功能与组成：钻头是直接破碎井底岩石的工具，钻井速度的快慢不仅与钻头有关，而且与所钻岩石的力学性质密切相关。本虚拟仿真实验系统是由我校钻头及岩石破碎力学研究方向近30年在牙轮钻头领域的研究成果转化而来，通过对牙轮钻头的背景知识、破岩原理、结构特征与地层适应性等知识介绍，开展虚拟破岩实验等多方面的实验技能培养与实验数据分析等工作，促使学生认识并掌握三牙轮钻头在不同钻井条件下的钻进原理与钻井参数变化规律，巩固、扩大和深入已学的三牙轮知识，使之与钻井工程实践相结合，进一步培养学生分析问题解决问题的能力。本仿真系统由两大模块组成，其中，牙轮钻头装配模块主要包括钻头背景知识介绍、钻头破岩原理、钻头装配工艺形成的机理等方面的内容，牙轮钻头台架实验模块包括钻头结构参数与地层适应性关系介绍、钻头破岩实验操作模拟、钻头破岩实验结果分析等部分。

教学效果：通过该实验课的学习，学生熟悉三牙轮钻头及零件部件的结构、特点和作用，并掌握钻头的组装工艺流程及钻头的实验方法，了解主要实验设备的工作原理及其使用、操作方法。通过掌握三牙轮钻头装配工艺流程了解牙轮钻头产品分类与钻井工程需求的关系；实验教学的重点是让学生更好的了解三牙轮钻头与岩石的适应性关系，钻头破岩的基本理论；钻头台架实验机的工作原理，熟悉其操作规程及正确使用方法；观察牙轮钻头钻进岩石的实验过程；测定钻头在实验中的钻井参数，如：钻压、扭矩、转速、进尺等。同时本虚拟仿真实验系统也有对应的实物实验台架，学生通过仿真实验，具备一定的基础技能的前提下，再进一步深入学习和操作真实实验台架，将有助于学生对本实验内容的了解和掌握。

图5 真实实验台架（左）与虚拟实验台架（右）

图 真实破岩过程（左）与仿真破岩过程（右）

实验项目：

表 镶齿三牙轮钻头虚拟仿真实验系统实验课程及项目

序号	实验课程	实验项目	实验类别
1	石油钻采设备	三牙轮钻头工作原理及组成	验证型
		三牙轮钻头装配及运动模式演示	验证型
		三牙轮钻头破岩机理	验证型
		钻头实验架组成及工作原理	验证型
		三牙轮钻头虚拟钻进破岩实验	设计型
		三牙轮钻头台架实验（实体实验）	设计型