
本发明PDC钻凿特性测定方法总体技术方案是：
一种PDC钻凿特性测定方法，在室内条件下，利用人造聚晶金刚石(PDC)
钻凿特性测定试验装置进行，使用PDC模拟钻头进行PDC钻进特性试验，计算
PDC的钻进特性因子D；使用PDC磨铣钻头进行PDC磨铣试验，计算PDC的
磨铣特性因子P，进而计算PDC的钻凿特性
上述PDC钻凿特性测定方法中，所述PDC钻进特性试验步骤包括：对待测
PDC片进行清洗、烘干及称重，重量记录为m1；将PDC片安装于模拟钻头上，
将模拟钻头安装于人造聚晶金刚石(PDC)钻凿特性测定试验装置上，设定试
验钻压、转速和钻孔的深度，在钻性级别为6-8级的石英砂岩样上进行钻进特性
试验，共钻i个孔；记录每个钻孔钻进速度υi与进尺li；计算PDC的钻进特性
因子D＝∑vili。
更进一步包括设定试验钻压5kN，转速200r/min，每个钻孔的深度200mm，
在双端面平行且可钻性级别为7级的石英砂岩样上进行钻进特性试验，共钻8
个孔。
上述PDC钻凿特性测定方法中，所述PDC磨铣特性试验步骤包括：钻进特
性试验结束后将PDC片从模拟钻头上取下；将该PDC片安装于磨铣钻头上；在
人造聚晶金刚石(PDC)钻凿特性测定试验装置上进行PDC磨铣特性试验；设
定工作台移动速度、移动长度、转速和有效磨铣深度；磨铣特性试验结束后取
下PDC片进行清洗、烘干与称重，重量记录为m2；在体视显微镜下求取PDC
片的磨损面积A；计算PDC片的磨损重量m＝m1-m2；计算磨铣特性因子P＝m×
A。
更进一步包括设定工作台移动速度为0.5mm/每转，工作台移动长度300mm，
转速350r/min，有效磨铣深度2mm。
本发明技术方案中的人造聚晶金刚石(PDC)钻凿特性测定试验装置上优
选采用本申请人在先申请并公开的《PDC钻凿特性测定试验装置》(申请号
200910118933.X)和《一种用于测定PDC钻凿特性的模拟钻头》(申请号
201210400154.0)。
通过使用PDC模拟钻头和PDC磨铣钻头对岩石先后进行PDC钻进特性试
验和PDC磨铣特性试验，从而求出PDC的钻凿特性。其优点是可以测量PDC
作为切削齿在受力与旋转并伴有无规律振动、冲击状态下PDC的钻凿特性。其
测试方法简单、安全、准确，测试结果更接近实际测试结果。
附图说明
图1为PDC钻进特性试验流程图；
图2为PDC磨铣特性试验流程图。
图中：1待测PDC片，2超声波清洗器，3电烤箱，4电子天平，5金相显
微镜，6模拟钻头，7人造聚晶金刚石(PDC)钻凿特性测定试验装置，8钻进
试验岩样，9钻进试验后的PDC片，10磨铣钻头，11磨铣试验岩样，12磨铣
试验后的PDC片，13体视显微镜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
参照附图1和图2，本发明的具体实施方案包括以下步骤：
(1)制备钻进试验用岩样8；
(2)实验前对待测PDC片1进行清洗、烘干与称重，记录重量m1；
(3)将待测PDC片1放在金相显微镜5下进行检测；
(4)将检测合格的PDC片1安装于模拟钻头6上；
(5)将模拟钻头6安装在PDC钻凿特性测定试验装置7上。
(6)将岩样8放置于试验装置7上；
(7)进行钻进特性试验，记录钻进速度υ与进尺l；
(8)钻进特性试验结束后卸下模拟钻头6并取下PDC片1；
(9)将钻进试验后的PDC片安装于磨铣钻头10上；
(10)将磨铣钻头10安装在PDC钻凿特性测定试验装置7；
(11)将岩样11放置于试验装置7上；
(12)进行磨铣特性试验；
(13)磨铣特性试验结束后卸下磨铣钻头10并取下PDC片1；
(14)对磨铣试验后的PDC片1进行清洗、烘干与称重，记录重量m2；
(15)在体视显微镜下记录磨铣试验后PDC片1的磨损面积A；
(17)计算PDC钻凿特性ZDP。
进一步的，在所述步骤(1)中，所选用岩样是可钻性级别为7级的石英砂
岩，将岩样制备成上下两端面平行的长方体，岩样规格：长×宽×高＝450mm
×200mm×220mm。
进一步的，在所述步骤(7)中，PDC钻进特性试验技术参数：转速200r/min、
钻压5kN，每个孔的钻进深度200mm，共钻8个孔，记录每个钻孔的钻进速度
υi，在试验过程中用清水对钻头进行冷却。
进一步的，在所述步骤(11)中的岩样11是将步骤1中的岩样8水平翻转
180°后，然后放置于试验装置7上。
进一步的，在所述步骤(12)中PDC磨铣特性试验技术参数：工作台移动
速度为0.5mm/每转，工作台移动长度300mm，转速350r/min，有效磨铣深度2mm。
更进一步的，在所述步骤(17)中，计算PDC磨损重量m＝m1-m2，钻进特
性因子D＝∑vili，磨铣特性因子P＝m×A，PDC钻凿特性