混合式钻头技术新进展
混合钻头技术特点及应用
混合钻头技术特点及应用发布时间：2021-06-17T11:04:16.810Z 来源：《科学与技术》2021年第29卷第6期作者：郑兵[导读] 相对于PDC和牙轮钻头，混合式钻头是一种新型高效钻头，它紧密结合了牙轮钻头和定齿钻头，可以充分发挥两种钻头的优点郑兵中石化石油机械江钻公司，湖北省武汉市，430223摘要：相对于PDC和牙轮钻头，混合式钻头是一种新型高效钻头，它紧密结合了牙轮钻头和定齿钻头，可以充分发挥两种钻头的优点。
自“十二五”以来，我国石化行业的勘探开发形势仍然不容乐观，这显然为加快钻探工作提出了新的挑战。
深部和超深部硬地质构造的加速仍然遇到“钻井速度慢，时间长，成本增加”的难题。
它已成为阻碍深层天然气资源开发和设计的技术缺陷之一，而加速的重要性取决于钻头。
关键词：混合钻头；技术特点；应用1.混合钻头简介1.1 混合钻头的技术特点及类型混合式钻头由圆锥和PDC刀片组成，充分结合了两种类型钻头的优点。
PDC切削齿部分可以以较低的WOB速度提供更快的ROP，而圆锥形部分可以减少钻柱的振动，这对钻穿夹层中的硬岩层是有利的。
它具有连续低转矩的特性，可以提高中间层形成的耐久性，并且在硬质中间层形成和硬质形成中更快，更稳定。
同时，它可以与各种钻井工具一起使用，并且处理井下复杂性的能力比PDC钻头更强。
当电动工具不能用于井喷和泄漏的同一复杂层时，这将显示出明显的优势。
因此，钻孔的中心仅由主刀片上的PDC刀具切割，而钻孔较困难的外部则由圆锥和固定刀片上的PDC刀具破碎在一起。
锥体向刀片的后侧偏移，以便在刀片的前面留下排屑通道和刀片插入口所需的空间。
1.2 混合钻头的优点（1）混合钻头另外还包括锥体和刀片，它们结合了PDC钻头和锥体钻头的优点。
圆锥钻齿会产生不可持续的齿坑，并导致岩层的预破碎。
PDC钻孔根据牙的钻头，将圆锥钻的齿产生的不连续的牙坑连接到中国，然后产生详细的破碎带，从而促使混合钻头在坚硬的环境中具有更高的ROP。
PDC钻头技术发展现状与展望
基金项目：中国石油天然气集团公司项目“重大工程关键技术装备研究与应用”之“高效破岩工具研制”课题（编号：2013E-38-04）。
第一作者简介：杨金华，1963 年生，1984 年毕业于西南石油大学，高级工程师，长期从事钻井技术调研与发展战略研究。
E-mail：yangjh@钻头性能直接关系到钻井的效率、质量、成本乃至安全。
钻头虽小，却是钻井提速降本的第一利器。
改进钻头往往能收到事半功倍的效果，对于水平井、深井、超深井来说尤为如此。
如少用一只钻头，不仅可以直接节省钻头成本，还可缩短钻井周期，效益十分可观。
因此，国内外石油公司和油服公司都高度重视钻头技术的改进与创新。
1 PDC 钻头技术发展现状钻头技术的改进和创新可归纳为集成创新和颠覆性创新两大类。
1.1 PDC 钻头居市场主导地位PDC 钻头（Polycrystalline Dlamond Compact Bit，聚晶金刚石复合片钻头）早在10年前成为破岩主力，逐步取代了牙轮钻头，在钻井提速降本中发挥着重要作用。
近年来，中国和美国85%以上的钻井进尺由PDC 钻头完成，PDC 钻头已在石油钻头市场占据主导地位。
1.2 切削齿成为钻头创新主攻方向切削齿的改进和创新是PDC 钻头技术改进和创新的主攻方向，容易收到事半功倍的效果。
1.2.1 持续改进材质，提升切削齿性能[1]钴元素是压制PDC 复合片时加入的结合剂，在人造金刚石内呈现宏观均匀分布状态。
由于碳元素（人造金刚石）与钴元素的热膨胀系数不同，工作时会伴随温度升高而体积变大，从而引起内应力的增加，造成PDC 复合片的破坏。
为此提出了复合片脱钴的问题，PDC复合片脱钴技术就是要去除金刚石层内的钴元素。
国内外钻头公司通过PDC 复合片脱钴技术来提高PDC 切削齿的综合性能，特别是热稳定性能。
1.2.2 创新形状和结构，实现切削齿多样化[2]（1）非平面PDC 切削齿。
长期以来，PDC 切削齿的切削面一直是平的。
江钻混合钻头首次在川东北元坝区块定向井段成功运用
［ ４ 】 马丽芳． 螺旋钢管残余 弹复问题分析与研究［ Ｊ 】 ． 钢管 ，
２ ０ ０ ９ ，３ ８ （ ６ ） ： １ ３ － １ ５ ．
（ 编辑
胡素梅 ）
江钻 混合钻 头首次在川东北元坝 区块定 向井段成功运用
目前 ，江 钻一 只 ９ １ ／ ２ 某 型混 合钻 头在 元 坝 ２ ７ — ４ 井 顺利 出井 ，完 成 定 向钻 进施 工 。元坝 ２ ７ — ４ 井 为西 南 油气 分公 司在 川 Ｉ 东 北元坝 区块 部署 的一 口五 开制 大斜度 开发 井 ，设计 井深 ６ ６ ９ ９ ｍ。江钻 技术 服务人 员在 与 钻井 公 司及 元 坝 项 目部 多次 交 流后 ，分析 前 期 定 向井 中应 用 牙轮 钻 头机 械钻 速 低 、Ｐ Ｄ Ｃ钻 头工 具 面不 稳 定 、定 向效 率低 等 问题 ，推 荐使 用江 钻混 合 钻头 ，并 取得 优 异指 标 。单只 混合 钻 头进 尺 １ ６ ２ ｍ，纯 钻 ７ ６ ｈ ， 平均 机械 钻速 ２ ． １ ３ ｍ ／ ｈ ，井斜 增 至 ２ ３ ． ５ 。 ，平 均进尺 及机 械钻速 较相 邻井 段提 高 ８ ０ ％以上 。 江 钻混 合 钻 头在 本 区块 定 向段 的首 次 成功 应 用 ，充分 发 挥 了牙 轮钻 头 与 Ｐ Ｄ Ｃ钻 头 的组 合优 势 ，定 向 钻进 中工具面 稳 定、造 斜率 高 、机 械钻速 快 ，得到 了客 户的 高度认 可 ，也为后 期定 向井段 施工 钻进 工具 的 优 选奠 定 了基 础 。
力关系的研究［ Ｊ ］ ． 焊 管 ，２ ０ ０ ３ ，２ ６ （ ５ ） ： １ ４ — １ ６ ．
卷 的不均匀 、开卷 、校平等工序 。公式推 导过程
中 ，把 弦长 近似 于弧 长也会 对 计算结 果 的大 小产 生 影 响 ，计算 值会 略小 于测 量值 。综 上所 述 ，本公 式 对 钢管 厂 钢管 的应力 大小 判 断是有 一定 的意义 ，为
钻井新技术及发展方向分析
钻井新技术及发展方向分析1 钻井技术新进展1.1石油钻机钻机是实现钻井目的最直接的装备,也直接关系到钻井技术进步。
近年来,国外石油钻机能力不断增强,自动化配套进一步完善,使钻机具备更健康、安全、环保的功能,并朝着不断满足石油工程需要的方向发展。
主要进展有:(1) 采用模块化结构设计,套装式井架,减少钻机的占地面积,提高钻机移运性能,降低搬家安装费用。
(2) 高性能的“机、电、液”一体化技术促进石油钻机的功能进一步完善。
(3) 采用套管和钻杆自动传送、自动排放、铁钻工和自动送钻等自动化工具,提高钻机的智能化水平,为提高劳动生产率创造条件。
1.2随钻测量技术1.2.1随钻测量与随钻测井技术21 世纪以来, 随钻测量(MWD) 和随钻测井(LWD) 技术处于强势发展之中,系列不断完善,其测量参数已逐步增加到近20种钻井工程和地层参数,仪器距离钻头越来越近。
与前几年的技术相比,目前,近钻头传感器离钻头只有0.5～2 m 的距离,可靠性高,稳定性强,可更好地评价油、气、水层,实时提供决策信息,有助于避免井下复杂情况的发生,引导井眼沿着最佳轨迹穿过油气层。
由于该技术的市场价值大,世界范围内有几十家公司参与市场竞争,其中斯伦贝谢、哈里伯顿和贝克休斯3 家公司处于领先地位。
1.2.2电磁波传输式随钻测量技术为适应气体钻井、泡沫钻井和控压钻井等新技术快速发展的需要,电磁波传输MWD(elect romagnetic MWD tool s ,EM MWD) 技术研究与应用已有很大进展,测量深度已经达到41420 km。
1.2.3随钻井底环空压力测量技术为适应欠平衡钻井监测井筒与储层之间负压差的需要,哈里伯顿、斯伦贝谢和威德福等公司研制出了随钻井底环空压力测量仪（annular pressure measurement while drilling, APWD) ,在钻井过程中可以实时测量井底环空压力,通过MWD 或EMMWD 实时将数据传送到地面,指导欠平衡钻井作业。
现代钻井的新技术及发展方向
现代钻井的新技术及发展方向现代钻井的新技术及发展方向随着石油工业的不断发展，钻井技术也得到了很大的改善和进步，各种新的技术和工具层出不穷，使得钻井效率和产品品质得到了显著提升。
在本文中，我将按照类别介绍现代钻井的新技术及其未来的发展方向。
一、钻井液技术钻井液技术是钻井过程中非常重要的一环。
在过去，钻井液主要起输送钻渣的作用，而现在，钻井液的作用已经远远不止于此。
为了提高钻井速度、改善墙壁稳定性和保护生产层，新型钻井液也不断地涌现出来。
其中，高效水泥熟化钻井液、无铬水泥钻井液和有机硅水泥钻井液等技术，正在得到越来越广泛的应用。
二、钻头和钻具技术钻头和钻具是钻井过程中非常关键的工具。
目前，随着科技的不断发展，新型钻头和钻具也逐渐成为了主流。
比如钻头上安装的钻具，可以在钻井过程中分析岩层特征，从而使钻头具有更好的钻进能力。
另外，超声波钻头、旋挖钻头等新型钻头的出现，也很大程度上提高了钻进的效率和品质。
三、数据采集和分析技术在钻井过程中，数据的采集和分析对于改进钻井效率和产品品质也是至关重要的。
针对这一需求，目前已经出现了众多的数据采集和分析工具。
比如，无线施工和瞬态测井技术，可以实时监测钻井过程中的各种数据。
同时，数据处理软件也得到了很大的提高，能够更快地从数据中获取有用信息，并作出更好的钻进决策。
四、自动化技术自动化技术在现代钻井中的应用也得到了越来越广泛的推广。
自动化技术可以帮助钻井工人更快更准确地进行操作，从而提高钻进的效率和品质。
目前，无人驾驶钻井平台、智能井控系统等技术，正在逐渐普及。
综上所述，现代钻井技术的不断发展，为石油工业的发展和环保建设提供了有力支持。
未来，随着科技的不断进步，我相信现代钻井技术还会有更多的突破和发展。
新型组合式钻头在含黏性土卵石地层中的应用
（ ）钻入 该地 层时 ， ２ 回转 阻力会增大 ， 钻机跳动明显加 大， 因此应采用慢速钻进 ， 以防损坏钻杆等设备。
（ ）由于该 地层 中的卵石含 量较大 ， ３ 相应 的钻 渣量将
增大 ， 因此采 用优 质泥浆（ 比重在 １３ ． ０以上 ） 护壁 ， 以维持孔 壁的稳定 ， 并提高排渣能 力， 保证钻进速度。 （ 钻进 中 出现漏水 、 浆 ， 采 用惰性材料 ， 黏土 ４） 漏 可 如
对 节 能减 排 、环 境 保 护 等 方 面效 益 显 著 。
【 关键词 】粘性 土 卵石 组合 式 【 中图分类号 】Ｕ ５ Ｔ ７１
钻头 ／ 文献标 识码 Ｂ 【 文章编号 】 ０４ １０（０００— ７３０ １０ —０ １２ １ ） ０８—２ ８
钻孔灌注桩在施工 中常遇到含黏性土 卵石地层 ， 此地层
孔， 清孔 时应将钻具提离孔底 ０３ ｍ～０５ｍ， ． ． 慢速 回转 ， 同时 换入 比重较小（ ． —１２ ） １１ ．Ｏ 的泥浆 ， ０ 并每 隔 １ ｉ ０ｍ ｎ左右停泵
一
次， 将钻 具提高 ３ｍ～５ ｍ来回 串动几次 ， 然后 将钻具放 回至离孔底 ０３ ｍ～Ｏ５ ｍ处 ， － ． 再开泵清孑 ， Ｌ 确保第一次清 孔
在现场 内设 立控 制网点 ，并依照设计施 工图建立轴线控 制 网， 并埋设半永久性标 志 ， 再依据施 工图用坐标法进行桩位
放样 。
（） ５ 埋设护筒。 埋设时 ， 先放 出桩位 中心 ， 然后挖出比桩 径大 ５ ｍ左右的坑 ， ０ｃ 深度约为 １ｍ～１ ． ｍ左右 ， ５ 再将 护筒 放入坑 内， 使护简的 中心与桩位 中心重合。护筒周围用黏土 回填 ， 防止 护筒偏斜。 （ ）钻机就位 。 ６ 钻机移位至使转盘 中心与桩位中心重合
国内外ＰＤＣ_钻头新进展与发展趋势展望
◀钻井技术与装备▶国内外ＰＤＣ钻头新进展与发展趋势展望∗呼怀刚１ꎬ２㊀黄洪春１ꎬ２㊀汪海阁１ꎬ２㊀李忠明３㊀席传明４㊀武强１ꎬ２㊀刘力１ꎬ２(１ 中国石油集团工程技术研究院有限公司㊀２ 油气钻完井技术国家工程研究中心３ 中国石油集团川庆钻探工程有限公司新疆分公司㊀４ 新疆油田公司工程技术研究院)呼怀刚ꎬ黄洪春ꎬ汪海阁ꎬ等.国内外ＰＤＣ钻头新进展与发展趋势展望[Ｊ].石油机械ꎬ２０２４ꎬ５２(２):１－１０.ＨｕＨｕａｉｇａｎｇꎬＨｕａｎｇＨｏｎｇｃｈｕｎꎬＷａｎｇＨａｉｇｅꎬｅｔａｌ.ＮｅｗｐｒｏｇｒｅｓｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｓｏｆＰＤＣｂｉｔｓｉｎＣｈｉｎａａｎｄａｂｒｏａｄ[Ｊ].ＣｈｉｎａＰｅｔｒｏｌｅｕｍＭａｃｈｉｎｅｒｙꎬ２０２４ꎬ５２(２):１－１０.摘要:ＰＤＣ钻头近年来发展迅速ꎮ为了能够及时掌握ＰＤＣ钻头的最新进展ꎬ系统梳理了国内外油气井用ＰＤＣ钻头新进展ꎬ介绍了中国石油在新型钻头研发与应用方面的工作ꎬ进一步阐述了国内ＰＤＣ钻头研发面临的形势与挑战ꎬ展望了油气井用ＰＤＣ钻头发展新趋势ꎮ研究结果表明:在油气资源勘探向着万米深层进军的大背景下ꎬ仍然面临地层可钻性差导致钻头破岩效率低㊁砾石层引起钻头振动先期损坏㊁大尺寸井眼钻井周期长等严峻挑战ꎬ技术与材料革新型高效钻头㊁混合式钻头㊁自适应钻头等能够明显提高钻进效率延长钻头寿命ꎻ智慧钻头所能提供的丰富井下数据能够提高对于深部破岩机理㊁岩石物性的认知ꎬ对于进一步优化钻头结构㊁识别可能存在的油气储层等具有重要的意义ꎮ应积极借鉴和移植这些成果ꎬ尽早研发出适用于深部油气勘探或深地科学钻探等领域的高端耐用钻头ꎮ研究结果可为高端ＰＤＣ钻头国产化㊁系列化工作和相关从业人员提供借鉴ꎮ关键词:ＰＤＣ钻头ꎻＰＤＣ复合片ꎻ混合式钻头ꎻ自适应钻头ꎻ智能钻头ꎻ国产化中图分类号:ＴＥ９２１㊀文献标识码:Ａ㊀ＤＯＩ:１０ １６０８２/ｊ ｃｎｋｉ ｉｓｓｎ １００１－４５７８ ２０２４ ０２ ００１ＮｅｗＰｒｏｇｒｅｓｓａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＴｒｅｎｄｓｏｆＰＤＣＢｉｔｓｉｎＣｈｉｎａａｎｄＡｂｒｏａｄＨｕＨｕａｉｇａｎｇ１ꎬ２㊀ＨｕａｎｇＨｏｎｇｃｈｕｎ１ꎬ２㊀ＷａｎｇＨａｉｇｅ１ꎬ２㊀ＬｉＺｈｏｎｇｍｉｎｇ３ＸｉＣｈｕａｎｍｉｎｇ４㊀ＷｕＱｉａｎｇ１ꎬ２㊀ＬｉｕＬｉ１ꎬ２(１ ＣＮＰＣＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲ＆ＤＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄꎻ２ ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＯｉｌ＆ＧａｓＤｒｉｌｌｉｎｇａｎｄＣｏｍｐｌｅｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎻ３ ＣＣＤＣＸｉｎｊｉａｎｇＢｒａｎｃｈＣｏｍｐａｎｙꎻ４ ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＰｅｔｒｏＣｈｉｎａＸｉｎｊｉａｎｇＯｉｌｆｉｅｌｄＣｏｍｐａｎｙ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＰＤＣｂｉｔｓｈａｖｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｒａｐｉｄｌｙｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ.ＴｈｅｎｅｗｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆＰＤＣｂｉｔｓｕｓｅｄｉｎｏｉｌａｎｄｇａｓｗｅｌｌｓｉｎＣｈｉｎａａｎｄａｂｒｏａｄｗａｓｒｅｖｉｅｗｅｄꎬａｎｄＣＮＰＣ ｓｅｆｆｏｒｔｓｉｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｎｅｗｂｉｔｓｗｅｒｅｉｎｔｒｏ￣ｄｕｃｅｄ.ＦｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅꎬｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎａｎｄｃｈａｌｌｅｎｇｅｓｆｏｒＰＤＣｂｉｔｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｎＣｈｉｎａｗｅｒｅｅｌａｂｏｒａｔｅｄꎬａｎｄｔｈｅｎｅｗｔｒｅｎｄｓｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＰＤＣｂｉｔｓｗｅｒｅｆｏｒｅｃａｓｔｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｕｎｄｅｒｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｏｆｏｉｌａｎｄｇａｓｒｅｓｏｕｒｃｅｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｄｖａｎｃｉｎｇｔｏｗａｒｄｓａｄｅｐｔｈｏｆｔｅｎｓｏｆｔｈｏｕｓａｎｄｓｏｆｍｅｔｅｒｓꎬｔｈｅｒｅａｒｅｓｔｉｌｌｓｅｒｉｏｕｓｃｈａｌｌｅｎｇｅｓｓｕｃｈａｓｌｏｗｒｏｃｋ￣ｂｒｅａｋｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｂｉｔｓｄｕｅｔｏｐｏｏｒｆｏｒｍａｔｉｏｎｄｒｉｌｌａｂｉｌｉｔｙꎬｅａｒｌｙｄａｍａｇｅｏｆｂｉｔｓｃａｕｓｅｄｉｔｓｓｈａｋｉｎｇｂｙｇｒａｖｅｌｌａｙｅｒｓａｎｄｌｏｎｇｄｒｉｌｌｉｎｇｃｙｃｌｅｓｏｆｌａｒｇｅ￣ｓｉｚｅｄｗｅｌｌｂｏｒｅｓ.Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｍａｔｅｒｉａｌｉｎｎｏ￣１ ㊀２０２４年㊀第５２卷㊀第２期石㊀油㊀机㊀械ＣＨＩＮＡＰＥＴＲＯＬＥＵＭＭＡＣＨＩＮＥＲＹ㊀㊀㊀∗基金项目:中国石油天然气集团有限公司前瞻性基础性技术攻关项目 深井超深井优快钻井技术研究 (２０２１ＤＪ４１０１)ꎻ中国石油天然气集团有限公司关键核心技术攻关项目 万米超深层油气资源钻完井关键技术与装备研究 (２０２２ＺＧ０６)ꎻ油气钻完井技术国家工程研究中心基金项目 基于破岩过程扭矩自适应控制的井下减振提速机理研究 ꎻ中国石油集团直属院所项目 高温高压下ＰＤＣ钻头切削齿破岩系统研制 (ＣＰＥＴ２０２２－１０Ｓ)ꎮｖａｔｉｏｎｔｙｐｅｅｆｆｉｃｉｅｎｔｂｉｔｓꎬｈｙｂｒｉｄｂｉｔｓａｎｄａｄａｐｔｉｖｅｂｉｔｓｃａｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄｒｉｌｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｂｉｔｌｉｆｅ.Ｔｈｅａｂｕｎｄａｎｔｄｏｗｎｈｏｌｅｄａｔａｐｒｏｖｉｄｅｄｂｙｓｍａｒｔｂｉｔｓｃａｎｅｎｈａｎｃｅｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｆｄｅｅｐｒｏｃｋ￣ｂｒｅａｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｓａｎｄｒｏｃｋｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓꎬａｎｄｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｂｉｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇｐｏｔｅｎｔｉａｌｏｉｌａｎｄｇａｓｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｈｙｂｒｉｄꎬａｄａｐｔｉｖｅａｎｄｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｂｉｔｓｓｈｏｕｌｄｂｅａｃｔｉｖｅｌｙｕｓｅｄｆｏｒｒｅｆｅｒｅｎｃｅａｎｄｔｒａｎｓｐｌａｎ￣ｔｅｄꎬｓｏａｓｔｏｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｄｅｖｅｌｏｐｈｉｇｈ￣ｅｎｄｄｕｒａｂｌｅｂｉｔｓｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｄｅｅｐｏｉｌａｎｄｇａｓｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｏｒｄｅｅｐｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｄｒｉｌｌｉｎｇａｓｓｏｏｎａｓｐｏｓｓｉｂｌｅ.Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｆｉｎｄｉｎｇｓｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｓｅｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈ￣ｅｎｄＰＤＣｂｉｔｓａｓｗｅｌｌａｓｒｅｌａｔｅｄｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ＰＤＣｂｉｔꎻＰＤＣｃｏｍｐａｃｔꎻｈｙｂｒｉｄｂｉｔꎻａｄａｐｔｉｖｅｂｉｔꎻｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｂｉｔꎻｈｏｍｅｍａｄｅ０㊀引㊀言油气钻井自ＰＤＣ钻头成功应用以来发生了 天翻地覆 的变化ꎬ尤其是经过诸如能显著提高抗研磨性和抗冲击性的聚晶金刚石复合层㊁增强金刚石层与硬质基底黏结强度的非平面界面技术ꎬ减轻扭转冲击的抗回旋技术ꎬ提高复合片热稳定性的滤钴工艺㊁基于计算流体力学的水力学优化㊁计算机辅助建模㊁基于大数据的钻头选型和个性化设计㊁智能制造技术等的创新技术[１－４]ꎮ近年来ＰＤＣ钻头发展极其迅速ꎬ其钻进性能和类型品种等已基本满足油气钻井的需求ꎬ且已占近８０％的世界油气市场份额ꎬ世界钻井总进尺数占比更是超过了９０％ꎬ但其仍有进一步改进提高的空间[５]ꎮ为了满足现代油气大位移井㊁长水平段水平井以及超深井的需求ꎬ各石油公司与科研院所都积极在诸如ＰＤＣ切削齿的材质㊁形状㊁加工工艺及其在钻头上的配置ꎬ钻头结构㊁水力学㊁切削原理和制造工艺等方面深入探索ꎮＰＤＣ钻头因在材料和切削原理上的局限性ꎬ对于深井中坚硬地层㊁强研磨性地层㊁软硬互层及砾石层㊁地热井钻进终归不能完全胜任ꎮ对上述难钻地层ꎬ除应用金刚石钻头外ꎬ近年来诞生的技术和材料革新型钻头㊁混合式钻头以及智能化钻头等都是重要的选择和开拓[６－８]ꎮ笔者从国内国外两方面梳理了近年来出现的新型钻头ꎬ介绍了新型钻头的结构特征㊁工作原理和应用状况等ꎬ分析了国内油气井用ＰＤＣ钻头研发所面临的挑战ꎬ进而对油气井用ＰＤＣ钻头的研发趋势进行了展望ꎬ以期为高端ＰＤＣ钻头的国产化㊁系列化工作和相关从业人员提供借鉴ꎮ１㊀国外油气井用ＰＤＣ钻头发展概况１ １㊀技术㊁材料革新型高效钻头近年来ꎬＮＯＶ公司推出了ＨｅｌｉｏｓＩｍｐａｃｔ(见图１ａ)与ＩＯＮ＋Ａｌｐｈａ切削齿技术(见图１ｂ)ꎬ将上述切削齿配置于不同的钻头并且针对不同区域进行相应的技术升级ꎬ形成了诸如用于地热钻井Ｐｈｏｅｎｉｘ钻头系列(见图２ａ)㊁与水力剪切喷嘴配合用于强化岩石剪切损伤的Ｔｅｋｔｏｎｉｃ钻头系列(见图２ｂ)㊁用于美国市场的Ｐｕｒｓｕｉｔ钻头系列(见图２ｃ)等ꎮ上述钻头在钻进硬岩与研磨性地层时热稳定性㊁抗研磨性㊁抗冲击性及导向性等方面有明显提升ꎬ成功应用于美国㊁拉丁美洲㊁印度尼西亚等地区的油气田ꎮＳｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ公司通过本身的技术积淀及收购ＳｍｉｔｈＢｉｔ公司积累了大量的切削齿㊁新材料和钻头的专利技术ꎬ例如ＯＮＹＸ３６０Ｒｏｌｌｉｎｇ㊁ＡｘｅＢｌａｄｅＥｌｅｍｅｎｔ㊁ＳｔｉｎｇｅｒＥｌｅｍｅｎｔ㊁ＨｙｐｅｒＢｌａｄｅ切削齿专利(见图１ｃ~图１ｆ)㊁增强切削齿强度及攻击性的Ａｅ￣ｇｉｓ超级涂层技术(见图１ｇ)ꎮ采用上述先进切削齿技术的ＦｉｒｅＳｔｏｒｍ/ＳＨＡＲＣ/Ａｅｇｉｓ/Ｓｐｅａｒ系列钻头(见图１㊁图２ｄ~图２ｆ)㊁扩孔钻头和空气锤等特殊用途钻头ꎬ在油气钻井中得到了广泛的应用ꎬ能够以较高的钻进效率和工作寿命钻进某些硬岩和研磨性地层等[９－１３]ꎮＨａｌｌｉｂｕｒｔｏｎ在２０１７年推出了２款新型切削齿ꎬＣｒｕｚｅｒ旋转吃深控制单元用于常规固定齿钻头ꎬ降低破岩扭矩和钻头摩阻㊁减少钻进过程中热量的产生㊁强化钻进性能ꎬ在长水平段Ｓ形井眼轨迹中展现了较好的效果[１４](见图２ｇ)ꎻＧｅｏｍｅｔｒｉｘ４ＤＣｕｔ￣ｔｅｒｓ通过对切削齿结构进行优化设计ꎬ使其在降低摩阻㊁促进岩屑排出㊁降低切削齿热降解方面具有较大的优势(见图１ｈ)ꎮ应用在墨西哥湾花岗岩－页岩地层中ꎬ机械钻速翻倍ꎬ同时最大化降低了金刚石材料的热降解ꎮＢａｋｅｒＨｕｇｈｅｓ基于所研发的能够适用于砾石层㊁夹层中的ＳｔａｙＴｕｒｅ切削元件和抗磨损且保持自锐的ＳｔａｙＣｏｏｌ切削齿(见图１ｉ㊁图１ｊ)ꎬ推出了Ｄｙｎａｍｕｓ抗涡动钻头系列(见图２ｈ)ꎬ能够明显缩短定向井滑动钻进时间ꎬ提高整体机械钻速和井身质量ꎬ实现较少的起下钻次数ꎬ提高钻头机械能量２ ㊀㊀㊀石㊀油㊀机㊀械２０２４年㊀第５２卷㊀第２期利用率ꎮ为了满足特殊工艺井㊁特殊区域㊁特殊层位的要求ꎬ特别在大位移井㊁水平井㊁非常规油气井㊁地热井等发挥钻头的最大效能ꎬ减少钻头失效情况的发生ꎬ延长钻头寿命并降低钻井成本ꎬ各石油公司推出了诸多个性化定制的新型钻头ꎬ并形成了各自的产品系列ꎮ如能提高水力能量利用率的Ｓｐｌｉｔ￣Ｂｌａｄｅ钻头(见图２ｉ)㊁减轻横向振动的Ｃｏｕｎｔｅｒ￣Ｆｏｒｃｅ钻头(见图２ｊ)㊁用于定向井造斜的ＥＶＯＳＰＤＣ钻头(见图２ｋ)㊁适用于旋转导向钻井的ＬｙｎｇＰＤＣ钻头㊁ＳｅｅｋｅｒＰＤＣ钻头(见图２ｌ)等ꎬ均取得了良好的效果[１５－１８]ꎮ图１㊀新型切削齿技术Ｆｉｇ １㊀Ｎｅｗｃｕｔｔｅｒｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ图２㊀基于技术＆材料革新的新型钻头Ｆｉｇ ２㊀Ｎｅｗｂｉｔｓｂａｓｅｄｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｍａｔｅｒｉａｌｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ３ ２０２４年㊀第５２卷㊀第２期呼怀刚ꎬ等:国内外ＰＤＣ钻头新进展与发展趋势展望㊀㊀㊀１ ２㊀混合式钻头针对ø３１１ｍｍ及更大直径井段增多致使全井钻井周期和钻井成本增加这一问题ꎬ胜利钻井工艺研究院曾进行了双级ＰＤＣ钻头的相关理论与试验研究(见图３ａ)ꎬ但限于切削齿材料㊁加工工艺㊁钻头寿命等限制并未大规模推广ꎮ２０１１年ＢａｋｅｒＨｕｇｈｅｓ推出了ＰＤＣ钻头与牙轮钻头组合的ＫｙｍｅｒａＭａｃｈ和ＫｙｍｅｒａＸｔｒｅｍｅ混合式钻头(见图３ｂ)ꎬ主要针对深井硬地层㊁砾石层和软硬互层等可能产生严重黏滑振动的地层ꎬ借助于牙轮钻头侵入能力和ＰＤＣ钻头高效剪切作用ꎬ提高钻头破岩效率㊁降低可能出现的ＰＤＣ复合片的冲击损伤㊁提高定向井中钻头的定向能力等ꎬ在中国㊁美国㊁加拿大等地的油田应用ꎬ均取得了良好的效果[１９－２０]ꎮ２０１２年ＮＯＶ公司针对坚硬火成岩地层井段研发了ＳｐｅｅｄＤｒｉｌｌ同心双径ＰＤＣ钻头(见图３ｃ)ꎬ与低速高扭动力钻具配合使用ꎬ钻进包含火成岩地层在内的整个井段ꎬ能够明显提高钻进效率ꎬ定向钻进过程中轨迹控制较为理想ꎬ达到了预期效果[２１]ꎮ２０１３年ＮＯＶ公司推出ＦｕｓｅＴｅｋ混合式钻头(见图３ｄ)ꎬ针对中硬－坚硬和强研磨性地层ꎬ结合ＰＤＣ切削齿的高剪切性能与孕镶块的强抗研磨性ꎬ在中国㊁非洲㊁北美等地进行了大量应用ꎬ与常规ＰＤＣ钻头或牙轮钻头相比ꎬ能够明显提高钻进效率ꎬ钻头进尺也增加了１~３倍[２２]ꎮ２０１４年ＳｈｅａｒＢｉｔｓ公司推出Ｐｅｘｕｓ混合式钻头(见图３ｅ)ꎬ将硬质合金齿与ＰＤＣ复合片有机结合ꎬ当钻遇井段上部砾石层时利用可转动硬质合金齿侵入地层形成破碎坑ꎬ降低后排ＰＤＣ切削齿剪切破岩的难度ꎻ在钻遇下部较软的砂岩和页岩时ꎬ则主要依靠ＰＤＣ复合片进行大体积剪切破碎ꎮ在加拿大冰川冰碛物中应用ꎬＰｅｘｕｓ混合式钻头完整钻穿冰碛物地层[２３－２４]ꎮ２０１９年Ｈａｌｌｉｂｕｒｔｏｎ公司推出了Ｃｒｕｓｈ＆Ｓｈｅａｒ混合式钻头(见图３ｆ)ꎬ将传统ＰＤＣ钻头高效破岩的能力与滚动元件降低破岩扭矩的特点有机结合ꎬ２种切削结构显著增强了钻头在软硬互层或过渡性地层中的破岩稳定性ꎬ钻进效率大幅提升ꎮ钻头在白俄罗斯某定向井中成功钻穿塑性页岩地层ꎬ一趟钻实现进尺１８４１ｍꎬ平均机械钻速２３ ７ｍ/ｈ[２５]ꎮ图３㊀新型混合式钻头Ｆｉｇ ３㊀Ｎｅｗｈｙｂｒｉｄｂｉｔｓ１ ３㊀智能化钻头２０１７年ＢＨＧＥ油气公司发布的ＴｅｒｒＡｄａｐｔ智能钻头可根据持续变化的地层特征自动调节钻头的切削深度(ＤＯＣ)ꎬ在提高机械钻速的同时减缓黏滑现象ꎬ克服了常规ＰＤＣ钻头切削深度控制的局限性(见图４ａ)ꎮ可调节的ＤＯＣ控制单元收缩特性避免了切削齿对地层的过度切削ꎬ从而防止黏滑现象导致的钻头过早失效ꎮø２１５ ９ｍｍＴｅｒｒＡｄａｐｔ智能钻头的现场试验结果证实该钻头可以有效抑制黏滑振动ꎬ拓宽了钻头稳定钻进的使用参数范围ꎬ提高了钻进效率[２６－２７]ꎮ２０１８年Ｈａｌｌｉｂｕｒｔｏｎ公司推出了概念产品Ｃｅｒｅ￣ｂｒｏＦｏｒｃｅ自动感知钻头(见图４ｂ)ꎬ通过在钻头内部设置多种传感器实现钻头工况数据的实时采集ꎬ以减少地面数据测量的不确定性ꎮ该钻头井下所能获取的数据包括:振动㊁钻压㊁扭矩及液体压力４ ㊀㊀㊀石㊀油㊀机㊀械２０２４年㊀第５２卷㊀第２期等ꎬ使得地面操作人员可以对钻头在井下的实际工况进行充分的掌握ꎬ从而对钻进参数等进行实时调节ꎬ最大化钻进效率[２８]ꎮ２０２０年ＮＯＶ提出了通过水力参数来实现钻头切削结构或者吃入深度控制单元对地层特征的 智能适应 ꎬ并初步研发出Ｓｍａｒｔ￣ａｄａｐｔｉｖｅ钻头(见图４ｃ)ꎮ该钻头的设想是在钻进上下不同地层时可以实现刀翼数量的自动或人为控制ꎬ从而减少不必要的起下钻次数ꎬ为此ＮＯＶ公司设计出了工业样品ꎬ其实际效果有待进一步现场验证[２８]ꎮ２０２１年ＮＯＶ公司推出了一款ＢｉｔＩＱ钻头传感器ꎬ通过将传感器安装在ＰＤＣ钻头接头处(见图４ｄ)ꎬ可以实现对钻头振动(包括轴向㊁横向和切向振动ꎬ量程为ʃ１２０Ｇ)㊁井底温度(０~１２５ħ)及钻头转速(ʃ６６６ｒ/ｍｉｎ)在内的信息进行高频率(采样频率１２８Ｈｚ)测量㊁存储和数据统计ꎬ安装与操作较为简单ꎬ无需再经常安排额外操作人员ꎮ起钻后ꎬ使用专用手机应用对传感器存储数据进行下载并上传至云端系统进行数据处理ꎬ通过自动生成的分析报告ꎬ可以获得钻头磨损情况与井下振动之间的相关性ꎬ为后续钻头优化设计㊁提高钻头性能提供数据支撑ꎮ图４㊀智能化钻头Ｆｉｇ ４㊀Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｂｉｔｓ２㊀国内油气井用ＰＤＣ钻头发展概况国内新型钻头的研发路线如下ꎮ①基于改变钻头井底的射流形式进而提高辅助破岩效果ꎬ有自激共振式钻头㊁空化射流钻头㊁脉冲空化多孔射流钻头㊁自旋式喷嘴射流钻头等ꎮ②通过设计并改变常规ＰＤＣ钻头的切削结构ꎬ使钻头在井底的破岩方式发生变化ꎻ或者通过钻进过程中改变井底应力状况ꎬ降低岩石的抗钻特性ꎬ进而达到提高破岩效率的目的ꎮ有差压步进式钻头㊁微心钻头㊁旋切模块式钻头和环脊式ＰＤＣ钻头等ꎮ③集井下数据采集和钻头动态行为监测为一体的智能钻头ꎬ将 黑匣子 (传感器)布置在钻头本体上ꎬ用于实时监测钻头的钻压㊁扭矩㊁转速㊁加速度㊁冲击载荷以及井底温度等信息ꎬ国内中石油工程院㊁胜利钻井工艺研究院等单位均开展了相关研究ꎬ开发的样机已初步进行了现场试验ꎬ达到了预期的目的ꎮ２ １㊀新型射流式ＰＤＣ钻头国内部分研究团队在自激振荡(水力脉冲空化射流)理论与应用方面做了大量的工作[２９－３０]ꎬ空化射流的产生是基于在钻头上部(内部)添加自激振荡工具或结构ꎬ使用空化射流喷嘴或者脉冲空化射流耦合发生器ꎬ利用瞬态流和水声学原理调制射流流场ꎬ使射流剪切涡脱落㊁演化ꎬ发展成为大尺度涡环结构ꎬ诱导空化的发生ꎮ现阶段所研发的空化射流ＰＤＣ钻头㊁脉冲空化多孔射流钻头也是基于上述原理ꎬ当流场中的空化气泡发生溃灭时会释放高温高压冲击波ꎬ进而提高空化射流的冲蚀性能ꎬ现场应用机械钻速平均提高３０％~４０％ꎮ２ ２㊀结构创新型ＰＤＣ钻头近年来ꎬ国内石油高校㊁企业加大了对于新型结构钻头的创新力度ꎬ从破岩方法㊁破岩机理[３１－３３]上做了诸多有益的探索ꎮ中国石油大学(华东)与中石油工程院在深井大尺寸井眼段长度增加㊁可钻性变差㊁常规ＰＤＣ钻头钻速低㊁提速难的背景下ꎬ从降低深井岩石抗钻强度㊁增强钻头攻击能量２个角度出发ꎬ共同研发了一种自适应同心双径的ＰＤＣ钻头(命名为差压步进式钻头)[３４](见图５ａ)ꎮ室内试验与理论计算结果均表明ꎬ该钻头能够明显提高机械钻速(提速幅度为６８％~３３０％)ꎬ在较小的破岩扭矩增加(增加６９％)的情况下实现钻速的大幅度提升(提高２８０％)ꎮ同时弹性元件的存在使得钻压在领扩眼钻头之间可以自适应分配ꎬ提高了破岩能量利用率ꎬ进而最大化钻头的破岩效率[３５]ꎮ为了使常规ＰＤＣ钻头在深部难钻地层中的机械钻速有进一步的提升ꎬ中石油工程院研发了一种５ ２０２４年㊀第５２卷㊀第２期呼怀刚ꎬ等:国内外ＰＤＣ钻头新进展与发展趋势展望㊀㊀㊀含亥姆霍兹共振腔的自激共振式钻头(见图５ｂ)ꎬ该钻头水力激振腔引发的超高频振动能够使钻头与所钻地层之间发生共振ꎬ进而降低岩石强度㊁提高破岩效率ꎮ室内试验中平均机械钻速较常规ＰＤＣ钻头提高８０％以上ꎮ为解决普通ＰＤＣ钻头形成的岩屑细碎㊁无法满足岩屑录井要求ꎬ胜利钻井工艺研究院㊁西南石油大学分别研发了一款微心ＰＤＣ钻头[３６－３７]ꎮ此类微取心ＰＤＣ钻头取消了常规ＰＤＣ钻头心部的主切削齿ꎬ设置特殊的水力结构ꎬ使钻头心部在钻进过程中形成一定直径的竖直岩心并适时折断ꎬ通过负压抽吸作用将断的微岩心从钻头体内部流道带离井底ꎮ室内及现场试验结果表明ꎬ该钻头采集的岩心以柱状为主ꎬ岩性的完整性和采集率较高ꎬ可以代替牙轮钻头在岩屑录井井段使用ꎮ中国石油大学㊁西南石油大学等相关学者从破岩方式上对常规ＰＤＣ钻头做了有益的探索与改进ꎬ研发了刮刀轮式[３８]㊁旋转模块式[３９]㊁旋切式[４０]㊁环脊式[４１]ＰＤＣ钻头ꎮ此类钻头在常规ＰＤＣ钻头的基础上加装了旋转切削模块(见图５ｃ)ꎬ与固定式ＰＤＣ切削齿 交叉刮切 破碎岩石ꎬ期望旋转切削模块中切削单元轮流工作方式能够提高钻头的整体破岩效率ꎮ环脊式ＰＤＣ钻头(见图５ｄ)则是在钻头的布齿区域内ꎬ至少有一个不设置主切削齿的环形空白带(简称 环带 )ꎬ且在刀翼的环带相应位置处开设周向贯通的凹槽ꎬ在凹槽底面或侧面可设置二级切削齿ꎮ目前ꎬ该类钻头多处于概念设计㊁室内测试阶段ꎬ距现场应用尚有较大距离ꎮ图５㊀结构创新型ＰＤＣ钻头Ｆｉｇ ５㊀ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｉｎｎｏｖａｔｉｖｅＰＤＣｂｉｔｓ２ ３㊀中石油新型ＰＤＣ钻头的应用情况依托中石油工程院休斯顿研发中心ꎬ在宝石机械㊁渤海中成㊁川庆钻探㊁长城钻探等生产单位的大力协作下ꎬ通过 十三五 持续攻关ꎬ中石油形成了从复合片材料及加工工艺㊁ＰＤＣ钻头设计加工及应用一体化的专有技术[４２]ꎮ为解决砂砾岩㊁火山岩㊁灰岩㊁云岩㊁燧石等难钻地层提速瓶颈问题ꎬ中石油休斯顿研究中心突破金刚石复合片选粉处理工艺㊁粉料封装工艺以及深度脱钴工艺ꎬ形成了硬质合金基体(见图６ａ㊁图６ｂ)设计与试验评价方法ꎬ并首创三维凸脊形非平面齿(见图６ｃ)ꎬ抗冲击性由３００Ｊ提升至４００Ｊ以上ꎬ较常规平面ＰＤＣ切削齿抗冲击性能提高９倍以上㊁断裂韧性提高４０％ꎻ脱钴深度由４００~６００μｍ提升至８００~１２００μｍꎬ通过全角度脱钴ꎬ切削齿的抗研磨性和热稳定性得到了全面提升ꎬ延长钻头使用寿命ꎮ基于性能优异的非平面切削齿研发了３个系列１１种尺寸２２个型号的ＰＤＣ钻头产品(见图６ｄ)ꎬ在新疆㊁塔里木㊁西南㊁大庆等油田复杂难钻地层现场应用１０００余井次ꎬ平均进尺和机械钻速提高２９％和５７％以上ꎬ屡创国内五大盆地多项新的钻井纪录ꎮ图６㊀中石油研发的高效异形ＰＤＣ切削齿及Ｔｒｉｄｏｎ系列ＰＤＣ钻头Ｆｉｇ ６㊀Ｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｓｐｅｃｉａｌ￣ｓｈａｐｅｄＰＤＣｃｕｔｔｅｒｓａｎｄＴｒｉｄｏｎＰＤＣｂｉｔｓｏｆＣＮＰＣ ６ ㊀㊀㊀石㊀油㊀机㊀械２０２４年㊀第５２卷㊀第２期㊀㊀中国石油针对不同区块㊁不同井型㊁不同地层㊁不同井段实施 一井一策ꎬ一层一策 的个性化钻头设计与应用方案ꎮ中石油工程院与渤海装备联合研制的川渝页岩气㊁玛湖致密油水平段专用ＰＤＣ钻头(见图７ａ㊁图７ｂ)ꎬ通过复合片深度脱钴与优选㊁刀翼和布齿优化等设计ꎬ显著提高了钻头的攻击和导向性能ꎮ现场应用３０余井次ꎬ在川渝页岩气井钻进ꎬ平均单趟进尺１０００ｍ以上ꎻ在玛湖区块玛ＸＸＸ井乌尔禾组地层钻进ꎬ单趟进尺３２５ｍꎬ平均机械钻速５ｍ/ｈꎬ与进口ＰＤＣ钻头相当ꎮ川庆钻探公司针对川渝页岩气三开可钻性差的难题ꎬ研发了混合布齿㊁常规螺杆专用和旋转导向专用的系列个性化ＰＤＣ钻头(见图７ｃ㊁图７ｄ)ꎬ其中常规螺杆专用钻头的平均机械钻速和单趟进尺分别为７ ７ｍ/ｈ和５１０ｍꎬ同比提高１１ ４％和１８ ５％ꎬ单只钻头的最高进尺达１２８８ｍꎻ旋转导向专用钻头的平均机械钻速和单趟进尺分别为１１ ６ｍ/ｈ和１０９３ｍꎬ同比提高４３％和４８％ꎬ单只钻头的最高进尺１５８６ｍꎮ宝鸡石油机械有限责任公司研制的ＰＤＣ－牙轮复合钻头ꎬ规格在ø１４９ ２~ø４４４ ５ｍｍ(ø５ ~ø１７⅟ ｉｎ)之间ꎬ在川渝㊁松辽盆地等难钻地层累计应用２８６只ꎬ与ＰＤＣ钻头相比ꎬ钻头进尺和平均机械钻速分别提高２０％~１０８％和１０％~７５％ꎮ图７㊀中石油部分专打ＰＤＣ钻头Ｆｉｇ ７㊀ＰＤＣｂｉｔｓｆｏｒｓｐｅｃｉａｌｉｚｅｄｄｒｉｌｌｉｎｇｏｆＣＮＰＣ３㊀国内ＰＤＣ钻头研发面临挑战３ １㊀油气勘探所面临的形势随着塔里木盆地大北㊁博孜㊁克深㊁顺北超深层ꎬ准噶尔盆地南缘深层超深层㊁玛湖吉木萨尔页岩油气ꎬ四川盆地川东㊁川西北㊁川中古隆起北斜坡ꎬ大庆古龙页岩油气等一大批大油田的发现ꎬ 十四五 及今后若干年增储上产的重点仍然是深层超深层ꎮ而在上述地层中钻进依然面临地层可钻性差导致的破岩效率低㊁砾石层及软硬交互地层引起钻头振动造成先期损坏㊁深井大尺寸井眼钻井周期长㊁钻头用量大等严峻挑战ꎮ例如川西地区的须家河组㊁二叠系等地层可钻性差８~１０级㊁研磨性强８~１０级ꎬ金宝石组石英含量高达９０％以上ꎬ钻头破岩效率较低ꎬ吴家坪组－栖霞组机械钻速仅１ ２９ｍ/ｈꎬ钻头进尺小于６０ｍꎻ大庆深部地层的流纹岩㊁花岗岩㊁砾岩等难钻地层ꎬ可钻性达８~１０级ꎬ钻头钻进过程振动剧烈且频繁ꎬ平均进尺５６ｍꎬ机械钻速１ ３０ｍ/ｈꎬ单井钻头用量大(水平井平均用量３６只ꎬ直井１０只)ꎻ库车山前地区的砾石层平均段长超５２００ｍꎬ砾石含量高㊁粒径大ꎬ机械钻速平均仅为２ｍ/ｈꎬ巴什基奇克组等复杂地层厚度占全井４％~２１％ꎬ钻时占全井２５％~５１％ꎬ钻头用量占全井４０％~６２％ꎮ３ ２㊀高端钻头研发所面临的瓶颈问题首先是基础学科领域有待进一步突破ꎬ其中新型钻头基体的材料研发㊁金刚石材料与基底的黏结工艺㊁深部高温高压复杂地层钻头与岩石相互作用机理亟需科研攻关ꎮ其次是ＰＤＣ钻头设计㊁模拟㊁加工㊁后评价一体化的智能设计制造技术有待进一步集成升级ꎬ具有特殊工况㊁地层适应性的个性化钻头模块化设计软件㊁性能模拟与磨损预测软件㊁五轴数控加工与自动化检测平台等方面亟待优化升级和功能开发ꎮ再次是钻头创新研发与应用进度尚不匹配ꎬ国内石油高校在新型结构钻头创新㊁理论计算与数值模拟上具有先天性优势ꎬ而国内相关企业则在ＰＤＣ钻头加工生产㊁科学试验㊁产业化应用方面具有得天独厚的有利条件ꎬ两者之间的联通渠道有待进一步加速拓宽ꎬ以发挥各自的比较优势ꎮ最后是国内钻头研发尚需一条或多条明确的开发线路ꎬ多为单点创新性研发ꎬ系统性㊁系列性㊁特殊地层适用性较国外知名钻头公司还有一定的差距ꎮ７ ２０２４年㊀第５２卷㊀第２期呼怀刚ꎬ等:国内外ＰＤＣ钻头新进展与发展趋势展望㊀㊀㊀４㊀结论与展望(１)将ＰＤＣ切削齿与其他类型切削元件进行有机结合㊁在结构参数和材料等方面进行不同组合的混合式钻头已成为国际上油气井钻头发展的重要趋势之一ꎮ(２)以ＢＨＧＥ油气公司ＴｅｒｒＡｄａｐｔ智能钻头为代表ꎬ通过对切削结构或吃深控制单元进行自动控制ꎬ在抑制黏滑振动和减小钻头冲击损坏方面表现出色ꎬ也逐渐成为油气井用钻头的研发方向之一ꎮ(３)以Ｈａｌｌｉｂｕｒｔｏｎ公司的ＣｅｒｅｂｒｏＦｏｒｃｅ自动感知钻头为代表ꎬ将信息采集传感器集成于钻头内ꎬ实现井下工况的实时监测与反馈ꎮ随着科技与材料科学的进一步发展ꎬ智能感知钻头终将普遍用于油气行业ꎬ实现基于测量信息的钻进过程实时优化㊁信息存储用于钻后分析ꎮ钻头供应商需要与钻井承包商深度合作ꎬ甄别井底所获取的信息哪些具有较大的价值ꎬ并将上述数据以最快的速度发挥其最大的价值ꎮ(４)钻头的个性化设计始终是深部复杂地层提高破岩效率㊁长水平段水平井实现 一趟钻 目标的必然选择与要求ꎮ针对细化的区块㊁工况㊁地层等大力实施 一井一策ꎬ一层一策 的个性化钻头设计与应用方案ꎻ同时ꎬＰＤＣ钻头研发也应与配套钻井工艺㊁钻井工具㊁导向工具集成化服务相结合ꎬ以最大化钻头与底部钻具的组合潜能ꎬ尽可能实现不同复杂地层中的一趟钻完钻ꎮ参㊀考㊀文㊀献[１]㊀左汝强.国际油气井钻头进展概述(一):Ｋｙｍｅｒａ组合式(Ｈｙｂｒｉｄ)钻头系列[Ｊ].探矿工程(岩土钻掘工程)ꎬ２０１６ꎬ４３(１):４－６.ＺＵＯＲＱ.Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｂｉｔｓｆｏｒｏｉｌａｎｄｇａｓｗｅｌｌ(１)－ｋｙｍｅｒａｈｙｂｒｉｄｂｉｔ[Ｊ].Ｅｘｐｌｏ￣ｒａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ(Ｒｏｃｋ＆ＳｏｉｌＤｒｉｌｌｉｎｇａｎｄＴｕｎｎｅ￣ｌｉｎｇ)ꎬ２０１６ꎬ４３(１):４－６[２]㊀左汝强.国际油气井钻头进展概述(三):ＰＤＣ钻头发展进程及当今态势(上)[Ｊ].探矿工程(岩土钻掘工程)ꎬ２０１６ꎬ４３(３):１－８.ＺＵＯＲＱ.Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｂｉｔｓｆｏｒｏｉｌａｎｄｇａｓｗｅｌｌ(３)－ＰＤＣｂｉｔｓｐｒｏｇｒｅｓｓａｎｄｐｒｅｓｅｎｔｔｒｅｎｄ(Ⅰ)[Ｊ].ＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ(Ｒｏｃｋ＆ＳｏｉｌＤｒｉｌｌｉｎｇａｎｄＴｕｎｎｅｌｉｎｇ)ꎬ２０１６ꎬ４３(３):１－８ [３]㊀左汝强.国际油气井钻头进展概述(四):ＰＤＣ钻头发展进程及当今态势(下)[Ｊ].探矿工程(岩土钻掘工程)ꎬ２０１６ꎬ４３(４):４０－４８.ＺＵＯＲＱ.Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｂｉｔｓｆｏｒｏｉｌａｎｄｇａｓｗｅｌｌ(４)－ＰＤＣｂｉｔｓｐｒｏｇｒｅｓｓａｎｄｐｒｅｓｅｎｔｔｒｅｎｄ(Ⅱ)[Ｊ].ＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ(Ｒｏｃｋ＆ＳｏｉｌＤｒｉｌｌｉｎｇａｎｄＴｕｎｎｅｌｉｎｇ)ꎬ２０１６ꎬ４３(４):４０－４８ [４]㊀万夫磊ꎬ韩烈祥ꎬ姚建林.个性化钻头技术研究与展望[Ｊ].钻采工艺ꎬ２０２０ꎬ４３(４):１６－１９.ＷＡＮＦＬꎬＨＡＮＬＸꎬＹＡＯＪＬ.Ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｐｒｏｓ￣ｐｅｃｔｏｆｐｅｒｓｏｎａｌｉｚｅｄｂｉｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ[Ｊ].Ｄｒｉｌｌｉｎｇ＆Ｐｒｏ￣ｄｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０２０ꎬ４３(４):１６－１９ [５]㊀ＳＣＯＴＴＤꎬＨＵＧＨＥＳＢ.Ａｂｉｔｏｆｈｉｓｔｏｒｙ:ｏｖｅｒｃｏｍｉｎｇｅａｒｌｙｓｅｔｂａｃｋｓꎬＰＤＣｂｉｔｓｎｏｗｄｒｉｌｌ９０％－ｐｌｕｓｏｆｗｏｒｌｄ￣ｗｉｄｅｆｏｏｔａｇｅ[ＥＢ/ＯＬ].(２０１５－０７－０７)[２０１６－０５－２４].ｈｔｔｐ:ʊｗｗｗ.ｄｒｉｌｌｉｎｇｃｏｎｔｒａｃｔｏｒ.ｏｒｇ/ａ－ｂｉｔ－ｏｆ－ｈｉｓｔｏｒｙ－ｏｖｅｒｃｏｍｉｎｇ－ｅａｒｌｙ－ｓｅｔｂａｃｋｓ－ｐｄｃ－ｂｉｔｓ－ｎｏｗ－ｄｒｉｌｌ－９０－ｐｌｕｓ－ｏｆ－ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ－ｆｏｏｔａｇｅ－３５９３２ [６]㊀刘丁源ꎬ李军ꎬ高德伟ꎬ等.ＰＤＣ钻头在砾岩地层中的破岩机理与适应性分析[Ｊ].石油机械ꎬ２０２３ꎬ５１(７):５１－５８ꎬ６７.ＬＩＵＤＹꎬＬＩＪꎬＧＡＯＤＷꎬｅｔａｌ.ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎｒｏｃｋｂｒｅａｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｏｆＰＤＣｂｉｔｉｎｃｏｎ￣ｇｌｏｍｅｒａｔｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ[Ｊ].ＣｈｉｎａＰｅｔｒｏｌｅｕｍＭａｃｈｉｎｅｒｙꎬ２０２３ꎬ５１(７):５１－５８ꎬ６７[７]㊀ＡＬ￣ＡＪＭＩＫꎬＡＬ￣ＨＡＭＡＤＩＥꎬＢＡＱＥＲＹꎬｅｔａｌ.Ｎｅｗｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃｄｕａｌ￣ｄｉａｍｅｔｅｒｆｉｘｅｄ￣ｃｕｔｔｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｂｉｔｄｒｉｌｌｓ３５％ｆａｓｔｅｒａｎｄｓａｖｅｓｏｐｅｒａｔｏｒｄｒｉｌｌｉｎｇｔｉｍｅｔｈｒｏｕｇｈｃｈａｌｌｅｎｇｉｎｇａｂｒａｓｉｖｅｓａｎｄｓｔｏｎｅｉｎｏｎｅｏｆｔｈｅｌａｒｇｅｓｔｒｅｓ￣ｅｒｖｏｉｒｓｉｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅｅａｓｔ[Ｃ]ʊＳＰＥ/ＩＡＤＣＭｉｄｄｌｅＥａｓｔＤｒｉｌｌｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄＥｘｈｉｂｉｔｉｏｎ.ＡｂｕＤｈａｂｉ:ＳＰＥꎬ２０１６:ＳＰＥ１７８２０８－ＭＳ. [８]㊀龙伟ꎬ况雨春ꎬ何璟彬ꎬ等.水平井ＰＤＣ钻头黏滑振动规律试验研究[Ｊ].石油机械ꎬ２０２３ꎬ５１(９):１８－２５.ＬＯＮＧＷꎬＫＵＡＮＧＹＣꎬＨＥＪＢꎬｅｔａｌ.Ｔｅｓｔｏｎｓｔｉｃｋ￣ｓｌｉｐｖｉｂｒａｔｉｏｎｏｆＰＤＣｂｉｔｉｎｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｗｅｌｌｓ[Ｊ].ＣｈｉｎａＰｅｔｒｏｌｅｕｍＭａｃｈｉｎｅｒｙꎬ２０２３ꎬ５１(９):１８－２５ [９]㊀ＺＨＡＮＧＹＨꎬＢＡＫＥＲＲꎬＢＵＲＨＡＮＹꎬｅｔａｌ.Ｉｎｎｏ￣ｖａｔｉｖｅｒｏｌｌｉｎｇＰＤＣｃｕｔｔｅｒｉｎｃｒｅａｓｅｓｄｒｉｌｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｍ￣ｐｒｏｖｉｎｇｂｉｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｃｈａｌｌｅｎｇｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｃ]ʊＳＰＥ/ＩＡＤＣＤｒｉｌｌｉｎｇＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ.Ａｍｓｔｅｒｄａｍ:ＳＰＥꎬ２０１３:ＳＰＥ１６３５３６－ＭＳ.[１０]㊀ＰＬＡＴＴＪꎬＶＡＬＬＩＹＡＰＰＡＮＳꎬＫＡＲＵＰＰＩＡＨＶ.Ｉｎ￣ｎｏｖａｔｉｖｅｒｏｌｌｉｎｇｃｕｔｔｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄｆｏｏｔａｇｅａｎｄＲＯＰｉｎｌａｔｅｒａｌａｎｄｖｅｒｔｉｃａｌｇａｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎＳａｕｄｉＡｒａｂｉａ[Ｃ]ʊＳＰＥ/ＩＡＤＣＭｉｄｄｌｅＥａｓｔＤｒｉｌｌ￣ｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄＥｘｈｉｂｉｔｉｏｎ.ＡｂｕＤｈａ￣ｂｉ:ＳＰＥꎬ２０１６:ＳＰＥ１７８２０１－ＭＳ.[１１]㊀ＦＡＲＯＵＫＨꎬＥＬＷＥＫＥＥＬＷꎬＳＨＯＫＲＹＡＥꎬｅｔａｌ.ＩｎｎｏｖａｔｉｖｅＰＤＣｂｉｔｄｅｓｉｇｎｉｎｃｒｅａｓｅｓｄｒｉｌｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ８ ㊀㊀㊀石㊀油㊀机㊀械２０２４年㊀第５２卷㊀第２期ｉｎＥｇｙｐｔ ｓｎｏｔｏｒｉｏｕｓｌｙｄｉｆｆｉｃｕｌｔｗｅｓｔｅｒｎｄｅｓｅｒｔｄｅｅｐｌｉ￣ｔｈｏｌｏｇｙｃｏｌｕｍｎ[Ｃ]ʊＳＰＥＮｏｒｔｈＡｆｒｉｃａＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄＥｘｈｉｂｉｔｉｏｎ.Ｃａｉｒｏ:ＳＰＥꎬ２０１５:ＳＰＥ１７５７５６－ＭＳ.[１２]㊀ＳＡＮＣＨＥＺＪＬꎬＣＡＲＲＩＺＯＨꎬＳＡＬＧＡＤＯＪꎬｅｔａｌ.ＡｄｖａｎｃｅｄｄｒｉｌｌｉｎｇａｎｄｌｏｇｇｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｇｉｖｅｎｅｗｌｉｆｅｔｏａｇｉｎｇｆｉｅｌｄｓｉｎＥｃｕａｄｏｒｂｙｅｎａｂｌｉｎｇｒｅｅｎｔｒｙｄｒｉｌｌ￣ｉｎｇ[Ｃ]ʊＳＰＥＬａｔｉｎＡｍｅｒｉｃａｎａｎｄＣａｒｉｂｂｅａｎＰｅｔｒｏ￣ｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ.Ｑｕｉｔｏ:ＳＰＥꎬ２０１５:ＳＰＥ１７７０８７－ＭＳ.[１３]㊀ＶＡＮＨＥＥＫＥＲＥＮＨꎬＳＴＯＲＭＲꎬＫＲＡＡＮＡＶꎬｅｔａｌ.Ｃｏｎｉｃａｌｄｉａｍｏｎｄｅｌｅｍｅｎｔｂｉｔｓｅｔｓｎｅｗｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｂｅｎｃｈｍａｒｋｓｄｒｉｌｌｉｎｇｈａｒｄａｎｄａｂｒａｓｉｖｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｓꎬｏｆｆ￣ｓｈｏｒｅＮｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ[Ｃ]ʊＳＰＥＮｏｒｔｈＡｆｒｉｃａＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄＥｘｈｉｂｉｔｉｏｎ.Ｃａｉｒｏ:ＳＰＥꎬ２０１５:ＳＰＥ１７５８５９－ＭＳ.[１４]㊀ＨａｌｌｉｂｕｒｔｏｎＩｎｃ.ＯｐｅｒａｔｏｒｓｅｔｓｂｅｎｃｈｍａｒｋｄｒｉｌｌｉｎｇｌｏｎｇｌａｔｅｒａｌＳ￣ｓｈａｐｅｗｅｌｌ[ＥＢ/ＯＬ].(２０１９－１０－０６)[２０２０－０３－２４].ｈｔｔｐｓ:ʊｗｗｗ.ｈａｌｌｉｂｕｒｔｏｎ.ｃｏｍ/ｅｎ/ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ/ｏｐｅｒａｔｏｒ－ｓｅｔｓ－ｎｅｗ－ｂｅｎｃｈｍａｒｋ－ｄｒｉｌｌｉｎｇ－ｌｏｎｇ－ｌａｔｅｒａｌ－ｓ－ｓｈａｐｅｄ－ｗｅｌｌ.[１５]㊀ＭＥＬＩＲꎬＳＡＬＡＳＣꎬＭＡＲＴＩＮＲꎬｅｔａｌ.ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＢＨＡｓｙｓｔｅｍｄｒｉｌｌｓｃｕｒｖｅ/ｌａｔｅｒａｌｉｎｏｎｅｒｕｎａｔｒｅｃｏｒｄＲＯＰｓａｖｉｎｇｓｅｖｅｎｄａｙｓｒｉｇｔｉｍｅ[Ｃ]ʊＩＡＤＣ/ＳＰＥＤｒｉｌｌｉｎｇＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄＥｘｈｉｂｉｔｉｏｎ.ＦｏｒｔＷｏｒｔｈ:ＳＰＥꎬ２０１４:ＳＰＥ１６７９２０－ＭＳ.[１６]㊀ＨＡＮＮＡＣꎬＤＯＵＧＬＡＳＣꎬＡＳＲＨꎬｅｔａｌ.Ａｐｐｌｉｃａ￣ｔｉｏｎｓｐｅｃｉｆｉｃｓｔｅｅｌｂｏｄｙＰＤＣｂｉｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｒｅｄｕｃｅｓｄｒｉｌｌｉｎｇｃｏｓｔｓｉｎｕｎｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌＮｏｒｔｈＡｍｅｒｉｃａｓｈａｌｅｐｌａｙｓ[Ｃ]ʊＳＰＥＡｎｎｕａｌＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄＥｘｈｉｂｉｔｉｏｎ.Ｄｅｎｖｅｒ:ＳＰＥꎬ２０１１:ＳＰＥ１４４４５６－ＭＳ. [１７]㊀ＣＯＣＫＲＡＭＭꎬＲＩＴＣＨＩＥＡꎬＮＯＲＧＥＢＧꎬｅｔａｌ.ＭｕｌｔｉｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙａｐｐｒｏａｃｈａｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄｓｏｌｕｔｉｏｎｓｅｔｓｎｅｗＮｏｒｔｈｓｅａｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｂｅｎｃｈｍａｒｋｓ[Ｃ]ʊＳＰＥＤｅｅｐｗａｔｅｒＤｒｉｌｌｉｎｇａｎｄＣｏｍｐｌｅｔｉｏｎｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ.Ｇａｌｖｅｓｔｏｎ:ＳＰＥꎬ２０１２:ＳＰＥ１５５４７５－ＭＳ. [１８]㊀ＷＵＸＰꎬＫＡＲＵＰＰＩＡＨＶꎬＮＡＧＡＲＡＪＭꎬｅｔａｌ.Ｉ￣ｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇｔｈｅｒｏｏｔｃａｕｓｅｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄｓｔｉｃｋ￣ｓｌｉｐｅｎａｂｌｅｓｆｉｔ￣ｆｏｒ￣ｐｕｒｐｏｓｅｓｏｌｕｔｉｏｎｓ[Ｃ]ʊＩＡＤＣ/ＳＰＥＤｒｉｌｌｉｎｇＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄＥｘｈｉｂｉｔｉｏｎ.ＳａｎＤｉｅｇｏ:ＳＰＥꎬ２０１２:ＳＰＥ１５１３４７－ＭＳ.[１９]㊀ＤＯＬＥＺＡＬＴꎬＦＥＬＤＥＲＨＯＦＦＦꎬＨＯＬＬＩＤＡＹＡꎬｅｔａｌ.Ｅｘｐａｎｓｉｏｎｏｆｆｉｅｌｄｔｅｓｔｉｎｇａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｎｅｗｈｙｂｒｉｄｄｒｉｌｌｂｉｔ[Ｃ]ʊＳＰＥＡｎｎｕａｌＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｎｆｅｒ￣ｅｎｃｅａｎｄＥｘｈｉｂｉｔｉｏｎ.Ｄｅｎｖｅｒ:ＳＰＥꎬ２０１１:ＳＰＥ１４６７３７－ＭＳ.[２０]㊀ＯＭＡＲＭꎬＡＧＡＷＡＮＩＷꎬＡＢＤＥＬＨＡＭＩＤＡꎬｅｔａｌ.ＭｕｌｔｉｐｌｅｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｓｏｆｈｙｂｒｉｄｄｒｉｌｌｂｉｔｓｗｉｔｈｏｐｔｉｍｉｚｅｄｄｒｉｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓｐｒｏｖｅｅｎｈａｎｃｅｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｎＮｏｒｔｈＫｕ￣ｗａｉｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｗｅｌｌｓ[Ｃ]ʊＳＰＥＭｉｄｄｌｅＥａｓｔＯｉｌ＆ＧａｓＳｈｏｗａｎｄＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ.Ｍａｎａｍａ:ＳＰＥꎬ２０１７:ＳＰＥ１８４０２６－ＭＳ.[２１]㊀ＨＥＬＬＶＩＫＳꎬＮＹＧＡＡＲＤＲꎬＨＯＥＬＥꎬｅｔａｌ.ＰＤＣｃｕｔｔｅｒａｎｄｂｉｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｆｏｒｃｈａｌｌｅｎｇｉｎｇｃｏｎｇｌｏｍｅｒ￣ａｔｅｄｒｉｌｌｉｎｇｉｎｔｈｅＬｕｎｏＦｉｅｌｄ￣ＯｆｆｓｈｏｒｅＮｏｒｗａｙ[Ｃ]ʊＩＡＤＣ/ＳＰＥＤｒｉｌｌｉｎｇＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄＥｘｈｉｂｉｔｉｏｎ.ＳａｎＤｉｅｇｏ:ＳＰＥꎬ２０１２:ＳＰＥ１５１４５６－ＭＳ.[２２]㊀ＧＡＲＣＩＡＡꎬＢＡＲＯＣＩＯＨꎬＮＩＣＨＯＬＬＤꎬｅｔａｌ.Ｎｏ￣ｖｅｌｄｒｉｌｌｂｉｔｍａｔｅｒｉａｌｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｕｓｉｏｎｄｅｌｉｖｅｒｓｐｅｒ￣ｆｏｒｍａｎｃｅｓｔｅｐｃｈａｎｇｅｉｎｈａｒｄａｎｄｄｉｆｆｉｃｕｌｔｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ[Ｃ]ʊＳＰＥ/ＩＡＤＣＤｒｉｌｌｉｎｇＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ.Ａｍｓｔｅｒｄａｍ:ＳＰＥꎬ２０１３:ＳＰＥ１６３４５８－ＭＳ.[２３]㊀ＨＳＩＥＨＬꎬＥＤＩＴＯＲＭꎬＥＮＤＲＥＳＳＡꎬｅｔａｌ.Ｂｅｔｔｅｒａｎｄｂｅｔｔｅｒꎬｂｉｔｂｙｂｉｔ/ｎｅｗｄｒｉｌｌｂｉｔｓｕｔｉｌｉｚｅｕｎｉｑｕｅｃｕｔ￣ｔｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓꎬｃｕｔｔｅｒｅｌｅｍｅｎｔｓｈａｐｅｓꎬａｄｖａｎｃｅｄｍｏｄｅｌｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅｔｏｉｎｃｒｅａｓｅＲＯＰꎬｃｏｎｔｒｏｌꎬｄｕｒａｂｉｌｉ￣ｔｙ[ＥＢ/ＯＬ].(２０１５－０７－０９)[２０２３－０８－０７].ｈｔ￣ｔｐｓ:ʊｄｒｉｌｌｉｎｇｃｏｎｔｒａｃｔｏｒ.ｏｒｇ/ｂｅｔｔｅｒ－ａｎｄ－ｂｅｔｔｅｒ－ｂｉｔ－ｂｙ－ｂｉｔ－３５７８０[２４]㊀ＷＯＮＧＡꎬＤＥＮＯＵＤＥＮＢꎬＨＥＲＭＡＮＪＪꎬｅｔａｌ.Ｎｅｗｈｙｂｒｉｄｂｉｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｐｒｏｖｉｄｅｓｉｍｐｒｏｖｅｄｐｅｒｆｏｒｍ￣ａｎｃｅｉｎｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｉｎｔｅｒｖａｌｓ[Ｃ]ʊＳＰＥＡｎｎｕａｌＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄＥｘｈｉｂｉｔｉｏｎ.Ｄｕｂａｉ:ＳＰＥꎬ２０１６:ＳＰＥ１８１６６８－ＭＳ.[２５]㊀ＨａｌｌｉｂｕｒｔｏｎＩｎｃ.Ｃｒｕｓｈ＆ＳｈｅａｒＴＭｈｙｂｒｉｄｄｒｉｌｌｂｉｔｓ[ＥＢ/ＯＬ].(２０１９－１０－１２)[２０２１－０２－１５].ｈｔｔｐｓ:ʊｗｗｗ.ｈａｌｌｉｂｕｒｔｏｎ.ｃｏｍ/ｅｎ/ｐｒｏｄｕｃｔｓ/ｃｒｕｓｈ－ｓｈｅａｒ－ｈｙ￣ｂｒｉｄ－ｄｒｉｌｌ－ｂｉｔｓ.[２６]㊀ＤＡＶＩＳＪＥꎬＳＭＹＴＨＧＦꎬＢＯＬＩＶＡＲＮꎬｅｔａｌ.Ｅ￣ｌｉｍｉｎａｔｉｎｇｓｔｉｃｋ－ｓｌｉｐｂｙｍａｎａｇｉｎｇｂｉｔｄｅｐｔｈｏｆｃｕｔａｎｄｍｉｎｉｍｉｚｉｎｇｖａｒｉａｂｌｅｔｏｒｑｕｅｉｎｔｈｅｄｒｉｌｌｓｔｒｉｎｇ[Ｃ]ʊＩＡＤＣ/ＳＰＥＤｒｉｌｌｉｎｇＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄＥｘｈｉｂｉｔｉｏｎ.ＳａｎＤｉｅｇｏ:ＳＰＥꎬ２０１２:ＳＰＥ１５１１３３－ＭＳ.[２７]㊀ＪＡＩＮＪＲꎬＲＩＣＫＳＧꎬＢＡＸＴＥＲＢꎬｅｔａｌ.Ａｓｔｅｐｃｈａｎｇｅｉｎｄｒｉｌｌｂｉｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｉｔｈｓｅｌｆ－ａｄｊｕｓｔｉｎｇＰＤＣｂｉｔｓ[Ｃ]ʊＩＡＤＣ/ＳＰＥＤｒｉｌｌｉｎｇＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄＥｘｈｉ￣ｂｉｔｉｏｎ.ＦｏｒｔＷｏｒｔｈ:ＳＰＥꎬ２０１６:ＳＰＥ１７８８１５－ＭＳ. [２８]㊀ＮＯＶＩｎｃ.Ｓａｆｅꎬｅｆｆｉｃｉｅｎｔｄｒｉｌｌｉｎｇｓｏｌｕｔｉｏｎｓ[ＥＢ/ＯＬ].(２０２０－１０－１２)[２０２１－０２－１５].ｈｔｔｐｓ:ʊｗｗｗ.ｎｏｖ.ｃｏｍ/ｐｒｏｄｕｃｔｓ－ａｎｄ－ｓｅｒｖｉｃｅｓ/ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ/ｄｒｉｌｌｉｎｇ. [２９]㊀王委ꎬ程智勇ꎬ陈小元ꎬ等.脉冲空化ＰＤＣ钻头的研究及应用[Ｊ].石油机械ꎬ２０２１ꎬ４９(１１):２４－３０ꎬ３８.ＷＡＮＧＷꎬＣＨＥＮＧＺＹꎬＣＨＥＮＸＹꎬｅｔａｌ.ＤｅｓｉｇｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｕｌｓｅｃａｖｉｔａｔｉｏｎＰＤＣｂｉｔ[Ｊ].Ｃｈｉ￣ｎａＰｅｔｒｏｌｅｕｍＭａｃｈｉｎｅｒｙꎬ２０２１ꎬ４９(１１):２４－３０ꎬ３８[３０]㊀彭可文ꎬ田守嶒ꎬ李根生ꎬ等.自振空化射流空泡９２０２４年㊀第５２卷㊀第２期呼怀刚ꎬ等:国内外ＰＤＣ钻头新进展与发展趋势展望㊀㊀㊀动力学特征及溃灭强度影响因素[Ｊ].石油勘探与开发ꎬ２０１８ꎬ４５(２):３２６－３３２.ＰＥＮＧＫＷꎬＴＩＡＮＳＣꎬＬＩＧＳꎬｅｔａｌ.Ｂｕｂｂｌｅｄｙ￣ｎａｍｉｃｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｏｎｔｈｅｃａｖｉｔａｔｉｏｎｃｏｌｌａｐｓｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙｆｏｒｓｅｌｆ－ｒｅｓｏｎａｔｉｎｇｃａｖｉｔａｔ￣ｉｎｇｊｅｔｓ[Ｊ].ＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄＤｅｖｅｌｏｐ￣ｍｅｎｔꎬ２０１８ꎬ４５(２):３２６－３３２[３１]㊀彭齐ꎬ杨雄文ꎬ任海涛ꎬ等.扇形齿ＰＤＣ钻头破岩机理及工作性能仿真分析[Ｊ].石油机械ꎬ２０２３ꎬ５１(７):２８－３５.ＰＥＮＧＱꎬＹＡＮＧＸＷꎬＲＥＮＨＴꎬｅｔａｌ.Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｒｏｃｋｂｒｅａｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｗｏｒｋｉｎｇｐｅｒ￣ｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＰＤＣｂｉｔｗｉｔｈｆａｎ－ｓｈａｐｅｄｃｕｔｔｅｒ[Ｊ].Ｃｈｉ￣ｎａＰｅｔｒｏｌｅｕｍＭａｃｈｉｎｅｒｙꎬ２０２３ꎬ５１(７):２８－３５ [３２]㊀张文波ꎬ史怀忠ꎬ席传明ꎬ等.锥形ＰＤＣ齿和常规ＰＤＣ齿混合切削破岩试验研究[Ｊ].石油机械ꎬ２０２３ꎬ５１(３):３３－３９.ＺＨＡＮＧＷＢꎬＳＨＩＨＺꎬＸＩＣＭꎬｅｔａｌ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎ￣ｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｒｏｃｋｃｕｔｔｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｉ￣ｃａｌｄｉａｍｏｎｄｅｌｅｍｅｎｔｓａｎｄｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌＰＤＣｃｕｔｔｅｒｓ[Ｊ].ＣｈｉｎａＰｅｔｒｏｌｅｕｍＭａｃｈｉｎｅｒｙꎬ２０２３ꎬ５１(３):３３－３９[３３]㊀龚均云ꎬ吴文秀ꎬ周宗赣.斧形齿破岩机理数值模拟研究[Ｊ].石油机械ꎬ２０２２ꎬ５０(９):４４－５１.ＧＯＮＧＪＹꎬＷＵＷＸꎬＺＨＯＵＺＧ.Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕ￣ｌａｔｉｏｎｏｎｒｏｃｋ－ｂｒｅａｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆａｘｅ－ｓｈａｐｅｄｃｕｔ￣ｔｅｒ[Ｊ].ＣｈｉｎａＰｅｔｒｏｌｅｕｍＭａｃｈｉｎｅｒｙꎬ２０２２ꎬ５０(９):４４－５１[３４]㊀管志川ꎬ刘永旺ꎬ李敬皎ꎬ等.差压式钻头:ＣＮ２０１５１０７８９２３１ Ｘ[Ｐ].２０１５－１１－１７.ＧＡＵＮＺＣꎬＬＩＵＹＷꎬＬＩＪＪꎬｅｔａｌ.Ｗｅｉｇｈｔ－ｏｎ－ｂｉｔｓｅｌｆ－ａｄｊｕｓｔｂｉｔ:ＣＮ２０１５１０７８９２３１ Ｘ[Ｐ].２０１５－１１－１７[３５]㊀ＨＵＨＧꎬＧＵＡＮＺＣꎬＺＨＡＮＧＢꎬｅｔａｌ.Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｗｅｉｇｈｔ￣ｏｎ￣ｂｉｔｓｅｌｆ￣ａｄｊｕｓｔｉｎｇＰＤＣｂｉｔｂａｓｅｄｏｎｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｅｖａｌｕａｔｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０２１ꎬ１９６:１０７６９２[３６]㊀田京燕ꎬ徐玉超.微心ＰＤＣ钻头设计及现场试验[Ｊ].石油钻探技术ꎬ２０１９ꎬ４７(１):６５－６８.ＴＩＡＮＪＹꎬＸＵＹＣ.Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｆｉｅｌｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｍｉｃｒｏ￣ｃｏｒｉｎｇＰＤＣｂｉｔ[Ｊ].ＰｅｔｒｏｌｅｕｍＤｒｉｌｌｉｎｇＴｅｃｈ￣ｎｉｑｕｅｓꎬ２０１９ꎬ４７(１):６５－６８[３７]㊀况雨春ꎬ罗金武ꎬ王利ꎬ等.抽吸式微取心ＰＤＣ钻头的研究与应用[Ｊ].石油学报ꎬ２０１７ꎬ３８(９):１０７３－１０８１.ＫＵＡＮＧＹＣꎬＬＵＯＪＷꎬＷＡＮＧＬꎬｅｔａｌ.Ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｕｃｔｉｏｎ￣ｔｙｐｅｍｉｃｒｏｃｏｒｉｎｇＰＤＣｄｒｉｌｌｂｉｔ[Ｊ].ＡｃｔａＰｅｔｒｏｌｅｉＳｉｎｉｃａꎬ２０１７ꎬ３８(９):１０７３－１０８１[３８]㊀ＣＨＥＮＬꎬＹＡＮＧＹＸꎬＬＩＵＹꎬｅｔａｌ.Ｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｔｈｅｏｒｙａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｆｓｃｒａｐｉｎｇ￣ｗｈｅｅｌｄｉａ￣ｍｏｎｄｂｉｔ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉ￣ｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１７ꎬ１５６:１５２－１５９[３９]㊀钟云鹏ꎬ杨迎新ꎬ于洪波ꎬ等.旋转模块式ＰＤＣ钻头破岩机理研究[Ｊ].地下空间与工程学报ꎬ２０１９ꎬ１５(６):１７４１－１７４８.ＺＨＯＮＧＹＰꎬＹＡＮＧＹＸꎬＹＵＨＢꎬｅｔａｌ.Ｓｔｕｄｙｏｎｒｏｃｋ￣ｂｒｅａｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｒｏｔａｒｙｍｏｄｕｌａｒＰＤＣｂｉｔ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＳｐａｃｅａｎｄＥｎｇｉ￣ｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１９ꎬ１５(６):１７４１－１７４８[４０]㊀曹扬ꎬ王海涛.旋切式ＰＤＣ钻头切削结构设计研究[Ｊ].石油机械ꎬ２０２０ꎬ４８(７):４２－４８.ＣＡＯＹꎬＷＡＮＧＨＴ.ＤｅｓｉｇｎａｎｄｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｃｕｔｔｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｒｏｔａｒｙｃｕｔｔｉｎｇＰＤＣｂｉｔ[Ｊ].ＣｈｉｎａＰｅｔｒｏ￣ｌｅｕｍＭａｃｈｉｎｅｒｙꎬ２０２０ꎬ４８(７):４２－４８ [４１]㊀杨迎新ꎬ胡浩然ꎬ黄奎林ꎬ等.环脊式ＰＤＣ钻头破岩机理试验研究[Ｊ].地下空间与工程学报ꎬ２０１９ꎬ１５(５):１４５１－１４６０.ＹＡＮＧＹＸꎬＨＵＨＲꎬＨＵＡＮＧＫＬꎬｅｔａｌ.Ｅｘｐｅｒｉ￣ｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｒｏｃｋ￣ｂｒｅａｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆａｎ￣ｎｕｌａｒ￣ｒｉｄｇｅＰＤＣｂｉｔ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｄｅｒ￣ｇｒｏｕｎｄＳｐａｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１９ꎬ１５(５):１４５１－１４６０[４２]㊀汪海阁ꎬ黄洪春ꎬ毕文欣ꎬ等.深井超深井油气钻井技术进展与展望[Ｊ].天然气工业ꎬ２０２１ꎬ４１(８):１６３－１７７.ＷＡＮＧＨＧꎬＨＵＡＮＧＨＣꎬＢＩＷＸꎬｅｔａｌ.Ｄｅｅｐａｎｄｕｌｔｒａ￣ｄｅｅｐｏｉｌ/ｇａｓｗｅｌｌｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ:ｐｒｏ￣ｇｒｅｓｓａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔ[Ｊ].ＮａｔｕｒａｌＧａｓＩｎｄｕｓｔｒｙꎬ２０２１ꎬ４１(８):１６３－１７７㊀㊀第一作者简介:呼怀刚ꎬ高级工程师ꎬ生于１９８８年ꎬ２０２１年毕业于中国石油大学(华东)油气井工程专业ꎬ现从事高效破岩㊁钻井提速㊁钻井工程规划与技术支持方面的研究工作ꎮ地址:(１０２２０６)北京市昌平区ꎮ电话:(０１０)８０１６２２３７ꎮｅｍａｉｌ:ｈｕｈｇ０５３６＠１２６ ｃｏｍꎮ通信作者:汪海阁ꎬｅｍａｉｌ:ｗａｎｇｈａｉｇｅｄｒｉ＠ｃｎｐｃ ｃｏｍ ｃｎꎮ㊀收稿日期:２０２３－１０－１０(本文编辑㊀南丽华)０１ ㊀㊀㊀石㊀油㊀机㊀械２０２４年㊀第５２卷㊀第２期。
大口径综合碎岩组合钻头的研制
钻 头 磨 损 严 重 ； 丝 绳 冲击 钻 进 ， 方 法 可 以 钻 进 漂 钢 该 石 、 砾 石 和 部 分 强 风 化 、 风 化 基 岩 ， 是 钻 进 效 卵 中 但
率低 ， 且在非 均质 地层 钻进 容易 出现孔斜 ； 轮 、 而 牙 滚 刀 钻 进 ， 方 法 能 很好 地 适 用 于 坚 硬 地 层 钻 进 ， 该 钻
具 ， 部用 焊接 方式连 接钻 头基 板 ， 下 内侧 焊 有加强 筋板 ； 钻头 基板 的滚压 区域 ， 焊 滚 刀 ， 刀 的 布点 遵 循 钻 头 镶 滚 的布齿原则 ＾ ］在 径 向有 重叠 部分 ； ３， 冲击 钻头上 镶 嵌 切 削齿 ； 头基板 中心 开有 吸渣 口， 板 周边 均 布 开 有水 钻 基
将钻 头底 部 分 为 冲 击 碎 岩 区 、 轮 或 盘 刀 的滚 压 破 碎 牙 区、 剪切 破碎 区等 ， 每种 破 碎要 求 尽 量 对 称 布局 并 沿 径
向达 到全 覆盖 。潜孔 锤钻 头布局 在 冲击破 碎 区 ， 实现 冲
岩 ， 一 方 面 利 用 牙 轮 、 刀 进 行 回转 切 削 碎 岩 ， 另 刮 合
槽。 １ ２ 工 作原理 ．
和 第 四纪 松 散 地 层 时 ， 于 不 能 很 好 地 发 挥 冲 击 功 由
的作用 ， 进 效 率 明显 降低 ； 通硬 质 合 金 回转 钻 钻 普
进 ， 方 法 在 进 软 岩 和 第 四 纪 松 散 地 层 中 有 很 好 的 该
效 果 ， 是 在 卵 砾 石 等 复 杂 地 层 中钻 进 进 尺 慢 ， 且 但 而
应性 差 ， 遇到软硬 互层 、 在 卵砾 石 等复杂地 层 时 ， 钻进 效 率急 剧 下 降， 重 影响 施 工进 度 ， 严 增加 施 工成
混合系统——钻井发展新方向
勤保 障问题 带来 了成本上 的挑战 ，
维 护维修 复杂 ，昂贵 的旋转导 向系 统被禁止使用 。使用该公司 的系统 加１ ２ １ ／ ４ 钻头成功地在波兰 钻进 了一段直井眼 ，这段地层非常硬 ，
从１ ７ ０ ０ ｍ（ ５ ５ ７ ７ 英 尺 ）钻 进 至 ３ ２ ０ ０ ｍ
下钻水平井和定向井现用 的方法有 两种——常规泥浆马达和旋转导 向
系统 （ Ｒ Ｓ Ｓ ）。
个，滑动要求钻柱停止旋转而钻头
个高质量平滑 的井眼 。旋转导 向系 统和泥浆 马达特性 的技术融合使低
旋转 向下钻 进 ，这会 导致钻进效 率下
降，特别是在打大斜度井 时；当采
用Ｔ Ｂ Ｓ 技术时，钻柱旋转可以接近连 续，从而降低井筒摩擦力，有助于大
调整钻柱内钻井液的流速提高导向能 力，使穿过泥浆马达的流速产生微振 荡，这会使钻井参数产生高频变化， 控制钻头速度，提供任何 目 标方位的 井眼导向。Ｔ Ｂ Ｓ 技术还能克服滑动 问 题 ，滑动是泥浆马达关键限制的其中
一
弯 曲变化的井眼要求更精确的定向 钻井 。各个石油公司都在进行技术 研发 ，不断探 索提 高钻井效率和定 向控制的创新方法 ，同时还要有效
有 效应 对 低 造 斜 率 井
设计这项技术可以用于泥浆马达
钻井的任何应用 ，包括：钻一 口井
的 垂 直控 制 、长 水 平 段钻 进 以及 保
平ｓ 型井眼长稳斜段和Ｊ 型井眼设计的
钻井 。
持 一个角度的切线段钻进。在钻ｓ 型 井的过程 中，使用该工具可 以朝着
一
目标钻头速度 （ Ｔ Ｂ Ｓ ）技术通过
获得希望 的造斜率而不改变其井底
钻具组合 。
混合钻头技术特点及应用
｝收稿 日期 ：２０１７—１卜２１ 修 回日期 ：２０１７－１１－２１ 作者简介 ：王天宇 （１９８８一），男（汉族 ），山东东营人 ，工程师 ，现从 事钻井工程设计方 面的研 究工 作。
人井 钻具 组 合 为 ：Ｚ４４４．５ｍｍ ＫＭ ６３３钻 头＋浮 阀＋
减 震 器＋７３１ｘ８３０接 头＋ ２７９．４ｒａｍ钻 铤×３根＋８３１ｘ ７３０接 头 ＋４３７ｍｍ扶 正器 ＋ ２４１．３ｍｍ钻 铤 ×３根 ＋７３１ｘ ６３０接 头＋ ２０３．２ｍｍ 钻铤 ×７根 ＋曲性 长 轴 ＋随钻 震 击 器＋６３１ｘ５２０接头＋旁通 阀＋ １３９．７ｍｍ加重 钻杆ｘ１２ 根 ＋５２１ｘＺＹ５４０接 头＋ １３９．７ｍｍ钻杆 。
混合 钻 头 的类 型 包括 ２种 ，即两 牙 轮两 刀翼 的较 小 直 径钻 头 及三 牙轮 三 刀翼 的较 大直 径钻 头 。
这 ２种钻头分别基于可靠 的四刀翼 和六刀翼 ＰＤＣ 钻头设计 ，用截锥牙轮代替了辅助刀翼。因此 ，井眼 中 心部位仅由主刀翼上的 ＰＤＣ切削齿切削 ，而更难钻的 井 眼外 部 则 由牙 轮 和 固定 刀 翼 上 的 ＰＤＣ切 削齿 共 同 破碎 。牙轮 向刀翼的后侧偏置 ，以便在刀翼的前面 留 出排屑 通道 和镶 装 喷 嘴所需 要 的空 间［２］。 １．２ 混 合钻 头 的优点
本井是一 口预探井 ，陆相地层岩石致密 、硬度大 ， 特 别 是 须 家 河 组 发 育 大 段 砂 泥 岩 互 层 ，地 层 可 钻 性 差 。茅 口组地层发育 大段硅质灰岩地层 ，吴 家坪组 和 灯影 组 地层 硅 质 含 量 高 ，可 选 用 钻 头 少 。对 于 下部 小 尺寸井 眼 ，由于钻具长 、刚性低 ，钻压无 法有效传递 到 钻 头 上 ，造 成 机械 钻速 低 。
组合式钻进钻头[实用新型专利]
![组合式钻进钻头[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/11294fea16fc700abb68fcf9.png)
专利名称：组合式钻进钻头专利类型：实用新型专利发明人：赖元良
申请号：CN88211315
申请日：19880107
公开号：CN88211315U 公开日：
19881005
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型是一种用于采矿、石油作业钻进用的组合式钻进钻头，其特点是把具有钻柄的钻体设计成装配式结构，在其钻柄部位用锁紧套筒和定位螺钉固定而成。
这样的钻进钻头可以方便地装拆，一旦在使用中钻头的钻刃部分或其它部分有损坏，即可随意调换损坏部分，节省了原材料，降低了钻进钻头的整体消耗。
申请人：赖元良
地址：上海市闸北区灵石路709号
国籍：CN
代理机构：中国科学院上海专利事务所
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国际油气井钻头进展概述(二)——FuseTek融合钻头与Pexus组合钻头
国际油气井钻头进展概述(二)——FuseTek融合钻头与Pexus组合钻头左汝强【期刊名称】《探矿工程-岩土钻掘工程》【年(卷),期】2016(043)002【摘要】NOV公司2013年向市场推出FuseTek融合钻头. 它将PDC钻头的高钻速与孕镶金刚石钻头的耐磨性结合于一体,适宜于钻进中硬—坚硬、高研磨性地层. FuseTek钻头已广泛应用于刚果、厄瓜多尔、中国、哥伦比亚等国家. 应用表明,该新型组合钻头比PDC钻头或牙轮钻头钻进效率提高许多,工作寿命增加1~3倍或更多. Shear Bits公司于2014年推出Pexus组合钻头. 该钻头广泛应用于加拿大冰川冰碛物钻进. 地层上部硬卵砾石层利用可转动硬质合金齿钻进,下部软砂岩与页岩则运用PDC碎岩. 整个冰碛物地层用一个Pexus钻头一钻到底. 所述3类组合式钻头(含Kymera钻头)对于未来实现"一个钻头,一口井"的目标有重要意义.【总页数】4页(P1-4)【作者】左汝强【作者单位】国土资源部,北京100812【正文语种】中文【中图分类】P634.4+1;TE921+.1【相关文献】1.国际油气井钻头进展概述(一)——Kymera组合式(Hybrid)钻头系列 [J], 左汝强2.国际油气井钻头进展概述（三）--PDC钻头发展进程及当今态势（上） [J], 左汝强3.国际油气井钻头进展概述(四)——PDC钻头发展进程及当今态势(下) [J], 左汝强4.对组合牙轮钻头和滚刀钻头的一些认识与体会 [J], 陈怡5.三角聚晶钻头切削具支撑体几何形式研究——钻头压力增值幅度|dp/dh|与岩性因子γ及钻头结构因子S的关系 [J], 朱东风因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
油田钻头的技术现状及发展剖析
油田钻头的技术现状及发展剖析油气埋藏在地下，为取得地下资源，必须大量的破碎岩石，钻穿地层。
现在钻井方法主要是用机械方法破碎岩石，破碎岩石的主要工具就称之为钻头。
钻头就是石油行业中，井下作业最为重要的工具。
从成本上来讲，原油的生产成本主要以勘探、开发和采油这三部分为主，其中钻井的费用大概占据了百分之三十，所以说，降低钻井费用最直接有效的办法就是将钻头的使用寿命提高。
文章就钻头的技术现状以及未来发展的方向做出概述。
标签：油田；钻头；技术现状；发展引言在石油钻井行业当中，钻头作为极其重要的一种井下作业的工具，以原油生产的成本上来分析，其生产的成本正常情况下，为开发成本、勘探的成本和采油成本。
其中，钻井的费用大概占据了百分之三十，若想要降低钻井的费用，最有效的办法就是提高钻头的使用寿命以及钻井的效率。
所以对钻头技术研究的提高是非常重要的。
1 钻头的设计技术现状1.1 钻头切削方面1.1.1 PDC钻头切割新技术结构钻头的切削面在结构上，体现出了钻头使用的寿命以及工作的效率，最著名的PDC复合片材质的研发，使得钻头的使用寿命以及工作的效率得到了显著地提高，二战之后，对于切削结构的创新，也使得PDC钻头的综合性能，尤其是在钻进非常困难的地层的性能上，格外的将其性能体现出来。
例如西南石油大学曾经开发了一项对于提高其复杂钻地层PDC钻头性能的新型技术，也就是内镶后备齿即内，镶二级齿的新技术。
1.1.2 混合切削结构钻头技术本世纪初，美国著名的石油工程师协会曾经举办的交流会上，美国的休斯公司曾经介绍了一款新型的混合钻头的实验以及其应用的数据。
其钻头是由固定的刀翼以及牙轮混合组成，并在固定的刀翼上使用了固定的PDC齿，其牙轮材料还选用了新型的硬质合金，这种混合的钻头在页岩以及塑性地层中进行钻进的时候，相比普通的牙轮钻头在钻进的效率上提高了很多，其机械钻速更是牙轮钻头的两倍以上，并且最大程度的减少了钻柱的扭阵以及粘滑还有涡旋等病态现象的发生。
贝克休斯混合式钻头取得突破性进展
贝克休斯混合式钻头取得突破性进展
崔红
【期刊名称】《钻采工艺》
【年(卷),期】2012(35)1
【摘要】由于作业者。
力求开发难度更大要求更高的油气藏，这对钻井来说更富有挑战性。
复杂的井身结构、含有坚硬夹层的地层以及钻机设备的限制等都有可能造成频繁地起下钻，
【总页数】1页(P102-102)
【关键词】突破性;混合式;钻头;休斯;井身结构;钻机设备;作业者;油气藏
【作者】崔红
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TE243
【相关文献】
1.贝克休斯自适应PDC钻头 [J], 思娜;邓辉;李婧;皮光林
2.贝克休斯公司研制出可辅助控制井眼轨迹的PDC钻头 [J], 石钻
3.贝克休斯的“狮虎兽”复合钻头成功应用于Logan油田 [J],
4.贝克休斯混合式钻头取得突破性进展 [J], 崔红
5.贝克休斯公司发布第一款自适应钻头 [J], 兰雪梅
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混合钻头在斜井段的应用
混合钻头在斜井段的应用发布时间：2021-06-17T11:06:59.027Z 来源：《科学与技术》2021年第29卷第6期作者：夏迪[导读] PDC钻头在近年来的研究中所占比重越来越大，其技术创新在经历了长期发展，达到一个瓶颈期后，有了新的突破夏迪中石化江钻石油机械有限公司湖北武汉 430205摘要：PDC钻头在近年来的研究中所占比重越来越大，其技术创新在经历了长期发展，达到一个瓶颈期后，有了新的突破。
在研究PDC钻头相关专利数据的基础上，分析了在该技术上各大公司的关注领域、技术研发热点及趋势。
介绍了各大公司的创新技术。
分析得出，当前各大公司的创新大多集中于切削齿创新及混合钻头技术创新，同时比较重视相关学科的研究。
可为我国处于技术瓶颈期的 PDC钻头技术创新提供一定的技术借鉴。
关键词：混合钻头；斜井段；应用引言混合式钻头是指整合了PDC刀翼和牙轮的特殊钻头，其理念最早出现于20世纪30年代，但在当时被人们认为是不合理的，但科技的进步为混合式钻头的诞生奠定了基础。
目前国际上最先进的混合钻头是贝克休斯公司的kymera系列钻头，国内的钻头厂家也已经开始对混合式钻头进行研发。
此次所用的混合钻头是KPM1642ART型混合钻头。
1.混合钻头的基本参数及特征1.1 混合钻头基本参数该钻头的型号KPM1642ART，钻头尺寸φ215.9mm。
由两个牙轮和四个PDC刀翼组成（主切削齿尺寸φ16mm），牙轮设计比 PDC高2mm，共有6个水眼（16#*3个+14#*3个），保径长度 100mm，排屑槽面积7985mm2，推荐转速45-160Rpm，推荐钻压 60-160KN。
1.2 混合钻头破岩机理该钻头采用混合切削机构。
混合钻头同时包含牙轮和刀翼，牙轮钻头比PDC高2mm，在使用过程中，牙轮切削齿先接触地层，对岩石产生预破碎，形成不连续的齿坑，PDC 切削齿通过切削，将牙轮切削齿形成的不连续的齿坑连通，从而形成完整的破碎环带。
钻井行业钻头类型及其发展趋势详解(新版)
钻井行业钻头类型及其发展趋势摘要：近年来，深井、超深井油气资源开发在我国油气资源开发中所占比例越来越大。
对深井、超深井钻井需要使用的钻头也要求具有更高的穿透性和更长的使用寿命。
目前国内常用的牙轮钻头、金刚石钻头虽然也能用于深井钻井，但其使用寿命短，牙齿磨损严重等问题，严重制约的深井、超深井油气资源的开发。
国外虽然有一些新型钻头，如：混合钻头，但其成本非常昂贵。
因此，研发高穿透性、长使用寿命的钻头来提高深部复杂地层的破岩效率，已成为当今我国石油钻头技术领域的前沿课题，也是钻头技术的发展趋势，关键词：钻头类型:牙轮钻头；金刚石钻头；混合钻头；发展趋势1概述在钻井作业中，钻头主要用于破碎岩石，钻头质量直接影响着井眼质量、钻井速度及钻井成本。
选用钻速快且使用寿命长的钻头能大大降低钻井成本。
目前常用的钻头包括以下几类：使用最广泛的牙轮钻头、改造前景最高的金刚石钻头未来重点发展的新型钻头等。
这些钻头有各自的破岩原理和适用地层。
近年来，钻井行业高速发展，钻头研发技术也得到了飞速的发展，目前已有一些新型PDC钻头和混合型钻头能广泛的运用于各种地层，但研发更高耐磨、高韧性的材料和更好的钻头轴承以及更结合实际运用的个性化设计的钻头是钻头技术发展的难题。
这也是未来钻头发展的努力方向。
2常用钻头的类型及其结构特点钻头是破碎岩石形成井眼的主要工具，钻头的使用效率和寿命决定着最终的钻井费用。
钻头设计经历了最早期的刮刀钻头，到目前广泛使用的牙轮钻头，再到具有广阔前景的金刚石钻头，随着材料科技的发展和钻头技术的提高，市场上还出现了许多新型钻头。
下面我们就来具体介绍一下它们。
2.1牙轮钻头在钻井作业中，牙轮钻头目前使用最广泛的一类钻头。
牙轮钻头通过牙轮旋转产生的压碎、冲击和剪切来破碎岩石。
其牙齿与岩石的接触面积少、工作扭矩小、工作刃总长度长等特点，使其能适用于各种软地层和硬地层。
三牙轮钻头是目前市场上使用最多的矛轮钻头。
牙轮钻头的牙齿和轴承是其使用寿命的关键。
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这又产生 了均低于 １０～ ０ （６ｔ １ ５ ２ ０ｆ ４ ６ ｔ ｏ ｍ） 钻井进 尺 ，同时也 增加 了 由粘滑 的 现象造成 的过早破坏岩层的潜在性 （ 见
图２）。
基 于这 些原 因 ，Ｋｙ ｒ混合 式钻 ｍｅａ 头 ，作 为 一项技 术 被推 出 ，特 别适 合
于此 类 工况 下使 用 。在 这种 情 况下 ，
头 、顶部驱动 、和Ｐ Ｃ （ Ｄ 聚晶金 刚石 ）
进提高了钻井机械钻速 （ Ｏ ） 但也一 ＲＰ ， 直 由 受 技术内在 ０ 带来的影响。 在 作业 者和 贝克休 斯 团队 的共 同
协作 努 力下 ，钻头 应用 于 美国 ｌ － ／ ２ １４ ｉ钻井 中应用 ，以延长单个 钻头行 程 ｎ
图２ Ｋ ｍｅａ 头取代 了平均８ Ｏ 牙轮钻 头，节省２ 天的钻井 时间。 ｙ ｒ钻 ～１ 个 ５
深度 Ｔ Ｄ一般需 要８ 天 的时 间。在此 期 ２ 间 ，平均需使 用８～１ 个 牙轮 钻头 ，每 ０
个钻头 的钻速 （ ＯＰ）均 为９～ｌ ／ｒ Ｒ ｌｆ ｈ ｌ
（． ｔ ． ｍ ｈ） 和６ ０ ０ （８ ２７ ｏ３４ ／ｒ 及 ０ ～８ ０ｆ １ ３ｔ ｔ ｏ
新 技 术 纵 览
混合 式钻 头技术 新进 展
口 编译 ／ 张瑜 Ｄ 聚晶金 刚石 ） 钻 较好 的定 向控制动态 ；提高夹层地层耐 日 合式钻头的概念最早产生于２世 经济效益 。虽然Ｐ Ｃ （ ０
匕 ３ 初， 时 被认 是 纪０ 年代 当 却 为 不
切 实际的 ， 甚至是不合理 的，但随着２ １
懈追求才实现了更高效的钻井项 目。
Ｓ ｒｎ ｅ深 水 井是 美 国 中 部地 区 ｐ ｉｇ ｒ
花费最 高的钻 井 ，总深度 （ Ｄ）均 Ｔ
为２ ，０ ｔ（，０ ，其 钻 井需 要 ２ ０ ０ ｆ ６７ ６ ｍ）
ｌ ０～１ ０ 的 时 间 。 由于 目前 的 经 ６ ８天
济条 件 ，贝克休斯 被 要求 提供 一份 钻 井方 案 ，此方 案要 改善 钻 井所 需 的时
Ｋｙ ｒ期望 提供 大于偏 移牙 轮钻头 的 ｍｅａ 钻井机械钻速 （ Ｏ Ｒ Ｐ），运行 平稳 ，并
大于传统Ｐ Ｃ 削效率 。 Ｄ 切 对于间隔层 ，相比牙轮钻头合Ｐ ＤＣ
●■ｌ ● ■ ■ ● －
钻 头Ｋ ｍｅ 取得 了更好 的钻井 机械 钻 ｙ ｒ ａ
速 （ Ｐ）及钻井轨迹 。混合式技 术创 ＲＯ
势 ：比较 低 、比较 相 合的 钻 削扭矩 ；
应 用 Ｏｋ ｈ ｍａ ｌ ｏ ａ
价工具的破损 ，并最终降低了作业者的
钻 井效果明显
对 于过 去而 言 ，这 只是 我 们 当时
的一 个钻 井 目标 。作业 者 的主 要动 力
是 减少 每 口井的钻 井 时 问及增 加 每年 钻井 的数 量 。正是 由于对 新技 术 的不
一
专利设 计。其最终 目的是为利用每类
钻头 的最佳属性 ，缩短它们的差距。随 着 金 刚石钻 头 的 切割优 势和 连 续 削切
及 牙轮 钻头 的岩石 破碎 强 度 ，这种 修
复性钻头 以平稳钻井和优质刀切刃面控
制使夹层地层很好地残 留得到证实。实
验室测试和现场操作证实了复合技术的 益 处 。与Ｐ ＤＣ钻头相 比 ，Ｋｙ ｒ的优 ｍｅａ
新钻 头设计
Ｋｙ ｒ混合 式钻井 技术 是模式 转 ｍｅａ
一
的２ ０ 使 钻速 提高￣ ６ ％，缩减 了钻 ０％ Ｊ １２
井 时间 。在全 球范 围内 ，这只 是 刚刚 开始 ，Ｋｙ ｒ 已经在 ６ 国家 运行 ， ｍｅ ａ 个 超过９） （ 多个钻 井行程 ，钻井 １ ００ ０ｆ ０ ，０ ｔ （０４ ０ｍ） ３ ，８ 。最近 该钻头在 巴西 首次使 用 ，以钻速快于９ ％及远于偏差井２ ％ ０ ０ 的优势取代 了牙轮钻头 。１ ～ ／一ｎ工 ２ １４ ｉ． 具及计划中的其它 主要 尺寸 的钻头的有
１ ２石油与装备 Ｐ ｔ ｌ ｍ＆Ｅ ｕ ｍ ｎ ２ ｅｒｅ ｏｕ ｑｉ ｅｔ ｐ
偏 数 证 ， 层 到 恫 ， 肛 高 岩 达Ｕ 修惦失 页，王 移 据 实 向 石 】 烈 总 △
新技术纵 览 ຫໍສະໝຸດ 整体 水平 的扭矩及扭矩波动 ，反过来 ，
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■ ∞ 誓 一 篇 ■
头的功能 已经取得了重大改进，但它还受 久可靠性 ；较少的扭转 振动。与传统 的
较高扭矩波动及扭矩整体水平产生的低效 牙轮钻 头相 比 ：提 高 了钻井 机械 钻 速
（ＯＰ的潜 力 ；较少 的轴 向转动 。 Ｒ ）
世纪先进技术 的发展 ， 混合式钻头 已从 动态的影响。同样地，牙轮钻头技术的改 幻想变 为现 实。 近 １０ ０ 年来 ，多种技术 都对钻井行 业具有重大的影响 。旋转钻机 、 旋转钻
造 了更 加有效 的钻井环境 ， 切削操作 使
间 ，其 目标对象是Ｄ ｓ ｉ ｓ ｅ Ｍｏ ｅ油藏剖面 ｎ
直达１ ，０ ０８ ０～１ ， ０ｆ （，９～５０ ９ｍ） ６５ ｔ ３２ ０ ， ２
的Ａ ｏ ａ ｔｋ 页岩层 。
转动 ｒ较、一的转譬较的井械速 斯司供 扭及 是蓦Ｋｅ以低更致 产 高钻ｌ 钻。 贝休公提 ） 转扭 。ｒａ 波 １ １ ｙ ３ 钻 嚣 生 霭 机 克 翁的 扭 了 嚣了 ｌ
效性 目前 都是可 利用的 （ 图１）。 见
钻头是一些革命性的技术 ，改变了作业 变 的创新 ，是牙轮 同Ｐ 钻头合成的单 Ｄｃ 者钻井的方式。本着同样的变革精 神 ， 贝克 休斯Ｋｙ ｒ推出革 命性 的钻头 ， ｍｅａ 这代表了创新技术 的方向。 随 着钻 井 作业 者 提升 油气 储 量 困 难 的增 加 ，钻井 技术 的创新 及应 用 已 成为更大的挑战。例如 ，复杂井结 构剖 面 ，坚硬夹层地层和钻机 及其装备的限 制增 加 了缩短周 期的潜 力 ，导 致 了高