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PDC钻头(PolycrystallaineDiamondCompactBit，即聚晶金刚石复合片钻头)是油气钻井的重要工具，该钻头对地层的敏感性强，结构变化多、设计灵活，其性能(尤其是切削齿的布置合理性)对钻井速度和成本影响很大。PDC钻头是使用人造聚晶金刚石复合片作为切削元件以切削方式破碎岩石的，在大段软到中等硬度地层具有很好的破岩性能，综合经济效益显著。本文针对以往行业内凭经验设计PDC钻头的不足，从PDC钻头切削力学、PDC钻头结构设计等方面进行了理论分析和研究。研究中，建立了钻头切削齿切削岩石的力学模型，对单个切削齿进行了受力分析，在此基础上得到了钻头的受力合成公式；在对钻头进行力学分析的基础上，开展了PDC钻头的力平衡设计的研究；并研究了PDC钻头冠部形状设计的新方法；确定了钻头切削齿的径向与周向布置的理论与方法，应用本文所提出的力学分析与设计理论，设计了一种新型的215R335型PDC钻头，在对工艺改进的基础上，成功研制了该型号钻头并进行了现场应用；对215R335型PDC钻头与以往凭经验设计的215R235的使用结果进行了分析对比。对比的结果表明，应用本文所开展的PDC钻头切削力学理论研究和结构设计方法研究所设计的PDC钻头与凭经验设计的PDC钻头相比不仅极大地提高了钻井效率，而且大大的降低了钻井成本。