PDC钻头是一种通过PDC复合片进行切削作业的钻井工具。它利用PDC复合片的高硬度和耐磨性，在钻井过程中有效地破碎岩石，提高钻井效率，并延长钻头的使用寿命。PDC钻头在石油、天然气、煤田以及其他矿产资源的勘探和开采中得到了广泛应用。
据不完全统计，70%以上的PDC钻头失效是因为PDC切削齿损坏而造成的。聚晶金刚石复合片PDC作为PDC钻头切削齿，是最主要的切削单元，其性能在很大程度上决定了PDC钻头的钻进效果和使用寿命。
PDC钻头
一、PDC切削齿断裂。
切削齿的断裂，通常出现在PDC钻头冠部最大直径的外侧切削齿上，因为该部分切削齿在钻探过程中直接接触岩石，收到的冲击力最大。该部分切削齿的断裂会导致其余切削齿受力不均，加速钻头失效。
1、冲击剥落。PDC切削齿的剥落，是在钻进硬地层时，钻头受到不规则的较大瞬间冲击，在短时间内承受超负荷，达到一定程度后，萌生裂纹形成微碎片，最终导致PDC金刚石层和硬质合金层的破碎和局部剥落。
金刚石层的冲击剥落主要表现为金刚石片近似的沿切削方向形成微尺度的片状剥落，多个大小不一的片状剥落坑连通形成金刚石层大面积的冲击剥落。
2、冲击疲劳。冲击疲劳通常在钻头工作一定时间之后发生，PDC钻头工作时承受机械疲劳与冷热交变的共同作用，因累积损伤而产生疲劳裂纹，继而扩展导致疲劳断裂。
冲击疲劳断裂是一种典型的断裂形式，其典型断口特征是具有略呈弯曲并相互平行的沟槽或条带。在钻进过程中，选取适当的钻井参数、改变切削齿的形状和切削齿结合界面形状，都是防止PDC切削齿出现过早疲劳失效的有效方法。
3、崩齿。在冲击作用下，切削齿内部相邻的孔洞相连形成微裂纹且不断扩展和分叉，在剪切力作用下极易发生大面积整体断裂，即崩齿，是PDC切削齿断裂最严重的一种失效形式。
崩齿产生的碎齿滞留在井底，在钻进时就会对新齿产生破坏。因此，提高切削齿本身内部质量、保持稳定的钻压钻速、及时打捞井底碎齿和杂物等，均是减小切削齿发生折断或破裂的有力措施。
PDC复合片
二、PDC切削齿磨损。
磨损是PDC切削齿最常见的一种失效形式，占据切削齿失效的50%左右。钻头在钻压和转矩的作用下以剪切的形式切削岩层，切削齿直接与地层作用，产生磨损大大降低破岩效率，当切削齿磨损严重时，就会开始磨损钻头刀翼和胎体部分，造成整个PDC钻头的损坏直至报废。
1、磨粒磨损。磨粒磨损发生于使磨粒不断碎化的零件表面上，切削破岩时，磨粒夹在PDC切削齿和岩石的两个接触面中，当最大接触应力超过磨粒的抗压强度极限，硬组分碾碎破裂，对切削齿表面产生磨损。
一般情况下，材料的硬度越高其耐磨性越好，可以通过添加纳米材料、改进粉末配方、优化制备工艺等，提高PDC切削齿材料的硬度和耐磨性。
2、冲蚀磨损。钻井时钻头喷嘴引导射流以极高的速度冲到井底，协助切削齿完成破岩和清岩。当钻井液到达井底后，会携带许多小岩屑，形成固液两相流体，一定的速度和角度对切削齿进行冲蚀，材料变为磨屑而流失。
PDC钻头切削齿
三、PDC切削齿脱落。
切削齿的脱落包括金刚石层脱落和切削齿的整体脱落，占切削齿失效的25%左右。切削齿的脱落会直接导致钻头刀翼因失去刃口而破毁，直接影响整个PDC钻头的钻进效率和使用寿命。
1、金刚石层脱落。聚晶金刚石层脱落表现为金刚石层与硬质合金衬体的黏结遭到破坏而造成金刚石层剥离，致使切削齿刃口不复存在而失去切削能力。
聚晶金刚石与硬质合金的弹性模量相差较大，硬质合金的热膨胀系数约为金刚石的2倍。在钻井过程中，产生的巨大热应力会导致切削齿出现热龟裂；另外，由于金刚石层受到的冲击不能完全由硬质合金基体吸收，当钻遇硬夹层时冲击载荷加大，也易形成裂纹加速脱落。
2、切削齿整体脱落。PDC钻头在钻进复杂地层及硬质岩层时，在高速切削与不断碰撞过程中PDC钻头切削齿失去刀翼上硬质合金胎体的有效制成，整个切削齿从钻头刀翼上掉落下来，即掉齿现象。
除了钻头设计、地层特点和操作因素外，PDC切削齿的焊接质量是非常重要的因素之一。优选焊接工艺，提高焊接质量是防止钻头掉齿的重要措施。
文章参考来源：张富晓，黄志强，周已-[PDC 钻头切削齿失效分析]
石层复合片金刚钻头削齿发布于：河南省声明：该文观点仅代表作者本人，搜狐号系信息发布平台，搜狐仅提供信息存储空间服务。