基于離散元法的PDC 鉆頭切削復(fù)合地層黏滑振動(dòng)特性研究

陳 建 ，王 力 ，汪 勇 ，豆旭謙 ，解志在 ，陳洪巖 ，李明強(qiáng)

（1.淮南礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，安徽 淮南 232001；2.中煤科工西安研究院（集團(tuán)）有限公司，陜西 西安 710077；3.煤炭科學(xué)研究總院，北京 100013）

PDC 鉆頭是煤礦井下鉆探的常用鉆具，其在復(fù)合地層鉆進(jìn)時(shí)遇到堅(jiān)硬巖層易出現(xiàn)鉆進(jìn)效率低下，鉆頭黏滑振動(dòng)明顯導(dǎo)致鉆頭失效率增加等問題，不僅降低施工效率，同時(shí)將增加施工成本[1-2]。為抑制PDC 鉆頭在堅(jiān)硬巖層中鉆進(jìn)時(shí)的黏滑振動(dòng)現(xiàn)象，不同學(xué)者提出采用扭轉(zhuǎn)沖擊（周向沖擊）[3]、軸向沖擊[4-5]和扭轉(zhuǎn)軸向復(fù)合沖擊的方法[6-8]。

現(xiàn)有針對(duì)PDC 鉆頭黏滑振動(dòng)特性的研究，多采用理論分析和實(shí)驗(yàn)研究的方法[9-10]。采用理論分析針對(duì)鉆頭黏滑特性的研究具有一定的局限性，難以將所有潛在影響因素考慮全面；采用實(shí)驗(yàn)研究的方法雖然能夠最大限度還原鉆頭實(shí)際鉆進(jìn)過程中的情況，但是實(shí)驗(yàn)方法需耗費(fèi)大量的鉆具及巖石等材料，研究成本顯著增加。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，通過數(shù)值仿真模擬對(duì)鉆頭的鉆進(jìn)性能及黏滑振動(dòng)特性的研究逐步得到了研究學(xué)者的青睞[1,11-14]，其中常用的數(shù)值仿真方法包括有限元法和離散元法；由于巖石是典型的非均質(zhì)材料，因此采用離散元法模擬PDC 齒切削作用下巖石的大變形特征具有明顯優(yōu)勢(shì)。為此，針對(duì)PDC 鉆頭在復(fù)合地層鉆進(jìn)時(shí)由不同地層巖性導(dǎo)致的鉆頭黏滑振動(dòng)行為開展研究，采用離散元數(shù)值模擬為研究手段，對(duì)巖性、轉(zhuǎn)速、鉆壓等因素對(duì)破巖特性及黏滑振動(dòng)行為的影響結(jié)果展開分析。

1 PDC 齒切削破巖數(shù)值模型

近水平PDC 鉆頭在復(fù)合地層中鉆進(jìn)示意圖如圖1。圖中：kv、cv為鉆桿軸向方向的剛度和阻尼；khb、chb為底部鉆具組合剛度和阻尼；kkp、ckp為鉆桿扭轉(zhuǎn)剛度和阻尼；w為鉆頭轉(zhuǎn)速。

圖1 鉆頭在復(fù)合地層鉆進(jìn)及系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of bit drilling in composite strata and dynamic system

由于鉆頭的黏滑振動(dòng)是鉆進(jìn)過程中鉆桿主動(dòng)扭矩的循環(huán)積累和釋放造成的，反映在運(yùn)動(dòng)行為上表現(xiàn)為鉆頭的黏滯和失速，因此在研究黏滑振動(dòng)特性時(shí)將鉆桿和底部鉆具組合用彈簧-質(zhì)量塊-阻尼系統(tǒng)表示[14]。為明確復(fù)合地層中各地層巖石強(qiáng)度關(guān)系，在離散元仿真中建立了5 種不同地層巖石的單軸抗壓數(shù)值模型，其中單軸測(cè)試中建立的巖石模型尺寸為標(biāo)準(zhǔn)巖石試樣，即50 mm×100 mm，上下加載板采用無(wú)變形墻體，加載速度設(shè)置為0.01 m/s，得到5 種不同強(qiáng)度巖石堅(jiān)固性系數(shù)f分別為煤（f=1.5）、軟巖（f=2.9）、較硬巖（f=7.2）、堅(jiān)硬巖（f=10）、極硬巖（f=15）[15]。PDC 齒切削破巖系統(tǒng)參量為：khb=1×109N/m；chb=5×104（N·m）/s；kkp=5×107N/m；ckp=5×101（N·m）/s；PDC 齒和鉆頭等效質(zhì)量之比=0.05。仿真中復(fù)合地層中顆粒力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 仿真中復(fù)合地層中顆粒力學(xué)參數(shù)Table 1 Physical and mechanical parameters of particles of composite strata in simulation

借助離散元法構(gòu)建的PDC 單齒切削破巖數(shù)值模型如圖2。圖中：Vc為PDC 齒速度，m/s；Vw為底部鉆具組合速度，m/s；p為鉆壓，kN/m。仿真中采用顆粒簇對(duì)PDC 齒進(jìn)行建模，并設(shè)定其傾斜角為15°，預(yù)切削深度4 mm；巖石顆粒粒徑在0.3～0.45 mm 范圍內(nèi)正態(tài)分布，顆粒之間采用平行黏結(jié)模型（Parallel bond model）黏結(jié)，黏結(jié)后的巖石尺寸為200 mm×40 mm。

圖2 PDC 齒切削破巖示意圖Fig.2 Schematic diagram of PDC bit cutting rock in DEM

2 PDC 齒切削破巖及黏滑振動(dòng)特性模擬

2.1 巖性對(duì)PDC 齒黏滑振動(dòng)特性及鉆進(jìn)性能影響

復(fù)合地層鉆進(jìn)時(shí)PDC 齒切削破巖過程及速度和切削力時(shí)程圖如圖3。圖中：Vc為PDC 齒的切削速度，m/s；Vw為底部鉆具組合的速度，m/s；Vm為恒定切削速度，m/s；Fc為PDC 齒的切削力，kN/m。

圖3 復(fù)合地層鉆進(jìn)時(shí)PDC 齒切削破巖過程及速度和切削力時(shí)程圖Fig.3 Cutting process and time history diagram of velocity and cutting force of PDC bit drilling in different rocks

從圖3 中可以看出，在設(shè)定參數(shù)下，鉆頭在煤層中鉆進(jìn)時(shí)PDC 齒并沒有出現(xiàn)黏滑現(xiàn)象，由于煤屑的崩落、PDC 齒和顆粒之間具有接觸不連續(xù)特征，反映在速度曲線上可以看出其速度在恒定給進(jìn)切削速度周圍波動(dòng)，同時(shí)其切削力波動(dòng)幅度較??；此外，PDC 齒在水平方向上切削時(shí)其在豎直方向上也有明顯的位移，即鉆頭在煤層中實(shí)現(xiàn)了鉆進(jìn)。當(dāng)鉆頭在軟巖層中鉆進(jìn)時(shí)，通過速度時(shí)程圖可以看出PDC 齒出現(xiàn)輕微黏滑現(xiàn)象，PDC 齒的黏滯時(shí)間較短，其通過鉆桿和底部鉆具組合系統(tǒng)積聚能量后達(dá)到破巖門限值，隨后突然失速進(jìn)而繼續(xù)切削；同時(shí)，鉆頭在豎直方向上也鉆進(jìn)了一定深度，但和煤層相比鉆進(jìn)深度較小。隨著巖石強(qiáng)度繼續(xù)增加，鉆頭在較硬巖層內(nèi)鉆進(jìn)時(shí)出現(xiàn)了更加明顯的黏滑現(xiàn)象且具有一定周期性。從速度時(shí)程曲線可以看出此時(shí)PDC 齒的黏滯時(shí)間和頻率明顯增加，黏滯階段對(duì)應(yīng)的切削力緩慢增加，達(dá)到破巖門限值后PDC 齒突然加速，其失速現(xiàn)象明顯，最大速度約為恒定給進(jìn)速度的6 倍。

從圖3 中可以看出，此時(shí)PDC 齒鉆進(jìn)深度和預(yù)設(shè)切削厚度幾乎相同。和上述切削工況相比，鉆頭在硬巖層中鉆進(jìn)時(shí)黏滯現(xiàn)象更加明顯，且單次黏滯時(shí)間更長(zhǎng)；同時(shí)，對(duì)應(yīng)的PDC 齒失速現(xiàn)象也更加明顯，其最大速度達(dá)到了恒定給進(jìn)速度的12 倍，切削后的巖石表面輪廓呈鋸齒狀，表明鉆頭在孔底巖石表面出現(xiàn)跳動(dòng)現(xiàn)象，此時(shí)鉆頭鉆進(jìn)效率較低，且受沖擊載荷嚴(yán)重，導(dǎo)致其磨損和斷齒等失效的可能性增大。當(dāng)鉆頭在極硬巖層中鉆進(jìn)時(shí)，PDC 齒幾乎沒有破巖效果，其在巖石表面滑動(dòng)，在鉆壓作用下由摩擦力造成PDC 齒的移動(dòng)速度在恒定給進(jìn)速度左右輕微波動(dòng)，這一結(jié)果表明在該巖層內(nèi)鉆頭在給定鉆壓下無(wú)法有效鉆進(jìn)。

由于鉆頭在不同地層中切削破巖時(shí)的鉆進(jìn)行為不同，如在煤層或軟巖層中能夠持續(xù)鉆進(jìn)，而在較硬巖層和硬巖層中出現(xiàn)在巖石表面跳動(dòng)的現(xiàn)象，因此難以采用鉆進(jìn)深度這一指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，故而采用平均切削深度這一指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，即巖石破碎面積和PDC 齒切削位移的比值。為了分析鉆頭在復(fù)合地層中鉆進(jìn)時(shí)巖性對(duì)于其破巖效果及鉆進(jìn)效率的影響，得到了PDC 齒平均鉆進(jìn)深度隨巖性變化結(jié)果，從煤層到極硬巖層PDC 齒平均鉆進(jìn)深度依次為17.19、10.47、4.31、3.07 和0.13 mm。通過分析上述不同強(qiáng)度地層對(duì)應(yīng)的PDC 齒平均切削深度可以看出平均切削深度隨著地層強(qiáng)度的增加呈近似指數(shù)形式下降，在給定鉆壓下，鉆頭在煤層、軟巖層和較硬巖層中鉆進(jìn)效率較高，而在硬巖和極硬巖層中難以有效鉆進(jìn)，尤其是在極硬巖層中PDC 齒甚至無(wú)法破巖。結(jié)合圖3 分析可知，鉆頭在穿越堅(jiān)硬地層時(shí)不僅存在嚴(yán)重的黏滑現(xiàn)象，同時(shí)其鉆進(jìn)效率將顯著降低。因此，明確轉(zhuǎn)速和鉆壓等因素對(duì)堅(jiān)硬地層中鉆頭鉆進(jìn)效率的影響規(guī)律并采取合適的方法抑制其黏滑現(xiàn)象、提高鉆進(jìn)性能具有重要意義。

2.2 轉(zhuǎn)速對(duì)PDC 齒黏滑振動(dòng)特性及鉆進(jìn)性能影響

為分析轉(zhuǎn)速對(duì)PDC 齒黏滑振動(dòng)特性及鉆進(jìn)性能影響規(guī)律，選定較硬巖層和18 kN/m 鉆壓工況，對(duì)0.25、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 m/s 6 種不同轉(zhuǎn)速下PDC 齒切削破巖過程進(jìn)行仿真。不同轉(zhuǎn)速下PDC 齒速度及切削力時(shí)程圖如圖4，不同轉(zhuǎn)速下鉆頭平均鉆進(jìn)深度如圖5。

圖4 不同轉(zhuǎn)速下PDC 齒速度及切削力時(shí)程圖Fig.4 Time history diagram of velocity and cutting force of PDC bit with different rotational speed

圖5 不同轉(zhuǎn)速下鉆頭平均鉆進(jìn)深度Fig.5 Mean drilling depth of PDC bit with different cutting speed

由圖4 可以看出，恒定給進(jìn)速度為0.25 m/s時(shí)，PDC 齒具有明顯的周期性黏滑現(xiàn)象，且黏滯時(shí)間較長(zhǎng)，這一結(jié)果主要是由于恒定給進(jìn)速度過小，即鉆桿轉(zhuǎn)速過小，鉆桿扭轉(zhuǎn)需要更長(zhǎng)時(shí)間積聚能量從而才能達(dá)到破巖門限值；隨著給定速度的增加，可以看出在0.5 m/s 工況下PDC 齒的黏滑現(xiàn)象得到了明顯改善，其黏滯時(shí)間和黏滑頻率均顯著減??；隨著給定速度繼續(xù)增大，在1.0 m/s 工況下PDC 齒的黏滑現(xiàn)象逐漸衰弱，在給定速度為1.5 m/s 時(shí)完全消失；PDC 齒的速度在恒定給進(jìn)速度周圍波動(dòng)。

由圖4 和圖5 可得：通過提高鉆桿轉(zhuǎn)速可以有效減弱甚至抑制鉆頭在堅(jiān)硬地層鉆進(jìn)時(shí)的黏滑振動(dòng)，由于在同一地層中鉆進(jìn)時(shí)PDC 齒在鉆進(jìn)方向上切入巖石的能力主要由鉆壓決定，因此在鉆壓相等條件下鉆頭的平均鉆進(jìn)深度差別并不明顯。因此，綜合分析來(lái)看，鉆頭在堅(jiān)硬地層中鉆進(jìn)時(shí)，提高鉆桿轉(zhuǎn)速雖然能夠有效減弱甚至抑制鉆頭的黏滑現(xiàn)象，但并不能提高其鉆進(jìn)性能。

2.3 鉆壓對(duì)PDC 齒黏滑振動(dòng)特性及鉆進(jìn)性能影響

為進(jìn)一步明確鉆壓對(duì)鉆頭在堅(jiān)硬地層中鉆進(jìn)時(shí)黏滑特性和鉆進(jìn)性能的影響，在0.5 m/s 恒定給進(jìn)速度及較硬巖層工況下，分別對(duì)12、15、20、24、27、30 kN/m 6 種不同鉆壓下PDC 齒的速度和切削力特性展開研究。12、20、27 kN/m 鉆壓下PDC 齒速度及切削力時(shí)程圖如圖6，12、20、27 kN/m 鉆壓下PDC 齒動(dòng)態(tài)鉆進(jìn)過程如圖7，不同鉆壓下鉆頭平均鉆進(jìn)速度如圖8。

圖6 12、20、27 kN/m 鉆壓下PDC 齒速度及切削力時(shí)程圖Fig.6 Time history diagrams of velocity and cutting force of PDC bit with drilling pressure of 12 kN/m, 20 kN/m, 27 kN/m

圖7 12、20、27 kN/m 鉆壓下PDC 齒動(dòng)態(tài)鉆進(jìn)過程Fig.7 Dynamic drilling process of PDC bit with drilling pressure of 12 kN/m, 20 kN/m, 27kN/m

圖8 不同鉆壓下鉆頭平均鉆進(jìn)速度Fig.8 Mean drilling depth of PDC bit with different drilling pressures

當(dāng)鉆壓較小時(shí)，PDC 齒無(wú)法在鉆進(jìn)方向上切入巖石，進(jìn)而無(wú)法有效破巖，其在巖石表面滑移，如圖7（a）；PDC 齒在切削方向上僅受摩擦力作用，因而導(dǎo)致其速度呈現(xiàn)波動(dòng)變化特征。鉆壓達(dá)到15 kN/m 時(shí)，PDC 齒具有輕微的黏滑現(xiàn)象，其切削破巖時(shí)伴隨有黏滯-失速過程。隨著鉆壓繼續(xù)增大，鉆壓20 kN/m 和24 kN/m 工況下，可以看到黏滑現(xiàn)象頻率明顯增多，但PDC 齒黏滯時(shí)間較短。鉆壓達(dá)到27 kN/m 時(shí)，黏滑現(xiàn)象的出現(xiàn)頻率下降，但單次黏滯時(shí)間顯著增加；出現(xiàn)這一結(jié)果的主要原因是鉆壓較小時(shí)PDC 齒在鉆進(jìn)方向上切入巖石深度不大，巖石主要發(fā)生塑性斷裂，其崩落尺寸較小[14]，因而導(dǎo)致鉆頭的黏滯時(shí)間較短但頻率較高；而當(dāng)鉆壓增加，PDC 齒在鉆進(jìn)方向上切入巖石的深度增大，鉆桿需積蓄更多能量才能達(dá)到破巖門限，巖石崩落尺寸較大，如圖7（c），此時(shí)巖石的斷裂模式更傾向于脆性斷裂，因而導(dǎo)致鉆頭黏滯時(shí)間較長(zhǎng)，但黏滑現(xiàn)象的出現(xiàn)頻率減少。同時(shí)通過對(duì)比不同鉆壓下PDC 齒的切削力也可看出，大鉆壓下對(duì)應(yīng)的切削力明顯大于小鉆壓較小條件下的切削力，進(jìn)一步表明大鉆壓條件下鉆頭發(fā)生黏滑的可能性將增加。

從圖8 中可以看出，鉆頭平均鉆進(jìn)深度隨著鉆壓的增加近似呈線性增大，且只有當(dāng)鉆壓達(dá)到20 kN/m 時(shí)，鉆頭平均鉆進(jìn)深度才能超過仿真中預(yù)設(shè)切削厚度。因此，當(dāng)鉆頭在復(fù)合地層中鉆進(jìn)時(shí)尤其是穿越堅(jiān)硬地層時(shí)需增加鉆壓才能實(shí)現(xiàn)鉆頭的有效破巖鉆進(jìn)。

綜合對(duì)比分析，通過增大鉆壓的方法可以實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)效率的提升，但鉆壓增大后導(dǎo)致鉆頭黏滑振動(dòng)現(xiàn)象明顯，鉆頭黏滯時(shí)間顯著增長(zhǎng)，對(duì)整個(gè)鉆進(jìn)系統(tǒng)穩(wěn)定性和鉆頭壽命產(chǎn)生不利影響。

2.4 扭轉(zhuǎn)振動(dòng)對(duì)鉆頭黏滑振動(dòng)抑制

鉆頭在復(fù)合地層中鉆進(jìn)時(shí)，遇到堅(jiān)硬地層將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的黏滑振動(dòng)。采取提高鉆頭轉(zhuǎn)速的方法雖然能夠有效地減弱鉆頭的黏滑現(xiàn)象，但是其并不能提高鉆頭在堅(jiān)硬地層中的鉆進(jìn)效率。而采取增大鉆壓的方式能夠顯著增加PDC 齒在鉆進(jìn)方向上切入巖石的深度，即提高鉆頭的鉆進(jìn)效率，然而過大的鉆壓將導(dǎo)致鉆頭嚴(yán)重的黏滑振動(dòng)。因此，如何在保證鉆頭鉆進(jìn)效率的前提下減弱甚至抑制鉆頭的黏滑振動(dòng)，對(duì)于提高鉆頭在復(fù)合地層中破巖性能及鉆進(jìn)效率、延長(zhǎng)鉆頭使用壽命具有重要意義?；诖耍瑢?duì)扭轉(zhuǎn)沖擊作用下鉆頭黏滑振動(dòng)特性及鉆進(jìn)性能展開了數(shù)值模擬仿真，并進(jìn)一步開展了不同扭轉(zhuǎn)沖擊力對(duì)黏滑抑制效果和鉆進(jìn)性能的影響規(guī)律研究。

由于在數(shù)值仿真中難以定量地給PDC 齒直接施加扭轉(zhuǎn)沖擊作用力，因此采取將扭轉(zhuǎn)沖擊力轉(zhuǎn)化為隨時(shí)間變化的速度函數(shù)的方法，這一方法的可行性在文獻(xiàn)[15]中得到了驗(yàn)證。扭轉(zhuǎn)沖擊工況下恒定給進(jìn)速度為：

式中：Vm0為初始恒定給進(jìn)速度，m/s；fc為扭轉(zhuǎn)沖擊頻率，Hz；q為扭轉(zhuǎn)沖擊速度與恒定給進(jìn)速度的比值，即表示不同扭轉(zhuǎn)沖擊力的大小。

對(duì)初始恒定給進(jìn)速度為0.5 m/s、鉆壓為18 kN/m、扭轉(zhuǎn)沖擊頻率200 Hz、地層類型為較硬巖層條件下的工況展開了仿真模擬，不同扭轉(zhuǎn)沖擊力下的PDC 齒速度和切削力時(shí)程圖如圖9，不同扭轉(zhuǎn)沖擊力下PDC 齒動(dòng)態(tài)切削過程如圖10。

圖9 不同扭轉(zhuǎn)沖擊力下PDC 齒速度和切削力時(shí)程圖Fig.9 Time history diagrams of velocity and cutting force of PDC bit with different torsional impact forces

圖10 不同扭轉(zhuǎn)沖擊力下PDC 齒動(dòng)態(tài)切削過程Fig.10 Dynamic cutting process of PDC bit with different torsional impact forces

通過對(duì)比可以看出：扭轉(zhuǎn)沖擊力較小時(shí)（q=0.2），鉆頭的黏滑現(xiàn)象得到了明顯改善，黏滑振動(dòng)發(fā)生頻率和黏滯時(shí)間顯著降低，但是其仍然存在；隨著扭轉(zhuǎn)沖擊力增加，鉆頭的黏滑振動(dòng)行為進(jìn)一步得到抑制，在q=0.4 時(shí)僅有輕微黏滑振動(dòng)現(xiàn)象；扭轉(zhuǎn)沖擊力達(dá)到q=0.6 時(shí)，可以明顯看出黏滑振動(dòng)現(xiàn)象完全消失，PDC 齒切削速度隨著巖屑崩落和巖石之間非連續(xù)接觸而呈現(xiàn)出波動(dòng)特征。

通過數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)一步證明扭轉(zhuǎn)沖擊抑制鉆頭在堅(jiān)硬地層中鉆進(jìn)時(shí)的黏滑振動(dòng)行為具有顯著效果。除此之外，通過圖10 PDC 齒破巖模擬結(jié)果也可看出：PDC 齒的鉆進(jìn)深度也隨著扭轉(zhuǎn)沖擊力的增大而逐漸增加，表明采用扭轉(zhuǎn)沖擊方式不僅能夠較好地抑制鉆頭的黏滑行為，同時(shí)一定程度上能夠增加鉆頭在堅(jiān)硬地層中的鉆進(jìn)性能。然而，對(duì)比不同扭轉(zhuǎn)沖擊力下的切削力時(shí)程曲線可以看出，盡管增大扭轉(zhuǎn)沖擊力能夠抑制鉆頭的黏滑振動(dòng)行為并提高其鉆進(jìn)效率，但是在扭轉(zhuǎn)沖擊力較大時(shí)（q=0.8），PDC 齒的切削力增大明顯，這同樣將加速鉆頭磨損、增大其失效可能性。因此，根據(jù)地層條件選用合適的扭轉(zhuǎn)沖擊力對(duì)提高鉆頭鉆進(jìn)性能、延長(zhǎng)其服役壽命具有重要意義。

3 結(jié) 語(yǔ)

1）針對(duì)近水平PDC 鉆頭在復(fù)合地層中鉆進(jìn)時(shí)常遇到的黏滑振動(dòng)現(xiàn)象，借助離散元數(shù)值模擬技術(shù)建立了復(fù)合地層中PDC 單齒切削破巖仿真模型，并通過開展仿真研究證實(shí)相同系統(tǒng)參量下PDC 鉆頭在較硬巖層（f=7）內(nèi)鉆進(jìn)時(shí)出現(xiàn)明顯的黏滑現(xiàn)象，且黏滯時(shí)間和頻率均隨著地層巖石強(qiáng)度的增大而增加，在極硬地層中（f=15）鉆頭在巖石表面滑移，而無(wú)法有效鉆進(jìn)破巖。仿真結(jié)果與PDC 鉆頭在井下復(fù)合地層中鉆進(jìn)時(shí)的應(yīng)用結(jié)果相一致，進(jìn)一步證明采用離散元法開展PDC 齒切削破巖及鉆頭黏滑振動(dòng)特性模擬研究具有可行性和有效性。

2）以鉆頭在較硬巖層（f=7）內(nèi)鉆進(jìn)為研究工況，通過提高鉆頭轉(zhuǎn)速的方法可以有效減弱甚至抑制鉆頭的黏滑現(xiàn)象，但無(wú)法提高鉆頭的鉆進(jìn)性能；增大鉆壓可明顯提高單位時(shí)間內(nèi)鉆頭在堅(jiān)硬地層內(nèi)的切削深度，但同時(shí)將導(dǎo)致鉆頭嚴(yán)重的黏滑振動(dòng)行為，且鉆頭黏滯時(shí)間隨著鉆壓增大而顯著增加。

3）采用扭轉(zhuǎn)沖擊可以有效減弱和抑制鉆頭的黏滑振動(dòng)行為，同時(shí)能夠在一定程度上提高鉆頭的鉆進(jìn)效率，但過大的扭轉(zhuǎn)沖擊力將顯著增大鉆頭切削力，導(dǎo)致鉆頭受沖擊載荷明顯、失效率增加。因此，在鉆頭實(shí)際施工過程中應(yīng)根據(jù)地層條件選用合適的扭轉(zhuǎn)沖擊力，對(duì)提高鉆頭鉆進(jìn)性能及工作壽命具有重要意義。