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取心钻头是钻进地层、获取岩心的关键工具，取心钻头质量的优劣，将直接影响取心的质量、岩心收获率及作业成本。国内PDC取心钻头的技术现状与国外先进水平相比存在很大的差距，除了切削材料质量的客观原因外，缺少科学的设计理论和方法是一个十分重要的原因。本文从PDC切削齿受力试验入手，采用数理统计的方法分析了PDC切削齿受力与地层岩性、后倾角、切削面积及弧长的关系，建立了PDC取心钻头井底受力模型；同时对PDC取心钻头剖面参数化设计方法、布齿设计方法、井底流场分析方法进行了研究和探讨；以此为基础，形成了一套以力平衡设计为中心的抗涡旋PDC取心钻头设计方法。研制的三种新型PDC取心钻头在现场试验中取得了良好效果，其取心钻进速度较快，岩心收获率在95％以上，目前已大量推广应用，获得了较好的经济效益和社会效益。