在煤炭、石油、天然气等矿藏资源开采以及各类岩土工程中，破岩钻头作为关键破岩工具被广泛应用，按切削齿材料可分为硬质合金钻头和 PDC 钻头。随着能源需求增长及浅层矿藏资源趋近枯竭，钻探开采需求向深层、复杂难钻地层转变。然而，钻采速度严重制约深井、超深井和硬地层油气藏勘探开发的速度与效率。普通硬质合金钻头已难以满足钻探技术要求，PDC 钻头则凭借卓越破岩能力崭露头角，市场规模逐年扩大。那么，PDC 钻头为何能高效破碎岩石呢？

一、PDC 钻头及其工作原理
PDC 钻头主要由钻头体、切削齿（金刚石复合片）、水力结构、保径面和接头等构成。其中，切削齿部分由金刚石复合片制作而成，聚晶金刚石复合片是将金刚石微粉、结合剂与硬质合金衬体在高温超高压条件下一次性烧结形成的新型复合超硬材料，兼具极高硬度与硬质合金良好韧性的特性。PDC 钻头在高速钻进时，面对岩石阻碍，能以强大的抗冲击韧性和硬度切入岩石内部，且在长时间破岩作业中保持锋利切削刃，持续高效工作，在软到硬岩层钻进中破岩效果显著。

根据制造工艺和材料差异，PDC 钻头分为胎体式和钢体式。胎体式由碳化钨粉末烧结而成，钻头刚性和硬度高，不易损坏，保径效果好，但制造工艺复杂；钢体式采用中低碳合金钢，经机械加工制成，能保证加工质量，但钻头强度和耐用度一般。

PDC 钻头钻进过程中，钻机向钻头施加扭矩，使钻头齿切削刃切入地层，在压力作用下向前钻进，实现破岩效果。

二、PDC 钻头破岩机理
PDC 钻头的破岩机理主要涵盖切削作用、破碎作用、犁削作用、研磨作用、冲击压碎作用等。
（1）切削作用：主要发生在较软地层。PDC 钻头切削齿因钻铤、钻杆压力深入地层，随钻头转动，切削齿对地层产生剪切力（类似金属切削加工），切削地层形成岩屑，岩屑随泥浆流出井口。
（2）破碎作用：为具有尖齿（如锥形齿、楔形齿、弹形齿等异型齿）和圆齿交替布置结构的 PDC 钻头所特有，在脆性岩石地层中更为明显。其过程是尖齿接触地层时使地层产生应力缝，随后圆齿对已有应力缝的地层进行削切。破碎作用有效解决了较硬岩层削切效果不佳的问题，尖齿先在岩石中产生裂缝使岩石弱化，以提高破岩效率。
（3）犁削作用：PDC 钻头圆齿切削岩石时，钻压使圆形切削齿在岩石内部形成裂纹，随着切削齿深入，内部裂纹不断扩张，促使岩石破裂。
（4）研磨作用：主要发生于高硬度、高研磨性地层。由于该地层岩石密度大、不易破裂，PDC 钻头切削齿在钻压下多次重复切削地层，将其研磨成细颗粒状岩屑，但这种破岩方式会极大磨损切削齿。
（5）冲击压碎作用：主要体现在 PDC 复合钻头中。钻井过程中，牙轮钻头公转和自转产生振动，井底岩石不平整使钻头切削齿与岩石产生振动，钻头振动带动钻柱形成周期性弹性形变，形变传递给钻头，对井底形成冲击作用。钻头切削齿在钻压和振动双重作用下使岩石破碎，该机理比普通 PDC 钻头钻进效率高、使用寿命更长。