为了提高钻头切削齿的正向抗冲击能力，设计了一种凸脊型非平面齿，并研制了配套PDC钻头。与常规圆柱状平面齿相比，凸脊型非平面齿切削面被3 条互相成120°的凸脊均分为3 个斜面，切削齿与地层相互接触的部分由平面转变为三维非平面。

　　

　　非平面齿设计及其布齿方式

　　

　　非平面齿切削砂岩、泥岩示意

　　

　　凸脊型非平面齿PDC 钻头设计与常规平面齿PDC 钻头大同小异，只是在布齿密度和切削齿倒角等参数上存在细微差别。凸脊型非平面齿PDC 钻头在布齿时，将其中1 条凸脊置于切削刃位置，作为钻头切削地层的工具线。

　　

　　切削均质性强的砂岩、泥岩地层时，砂泥岩由于抗压强度低于砾岩，会产生足够大的形变，此时非平面齿与地层仍然为面接触，其破岩方式仍为传统的剪切破碎。但是与常规平面齿相比，分布于凸脊两侧的切削刃更短，因而产生的岩屑更分散而不易成球，而且凸脊两侧的斜面会对岩屑产生向两侧的推挤力，使得岩屑不会堆积于刀翼顶部，可以避免钻头发生泥包。

　　

　　2 只凸脊型非平面齿PDC 钻头的冠部设计

　　

　　基于凸脊型非平面齿，研制了2 只ϕ333.4 mm 非平面齿PDC 钻头，一只为MV516TIU 型钻头，采用五刀翼高攻击性单排齿设计；另一只为MV516TILXU型钻头，采用五刀翼均衡性双排齿设计。

　　

　　2只凸脊型非平面齿PDC 钻头在库车山前地区博孜区块某井砾石层井段进行了现场试验，创造了机械钻速最高、单只钻头进尺最长的区块纪录，与邻井常规PDC 钻头相比，进尺提高1.5 倍以上，平均机械钻速提高64% 以上，提速效果明显。

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