新型单水口PDC钻头在铀矿地质钻探中的适用性研究.pdf

第 40 卷 第 3 期2024年 5月Uranium Geology铀矿地质Vol.40 No.3May2024新型单水口 PDC钻头在铀矿地质钻探中的适用性研究王琳1，孙祺斌1，陈西2，晋少东1，刘忠存1（1.核工业二四三大队，内蒙古 赤峰 024000；2.大庆油田有限责任公司采油工程研究院，黑龙江 大庆 163000）摘要 北方地区铀矿地质钻探施工地层大多为砂泥岩，在钻进过程中，冲洗液固相含量较高、孔底净化困难，严重降低钻探施工进尺效率以及成孔质量。为了提高铀矿地质钻探的效率，改善孔底净化条件，设计和研制一种新型 3翼单水口 PDC（Polycrystalline Diamond Compac，聚晶金刚石复合片）钻头，通过数值模拟验证该钻头在结构与材料方面的可靠性；通过流体场模拟验证该钻头水路结构设计的合理性；通过现场 4个钻孔试验，并与传统 4翼多水口 PDC钻头钻探指标进行对比，验证该钻头在实钻中能够更快在泥岩地层钻进，提高机械钻速约20%，且能预防较为严重的烧钻事故。新型 3翼单水口 PDC钻头在铀矿地质钻探中具有较强的适用性和推广应用价值。关键词 铀矿钻探；单水口 PDC钻头；数值模拟；适用性分析文章编号 1000-0658（2024）03-0571-07 中图分类号 P634.5 文献标志码 A当前全球范围内面临日益紧张的能源危机和环境危机，核能作为一种能量密度较高的清洁能源，对国家能源安全具有十分特殊的意义，近年来持续受到各国关注1-6。铀是核工业发展必不可少的基本原料，而铀矿作为铀原料的重要来源之一，亟需加大勘探和开采力度，采用钻探技术进行地下铀矿的高效开采，为国民经济发展提供更多的铀，对于缓解我国能源紧张形势、强化国家安全战略有着重要的作用7-8。基于铀矿的地质生成环境和成矿模式，目前中国北方沉积盆地已发现铀矿主要为砂岩型铀矿，砂岩型铀矿埋藏深，地质钻探钻遇地层多为砂岩、泥岩，由于上部地层松软，进尺速度过快9-12，因未采取固控技术措施，导致冲洗液内固相含量快速增加，不仅极大地降低了钻头、钻具的使用寿命13-16，还容易出现由于冲洗液内固相成分沉积孔底造成卡钻、烧钻等孔内事故，严重影响整体钻探效率以及成孔质量。为了解决上述问题，提高砂岩型铀矿地质钻探中进尺效率、延长钻头使用寿命并降低孔内事故发生率，针对砂泥岩地层岩性特点，结合现场施工经验，研制了一种新型单水口 PDC 钻头，并且对其适用性进行了室内力学数值模拟和现场应用研究。1 新型单水口 PDC钻头的结构设计在以往砂岩型铀矿地质钻探施工过程中，钻头底面水口经常部分遇堵，冲洗液由钻头侧向水口分流，是砂泥岩地层钻速降低，以及发生烧钻、卡钻等事故的重要原因之一。而取消侧向水口，采用底部多水口设计的钻头，在实钻中也常出现部分水口遇DOI:10.3969/j.issn.1000-0658.2024.40.052基金项目 中国核工业地质局铀矿地质项目（编号：2022-47-1）资助。收稿日期 2023-11-02 改回日期 2023-11-17第一作者 王琳（1985），男，山东潍坊人，高级工程师，本科，主要科研方向为铀矿地质钻探。E-mail：通信作者 孙祺斌（1996），男，吉林通化人，工程师，硕士研究生，主要科研方向为铀矿地质钻探。E-mail：王琳铀 矿 地 质第 40 卷泥砂堵塞，导致一侧单水口工作，冲洗液单侧分流，水路设计失效，冲洗液无法冲刷整个孔底，堵塞问题仍未能完全解决17-24。因此，为改善孔底流场，避免钻头底面水口堵塞，研制一种新型 3 翼单水口钻头，并进行水路优化设计（图 1）。图 1 新型单水口 PDC钻头Fig.1 New single nozzle PDC drill bit1.1 3翼切削齿结构设计该新型单水口PDC钻头采用3翼偏径切削结构，3翼切削齿每一翼的齿面均为偏径排列，分别平行于钻头钢体一端的平面直径，并与该直径间间隔距离为 （图 2）。该偏径结构能够确保每一切削翼对地层岩石都有足够的切削面积，并且在钻头旋转的过程中实际切削地层时，相较于不偏径的钻头，其切削方向由沿切向变为了斜向外的方向。因此该偏径结构不仅能保证对地层的钻进能力，还能在钻进过程中通过斜向外的推力加速冲洗液向外排出（图 3）。该钻头 3 翼切削齿的关键特点在于通过偏径设计，使每一切削翼的最内侧均设置有 3 个柱状切削齿，分别相对钻头钢体一端底面倾斜。3 个倾斜切削齿均为圆柱体剖开一侧后镶嵌，顶端均朝向钻头钢体中心轴线，略高于外侧 3 翼切削齿顶部平面，形成分隔钻头中心水口与孔底岩石间的遮挡的凸出结构。该结构不仅能够避免孔底岩石在钻进过程中形成岩石柱体，随进尺进入水口造成堵塞，还能随钻头旋转形成锥形结构加快进尺，提高钻进效率。1.2 水口与水路设计单水口位于钻头钢体底端面中心（图 2，图 3），连接钢体内外水路。3 个切削翼间分别形成 3 个内窄外宽的扇叶形水路，与外水路相连接。切削齿底面与钻头钢体间有一定间距，在钻进过程中，冲洗液经水口流出，通过扇叶形水路时，切削齿齿面与底部钢体由于旋转作用形成斜向外推力，同时借助切削齿面对侧的另一切削翼钢体后部表面形成向外的反作用力，加速冲洗液排出孔底（图 4）。该水路设计对岩屑堆积问题进行了针对性优化，较深的底部水路设计能有效避免过量泥砂在钻进过程中堆积在切削齿附近，减少了对岩石的重复切削。扇叶状底水路加速泥砂排出的同时，能有效避免泥砂堵塞水口，较强的冲洗作用可以避免泥砂粘附水路图 2 新型单水口 PDC钻头切削齿及水路设计Fig.2 Design of cutting teeth and waterways for a new single nozzle PDC drill bit图 3 新型单水口 PDC钻头实际切削方向与冲洗液受力方向Fig.3 Actual cutting direction and flushing fluid force direction of the new single nozzle PDC drill bit图 4 新型单水口 PDC钻头底水路与外水路设计Fig.4 Design of the bottom and outer waterway of a new single port PDC drill bit 572王琳，等：新型单水口 PDC钻头在铀矿地质钻探中的适用性研究第 3期造成的泥包钻头现象。并且该水路设计可以承受更大的冲洗液量以及采用更高的转速，多余的冲洗液经由切削齿底部水口流出，避免对切削齿过分冲蚀，实现钻进中冷却钻头的效果，在钻头有效降温、避免烧钻的同时加快了孔底切削岩石速度。2 新型单水口 PDC钻头适用性分析2.1 力学性能分析该新型单水口 PDC 钻头为 3 翼切削齿设计，每一切削翼根据其在钻进过程中的受力方向在后侧设置有抗扭矩后衬。根据铀矿地质钻探中常用的钻孔结构，取钻头外径直径 113 mm 进行建模，并利用 SolidWorks Simulation 软件进行数值模拟分析，验证该钻头的结构强度。钻头整体分为钢体和切削齿两个部分，钻头钢体采用常用的中碳钢，切削齿采用金刚石复合片。其中，中碳钢选用 45 号冷拔钢，抗拉强度 b600 MPa，屈服极限 s530 MPa，抗剪强度 371 MPa（屈服极限 s数值的 0.7 倍）。由于金刚石复合片在正常钻进工况中几乎不会发生弹塑性形变，因此可视为刚体。安全系数取 1.6，由于模型基于 Von Mises屈服准则进行校验，因此钻头钢体部分许用应力331 MPa，根据砂泥岩地层的实钻情况，钻头在孔底受到的扭矩2 500 N m。通过分析钻头在 Von Mises（冯米塞斯）屈服准则下的 Mises（米塞斯）等效应力分布图可以得出，钻头在受到扭矩后，中心 3 个柱状切削齿及水口周围为应力的集中区域，其中柱状底部靠近中心水口处承受应力最大，达到 288.9 MPa，但未超过其许用应力（331 MPa），因此钻头不会发生结构失稳（图 5）。而根据钻头屈服前的弹性形变位移量分布图可知，钻头受扭矩后的弹性形变主要发生在中心 33个柱状切削齿上端，以及最外侧切削齿外沿和支撑该切削齿的钢体外沿，最大位移分别可达 0.040 mm以及 0.033 mm，其次是在其他切削齿顶部，位移达到 0.03 mm。形变量0.26%，远低于 45 号冷拔钢最大许用形变量 12%（图 6）。因此可以得出，该新型单水口 PDC 钻头在结构与材料上的力学强度符合实际工程需要。2.2 流体场性能分析通过钻头及其实际工作状态环境情况，进行模型重建，以保证对钻头实际工作状态下的流体场分析结果足够准确，能够充分验证该钻头水路结构有利于铀矿地质钻探实际生产。新建模型如图 7 所示，钻头周围为钻孔孔壁，顶部为待钻进地层岩石。为了试验该钻头的水路设计的孔底水力净化的效果，进行如下两组工况模拟，分别为钻头静止状态以及旋转状态的流体场模拟。根据砂岩铀矿钻孔情况，设钻孔深度为 600 m，常用冲洗液密度为1.05 g/cm3，由 此 可 知 孔 底 冲 洗 液 柱 静 压 力 约 为6.2 MPa。选择目前铀矿地质钻探主流设备型号（例如 XY6 钻机及配套 BW850 泥浆泵），可知孔底冲洗液排量为 850 L/min，转速为 400 r/min，输入参数进行模拟得到如下流体场（图 8，图 9）。由以上流体场模拟分析结果可知，钻头旋转状态冲洗液最高流速高达 204.78 m/s，钻头顶部冲洗液流速约为 70m/s；钻头静止状态下，冲洗液最高流图 5 钻头在 Von Mises屈服准则下的 Mises等效应力分布Fig.5 Mises equivalent stress distribution of drill bit under Von Mises yield criterion图 6 钻头屈服前的弹性形变位移量分布Fig.6 Distribution of elastic deformation displacement before yielding of drill bit 573铀 矿 地 质第 40 卷速为 59.073 m/s，钻头顶部流速约为 18 m/s。由以上结果可知，该钻头水路结构对孔底冲洗液流速提升巨大，能够极大地提升钻头冷却及对孔底岩屑的清洁性能，水路结构具备足够的合理性。2.3 现场试验结果分析2.3.1 与常用钻头的试验对比分析为了进一步评价该新型单水口 PDC 钻头钻进效果和可行性，增强该钻头在铀矿地质钻探施工中的适用性，钻头采用 3翼，主要选用直径 19.05 mm切削齿，每翼包括尖齿形切削齿 3 个，以及圆齿形 1个，研制的钻头具体实物如图 10所示。图 10 新型单水口 PDC钻头实物Fig.10 Real object of a new single nozzle PDC drill bit2023年，新型单水口 PDC 钻头在松辽盆地南部的铀矿地质钻探项目获得成功应用，共计 4个钻孔，无心钻进进尺深度平均为 320 m，统计数据见表 1。表 1 新型 3翼单水口 PDC钻头现场试验数据统计Table 1 Statistics of field test data for a new three wings single port PDC drill bit钻孔号ZKSL16-2ZKSL12-2ZKSL5-3ZKSL2-3平均值进尺深度/m砂岩135115120110120泥岩210225185180200纯钻进时间/h砂岩17.0015.0015.0014.0015.25泥岩27.0028.0025.0023.0025.75机械钻速/（m h-1）砂岩7.947.678.007.867.87泥岩7.788.047.407.807.76为了能够更准确地研究新型单水口 PDC 钻头在实钻中能否依据其独特结构设计特点发挥预期效果，统计了 2023年松辽盆地南部的铀矿地质钻探施工项目中，同一地区常用的 4 翼多水口钻头在 5个钻孔中的现场施工数据，钻头切削齿主要为直径图 7 新型单水口 PDC钻头实际工作状态模拟图Fig.7 Simulation diagram of the actual working state of the new single nozzle PDC drill bit图 8 钻头静止状态流体场图Fig.8 Fluid field diagram of drill bit in static state图 9 钻头旋转状态流体场图Fig.9 Fluid field diagram of drill bit rotation state 574王琳，等：新型单水口 PDC钻头在铀矿地质钻探中的适用性研究第 3期19.05 mm尖齿形，每翼 4齿，进行对比分析（表 2）。表 2 4翼多水口钻头现场施工数据统计Table 2 On site construction data statistics of four wings multi nozzle drill bits钻孔号ZKD283-177ZKSL10-1ZKSL21-1ZKD208-122ZKSL2-4均值进尺深度/m砂岩120125115115130121泥岩280235275220215245纯钻进时间/h砂岩15.015.016.015.016.015.4泥岩41.036.043.034.033.037.4机械钻速/（m h-1）砂岩8.008.337.197.678.137.86泥岩6.836.536.406.476.526.55通过表1和表2数据可以看出，使用新型3翼单水口 PDC钻头的铀矿地质钻孔，在砂岩、泥岩地层中的平均机械钻速分别为 7.87 m/h、7.76 m/h，在泥岩中的机械钻速略低于砂岩。使用4翼多水口钻头的铀矿地质钻孔，在砂岩、泥岩地层中的平均机械钻速分别为7.86 m/h、6.55 m/h，该钻头在泥岩中的机械钻速较低。通过对比试验数据可知，在铀矿地质钻孔砂岩地层的钻进过程中，两种钻头的实际机械钻速相当，根据现场实际工况，分析具体原因在于，松辽南部地区砂岩地层岩石较为松散，钻机操作人员需要控制进尺速度避免过快，导致孔壁失稳，使得砂岩地层两种钻头均未发挥出全部性能，表现为实际进尺速度相当；但在泥岩的钻进过程中，泥岩结构较为致密，使用新型 3 翼单水口 PDC 钻头的机械钻速要高于常用的 4翼多水口钻头约 20%。2.3.2 水路设计的试验验证在下入新型单水口PDC钻头的ZKSL2-3钻孔，钻孔结束阶段开展模拟实际烧钻事故试验。采用降低一半泵量（425 m3/min）的冲洗液循环，持续1 h以上的钻进作业，最终由于钻头冷却不及时、孔底持续高温，直到钻具出现反转，确认钻头在孔底发生烧钻事故。在处理烧钻事故的过程中，发现虽然孔底钻头粘连，但是冲洗液仍能保持循环，并且随着冲洗液循环，逐渐能够向上抬升并转动孔底钻具。在持续1.5 h 的循环冲洗孔底并反复尝试提升和转动钻具后，最终成功解除此次决烧钻事故。通过对提出的钻头情况进行分析可知，由于该新型单水口 PDC 钻头独特的水路设计，使得冲洗液在流量不足的情况下，随钻头旋转仍能够快速冲刷孔底并排出孔底岩屑，因此烧钻并不严重，仅是钻头钢体顶端出现了与岩石间的轻微粘连（图 11）。而由于该钻头拥有较深的水路设计，在烧钻事故发生后，冲洗液仍能到达并冲刷孔底，使得事故的处理更加容易。图 11 经历烧钻事故的新型单水口 PDC钻头Fig.11 A new single nozzle PDC drill bit after a drilling accident2.4 在其他地层的适应性在试验应用中也发现，该新型单水口 PDC 钻头也存在一定的局限性，主要为在突然钻遇摩氏硬度6 的脉岩岩层（例如花岗岩、辉绿岩）时，由于钻头采用 3 翼结构，钻头会加速磨损，使用寿命严重降低，单只钻头进尺难以超过 40 m（图 12）。因此在应用该钻头的铀矿地质钻探施工中，若钻遇高硬度岩层应及时更换钻头（例如金刚石钻头或胎体 PDC 钻头），避免钻头快速磨损和先期破坏。图 12 钻遇辉绿岩而快速磨损的新型单水口 PDC钻头Fig.12 A new single nozzle PDC drill bit rapid wear out after encountering diabase3 结论通过新型 3翼单水口 PDC钻头的力学性能模拟和现场试验分析，验证了该钻头在铀矿地质钻探施工中具有较好的适用性和应用前景。1）该钻头设计科学、结构合理，采用 3翼偏径切 575铀 矿 地 质第 40 卷削结构，钻头钢体选用高强度的中碳钢，切削齿选用金刚石复合片，能够提高钻头对钻进地层的攻击性，同时保持钻头力学性能上的稳定。2）该钻头在铀矿地质钻探中，与常用的 4 翼多水口钻头相比，能够更加快速地钻进泥岩地层，提高机械钻速约 20%。3）该钻头拥有独特的水路结构设计，能够提供充足的孔底冲洗液量，充分冷却钻头，保持孔底净化，避免岩屑堆积发生卡钻事故，并能预防较为严重的烧钻事故。4）但该钻头在钻遇花岗岩、辉绿岩等较硬地层时，也存在一定的局限性，钻头会加速磨损，使用寿命严重降低。参考文献1 王祖纲.世界各国核能发展现状 J.世界石油工业，2022，29（6）：79.WANG Zugang.Current status of nuclear energy development in various countries around the world J.World Petroleum Industry，2022，29（6）：79（in Chinese）.2 李强，陈擎，王继斌，等.世界铀资源现状与我国核电发展资源保障的对策建议 J.中国矿业，2023，32（3）：1-9.LI Qiang，CHEN Qing，WANG Jibin，et al.The current situation of world uranium resources and suggestions for countermeasures to ensure nuclear power development resources in China J.China Mining，2023，32（3）：1-9（in Chinese）.3 ZHANG J L，ALI S，PING L.Asymmetric linkages between nuclear energy and environmental quality：Evidence from Top-10 nuclear energy consumer countriesJ.Nuclear Engineering and Technology，2023，55（5）：1878-1884.4 张万良.砂岩铀矿床新构造渗出成矿作用 J.地质找矿论丛，2023，38（1）：1-12.ZHANG Wanliang.Neotectonic exudation mineralization of sandstone uranium deposits J.Geological Prospecting Series，2023，38（1）：1-12（in Chinese）.5 王琳.地浸砂岩型铀矿钻探施工技术 J.现代矿业，2021，37（4）：223-225.WANG Lin.Drilling construction technology for in-situ leaching sandstone type uranium mine J.Modern Mining，2021，37（4）：223-225（in Chinese）.6 李博，刘晓阳，段志强.国外铀矿勘查钻探技术现状及发展趋势 J.世界核地质科学，2022，39（1）：153-164.LI Bo，LIU Xiaoyang，DUAN Zhiqiang.Current status and development trends of foreign uranium exploration and drilling technology J.World Journal of Nuclear Geology，2022，39（1）：153-164（in Chinese）.7 刘晓阳，李博.地浸砂岩型铀矿钻探现状及提高钻探效率的技术措施 J.钻探工程，2021，48（1）：35-41.LIU Xiaoyang，LI Bo.Current situation of drilling in situ leaching sandstone type uranium mines and technical measures to improve drilling efficiency J.Drilling Engineering，2021，48（1）：35-41（in Chinese）.8 高长春.核工业地质钻探的相关问题研究 J.低碳世界，2015，102（36）：104-105.GAO Changchun.Research on issues related to geological drilling in the nuclear industry J.Low Carbon World，2015，102（36）：104-105（in Chinese）.9 姜德英，刘晓阳.铀矿地质钻探主要技术成果及需要解决的技术问题 C/中国地质学会探矿工程专业委员会.第十六届全国探矿工程（岩土钻掘工程）技术学术交流年会论文集.北京：地质出版社，2011：5.10姜德英，刘晓阳，朱明章，等.铀矿勘查岩心钻探系列钻头的研制、开发与应用 J.铀矿地质，2007，23（4）：244-248.JIANG Deying，LIU Xiaoyang，ZHU Mingzhang，et al.Research，development，and application of a series of core drilling bits for uranium exploration J.Uranium Geology，2007，23（4）：244-248（in Chinese）.11谈成龙.钻探在可地浸砂岩型铀矿勘查中的地位与作用 J.铀矿地质，2000，16（2）：121-122.TAN Chenglong.The position and role of drilling in the exploration of in-situ leachable sandstone type uranium deposits J.Uranium Geology，2000，16（2）：121-122（in Chinese）.12顾振发.核工业钻探工程现状及近期发展趋势 J.探矿工程（岩土钻掘工程），1999（增刊）：21-23.GU Zhenfa.Current situation and recent development trends of nuclear industry drilling engineering J.Exploration Engineering（Geotechnical Drilling Engineering），1999（S1）：21-23（in Chinese）.13吴海霞，沈立娜，李春，等.博孜区块新型表孕镶金刚石全面钻头的研究与应用 J.钻探工程，2021，48（3）：101-105.WU Haixia，SHEN Lina，LI Chun，et al.Research and application of a new type of surface impregnated diamond comprehensive drill bit in Bozi Block J.Drilling Engineering，2021，48（3）：101-105（in Chinese）.14李子颖，秦明宽，范洪海，等.我国铀矿地质科技近十年的主要进展 J.矿物岩石地球化学通报，2021，40（4）：845-857，1001.LI Ziying，QIN Mingkuan，FAN Honghai，et al.The main progress of uranium geology and technology in China in the past decade J.Journal of Mineral and Rock Geochemistry，2021，40（4）：845-857，1001（in Chinese）.15王海才.提高地浸砂岩型铀矿深孔钻探效率的技术措施 C/中国地质学会.第二十届全国探矿工程（岩土钻掘工程）学术交流年会论文集.北京：地质出版社，2019：6.576王琳，等：新型单水口 PDC钻头在铀矿地质钻探中的适用性研究第 3期16季学庭.浅谈 PDC 全面钻头在资源井钻探施工中的应用 C/中国煤炭地质总局.全国煤炭地质钻探研讨会论文集.西宁：中国煤田地质 编辑部，2007：2.17ZHANG C L，WANG Z C，KE X H，et al.Rock-breaking performance analysis of worn polycrystalline diamond compact bit J.Geoenergy Science and Engineering，2023，221（352）：2-9.18NIU C，YAN C，ZHENG D，et al.Analysis and application of a new hybrid drill bit for use in hard rocks J.Journal of Energy Resources Technology，2022，144（12）：10-23.19邓思洪，但斌斌，容芷君，等.混合钻头对软硬交错地层破岩特性的仿真研究 J.武汉科技大学学报，2022，45（1）：46-52.DENG Sihong，DAN Binbin，RONG Zhijun，et al.Simulation study on rock breaking characteristics of mixed drill bits in soft hard interlaced formations J.Journal of Wuhan University of Science and Technology，2022，45（1）：46-52（in Chinese）.20孙祺斌，沈立娜，杨甘生，等.特高多层胎体孕镶金刚石钻头设计与数值模拟 J.煤田地质与勘探，2020，48（3）：225-230.SUN Qibin，SHEN Lina，YANG Gansheng，et al.Design and numerical simulation of ultra-high multi-layer matrix impregnated diamond drill bits J.Coal Geology and Exploration，2020，48（3）：225-230（in Chinese）.21HOUSHMAND N，MORTAZAVI A，HASSANI F P.Modeling drill bit wear mechanisms during rock drilling J.Arabian Journal of Geosciences，2021，14（19）：16-33.22DENG R，HUANG A，AN M，et al.Study on the Tooth Load of the Biconical-Profiled Single Cone Bit J.Rock Mechanics and Rock Engineering，2021，54（12）：6235-6248.23张佳伟，孟昭，纪国栋，等.PDC钻头破岩效率及稳定性室内试验研究 J.石油机械，2020，48（12）：35-43，51.ZHANG Jiawei，MENG Zhao，JI Guodong，et al.Laboratory experimental study on rock breaking efficiency and stability of PDC drill bits J.Petroleum Machinery，2020，48（12）：35-43，51（in Chinese）.24TANG Q Q，GUO W，GAO K，et al.Design of a selfadaptive bionic PDC bit for softhard interbedded strataJ.Acta Geologica SinicaEnglish Edition，2019，93（S1）：194.Study on the Applicability of New Single Water Port PDC Drill Bit in Uranium Geological DrillingWANG Lin1，SUN Qibin1，CHEN Xi2，JIN Shaodong1，LIU Zhongcun1（1.Geological Party No.243，CNNC，Chifeng，Inner Mongolia 024000，China；2.Daqing Oilfield Production Technology Institute，Daqing，Heilongjiang 163000，China）Abstract：The strata of uranium deposit in the northern region are mostly composed of sand and mudstone.In geological drilling,a large amount of solid components influx into the flushing fluid which seriously reduces the drilling efficiency and drilling quality.To overcome this problem,a new type of single nozzle PDC comprehensive drill bit was designed and its reliability was verified in terms of structure and materials through numerical simulation.Through on-site experimental research and comparison with traditional comprehensive drill bits，the new drill bit was verified faster in the actual drilling of mudstone formations,with the mechanical drilling speed by nearly 20%，and more preventable to serious drilling accidents.Therefore the new drill bit is of strong applicability in uranium geological drilling.Keywords：drilling for uranium deposit；single nozzle PDC drill bit；numerical simulation；applicability analysis 577