PDC钻头是油气钻井的重要工具,在石油钻井中得到了越来越广泛的应用,该钻头对地层的敏感性强,结构变化多、设计灵活,其性能对钻井速度和成本影响很大。本文在综合国内外PDC钻头设计研究的基础上,根据PDC钻头的结构特点和井底运动规律,建立了描述PDC钻头几何结构及井底运动状态的复合坐标系统,通过研究切削参数、切削断面形状、切削齿的后倾角、岩石性质等因素对切削齿受力的影响,建立了PDC切削齿受力模型。PDC钻头的侧向不平衡力是造成钻头回旋的主要原因之一,而侧向不平衡力取决于钻头的布齿结构,通过合理的布齿结构设计,可有效地控制侧向不平衡力的大小。在对PDC钻头进行受力分析的基础上,建立了PDC钻头受力计算模型,建立了以钻头的侧向不平衡力最小为目标的优化设计方法。根据以上各项的研究内容,用VB语言编制了一套刮刀式PDC钻头优化设计软件,使刮刀式PDC钻头的设计过程自动化,大大提高了刮刀式PDC钻头的设计效率。