PDC钻头智能化设计系统

PDC钻头设计作者：贾维江来源：《中国科技博览》2014年第01期摘要：PDC钻头的设计包括冠部形状设计、布齿设计和水力结构设计，文中结合胜利油田的地层特点，将理论设计与实践相结合，进行了PDC钻头设计。

关键词：PDC钻头；冠部形状设计；布齿设计；水利结构设计中图分类号：TV5针对胜利油田的砂岩地层，在总结前人经验的基础上，结合PDC钻头计理论及计算机技术，设计PDC钻头。

一般情况下，PDC钻头对砂岩具有良好的可钻性。

1 冠部形状设计钻头冠部形状设计模式很多，包括三段式组合（模式A直线-圆弧-直线和模式B直线-圆弧-抛物线）及两段式组合（模式C直线-圆弧和模式D直线-抛物线）。

根据冠部形状设计理论，并结合砂岩地层的特点，选用 215.9 的PDC钻头，钻头冠部采用直线-圆弧曲线设计。

根据设计要求，本次设计中采用浅内锥；针对胜利油田砂岩地层的特点，采用等切削原则进行冠部轮廓设计，在冠部轮廓理论曲线方程进行拟合的基础上，结合钻头设计经验和使用钻头类比，确定出适合钻进砂岩地层的钻头冠部轮廓形状：浅锥、直线—圆弧冠部轮廓，外锥长度适中。

这种直线—圆弧轮廓剖面具有的特点一是使得钻头表面尽可能有效地布置切削齿，二是使钻头从鼻部切削齿到保径切削齿能够圆滑地过渡。

2 布齿设计（1）切削齿的大小。

钻头设计时既要考虑获得较高的机械钻速，又要考虑延长钻头的使用寿命，这2个指标都与切削齿的大小和密度有关。

选择直径为19.05 的PDC复合片作为主切削元件。

（2）切削角度。

根据所钻地层的软硬程度和岩性特点以及PDC复合片的破岩特点，随着地层硬度的由低到高，切削齿的切削角度逐渐由小到大，但一般控制在10°～30°之间。

而切削齿的侧转角度则随着钻头切削刀翼的不同而不同。

直切削刀翼上切削齿的侧转角一般取5°～15°，而螺旋切削刀翼上切削齿的侧转角则随着螺旋线变化。

切削角取20°，侧转角取5°。

PDC钻头优化设计与CAD系统软件开发
李树盛;侯季康
【期刊名称】《石油矿场机械》
【年(卷),期】1997(026)001
【摘要】主要介绍ＰＤＣ钻头优化设计与ＣＡＤ系统软件内容、原理和特点。

该软件是在ＰＤＣ钻头几何学、运动学、切削力学和岩石破碎学的基础上，运用ＣＡＤ、优化设计和计算机仿真等现代设计方法，自行开发的一套设计软件。

它由几何结构设计、工作性能模拟和ＣＡＤ绘制设计图三部分组成，实现ＰＤＣ钻一过程的电算化。

使用表明，该软件原理新颖、速度愉、精度高、操作方便，能够大幅度提高ＰＤＣ钻头的设计效率和设计质量。

【总页数】4页(P2-5)
【作者】李树盛;侯季康
【作者单位】石油大学;西南石油学院
【正文语种】中文
【中图分类】TE921.102
【相关文献】
1.PDC钻头CAD系统研究与开发 [J], 鲁桂荣;肖文生;董维彬;孙明光;田京燕
2.基于Pro/E的PDC钻头模具加工CAD/CAM技术 [J], 张永星;张治邦;国学臣
3.定向随钻扩孔PDC钻头优化设计及应用 [J], 杨迎新;周坚;黄奎林;任海涛;陈炼
4.全局力平衡PDC钻头布齿优化设计 [J], 马亚超;张鹏;黄志强;邓嵘;喻洪梅
5.J58-6-8井PDC钻头优化设计 [J], 孙骏
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目录硕士学位论文独创性声明 (I)硕士学位论文版权使用授权书 (I)摘要 .......................................................................................................................... I I ABSTRACT (III)第1章绪论 (6)1.1选题来源、目的和意义 (6)1.2国内外研究现状 (7)1.2.1PDC钻头破岩机理研究 (7)1.2.2PDC钻头设计理论研究 (8)1.2.3PDC钻头设计方法研究 (12)1.3论文的研究内容 (15)第2章PDC钻头个性化设计理论 (16)2.1冠部形状设计研究 (16)2.2切削齿布齿设计 (25)2.2.1刀翼设计 (25)2.2.2切削齿基本参数 (27)2.2.3局部强化布齿理论 (30)第3章基于个性化设计理论的钻头设计方法 (32)3.1冠部形状参数确定 (32)3.2布齿设计方法 (33)3.2.1切削齿参数设计 (33)3.2.2径向布齿设计 (36)3.2.3周向布齿设计 (41)3.3切削齿出露高度及刀翼轮廓设计 (44)3.3.1切削齿出露量对钻头性能的影响 (44)3.3.2刀翼轮廓设计计算方法 (44)3.4侧向受力计算模型 (47)第4章PDC钻头个性化设计软件编制 (51)4.1软件运行环境及设计特点 (51)4.2软件介绍 (52)4.3软件设计实例 (59)第5章结论及展望 (64)参考文献 (65)致谢 (67)第1章绪论1.1选题来源、目的和意义随着金刚石复合材料的发展，PDC钻头问世并兴起，直到今天设计理论和技术仍在不断完善。

1978年L.E.HIBBS指出，无论新钻头采用何种形式，其设计都需要从一些基本的准则入手，并指出钻头布齿设计在理论上应当遵循等切削、等磨损和等功率三个原则[1]。

PDC钻头数字化选型技术及软件开发任海涛;王新东;张昕;杨迎新;苏涛;王柏辉;周广静【期刊名称】《石油机械》【年(卷),期】2024(52)5【摘要】钻井过程中产生大量与地层、钻头相关的工程数据,利用大数据分析技术优选钻头能用于指导钻头的选型、设计和使用,可使钻头的选用从依赖厂家和经验,转向依据科学的结构特征分析和大数据优选。

通过开展PDC钻头结构特征数字化方法研究,建立基于统计数据分析的钻头结构特征推荐与选型技术,形成以数据提取与效能分析、钻头结构特征数字化,以及钻头结构特征重构选型3项内容为核心的基本步骤和分析策略,在此基础上建立了一套PDC钻头数字化选型技术和配套软件。

较常规钻头进尺与钻速对比分析选型方法,该技术重点考虑了结构特征对钻头使用效能的影响,体现了实钻工程数据对钻头选型的指导作用。

应用该技术与软件开展了准噶尔盆地某区块PDC钻头选型,并进行实钻验证。

应用结果表明,选用的钻头钻进中钻速和进尺显著提升,缩短了钻井周期。

研究技术与成果有利于提升钻井服务技术水平,可为油气田数字化、智能化发展奠定基础。

【总页数】8页(P9-16)【作者】任海涛;王新东;张昕;杨迎新;苏涛;王柏辉;周广静【作者单位】西南石油大学机电工程学院;四川省钻井破岩与钻头工程技术研究中心;中国石油集团西部钻探工程有限公司工程技术研究院;中国石油集团西部钻探工程有限公司管具与井控技术服务分公司【正文语种】中文【中图分类】TE921【相关文献】1.用数据库技术实现PDC钻头选型2.鸭K区块PDC钻头选型技术的研究与应用3.长沙岭区块PDC钻头选型技术研究4.PDC钻头优化设计与CAD系统软件开发5.乌夏断裂带深层PDC钻头选型技术因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

PDC钻头模具三维设计和数控加工技术研究与应用摘要本文对PDC钻头模具三维设计和数控加工一体化技术的方法、步骤和相关工艺技术进行了研究。

解决了PDC钻头模具辅助设计二维数据的三维转化问题，提出了模具三维造型和参数化开发的方法，并应用CAD／CAM系统软件PRO／E建立了PDC钻头模具三维模型，应用PRO／PROGRAM(程序)开发模块进行PDC钻头模具造型的参数化开发，并编制了相应的参数化开发软件，提高了PDC钻头模具造型速度和准确性。

在建立PDC钻头模具三维造型的根底上，确定了模具数控加工工艺，摸索出一套利用PRO／E软件进行PDC钻头模具计算机辅助制造的方法和步骤，实现了PDC钻头模具一次装卡、一次成形的高精度自动化数控加工技术。

关键词 PDC钻头模具三维设计数控加工技术 CAD／CAM 聚晶金刚石复合片钻头(简称PDC钻头)由钻头体、接头组成，根据钻头体按材料的不同分为胎体PDC钻头和钢体PDC钻头。

胎体PDC钻头的钻头体是采用铸造碳化钨粉和浸渍料经无压浸渍烧结而成的。

钻头体形状是通过模具的形状而间接实现的。

模具由底模、中模和上模三局部组成。

模具的中模和上模的设计与加工都很容易实现。

但底模是具有复杂曲面特征的实体，PDC钻头的冠部形状参数、切削齿位置和方向参数、水力结构参数等都是通过底模的形状来实现的。

因此底模的设计和加工是模具设计和加工中最重要的一局部，其设计的好坏和加工的精度都直接关系到钻头的最终使用效果。

高质量的模具是保证PDC钻头质量的关键因素之一。

目前国内PDC钻头模具的形成主要有三种方法。

第一种(应用最多的，如以下列图)是利用普通车床车削形成钻头冠部形状，依靠分度头手工划线定位、普通万能铣床铣削完成切削齿和水眼的加工，再通过手工修模完成水力结构的造型等多道工序完成的。

这种加工方法的缺点是工人劳动强度大、加工精度低、人为误差大，难以控制和保证质量，很难到达设计的要求。

第二种是数控加工，利用数控机床加工形成钻头的冠部形状和切削齿的定位，然后再通过手工修模或者粘上相应形状成形的水力结构(粘上以后也要进行一定的手工修理)而最后形成模具的。

PDC钻头设计与优选技术PDC钻头的设计包括刀体结构设计和PCD片设计两个方面。

刀体结构设计是指设计钻头的外形和内部通道结构，以适应不同的钻井条件和作业需求。

常见的刀体结构包括梯形刀体结构、平底刀体结构和球形刀体结构等。

梯形刀体结构适用于软、中等硬度的岩石，平底刀体结构适用于硬岩和石英等非均质岩石，而球形刀体结构适用于软岩、泥质岩石等易堵塞的地层。

此外，刀体结构还需要考虑通道设计，以确保冷却液和岩屑能够顺利地通过钻头。

PCD片设计是指设计金刚石颗粒的形状、分布和固化方式，以获得更好的切削性能和使用寿命。

常见的PCD片形状包括圆形、矩形和三角形等。

圆形PCD片适用于软岩和泥质岩石，矩形PCD片适用于中等硬度的岩石，而三角形PCD片适用于硬岩和石英等非均质岩石。

此外，PCD片的分布也需要考虑，通常采用均匀分布或者密集分布的方式，以提高整体的切削效果和使用寿命。

固化方式决定了PCD片与刀体之间的结合强度，一般采用高温高压、高温低压和超高压等方式，确保PCD片能够牢固地固定在刀体上。

PDC钻头的优选技术主要是根据不同的地质条件和作业需求来选择最合适的钻头参数。

一般来说，硬度大、磨损大的地层适合选用具有较多PCD片且PDC钻头刃磨度较强的钻头；而软、破碎易塌方的地层则适合选用刃磨度较低的钻头。

此外，还需要考虑钻头的速度和压力等参数，不同的地层压力和速度对切削效果和钻井效率都有影响。

因此，根据具体的地质条件和作业需求，通过试验和模拟分析等方法来选择最合适的钻头参数，可以提高钻井效率和降低成本。

总之，PDC钻头的设计和优选技术是提高钻井效率和保证钻孔质量的关键。

通过合理的刀体结构设计和PCD片设计，可以获取更好的切削性能和使用寿命。

根据不同的地质条件和作业需求来选择最合适的钻头参数，可以提高钻井效率和降低成本。

随着石油工程和地质勘探等行业的不断发展，PDC钻头的设计和优选技术也将不断完善和创新。

◀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。

浅析PDC钻头地质录井措施【摘要】PDC钻头在地质录井中的应用意义非常重要，对于提高钻井效率和地质信息的获取具有关键作用。

本文首先介绍了PDC钻头的特点与优势，然后详细讨论了地质录井过程中PDC钻头的选择原则和使用方法。

还指出了PDC钻头地质录井措施的注意事项，包括钻头的保养和调整等。

通过对PDC钻头地质录井效果的评价，强调了其在地质勘探中的重要性。

结论部分总结了PDC钻头地质录井措施的重要性，并展望了PDC钻头在未来的发展前景。

通过本文的介绍与讨论，读者可以更好地了解PDC钻头在地质录井中的应用和优势，从而提高钻井效率和地质勘探的准确性。

【关键词】关键词：PDC钻头，地质录井，应用意义，特点，优势，选择原则，使用方法，注意事项，效果评价，重要性，未来发展。

1. 引言1.1 介绍PDC钻头在地质录井中的应用意义PDC钻头（Polycrystalline Diamond Compact）是一种利用多颗金刚石晶体通过高温高压技术固结在硬质合金基体上制成的超硬材料钻头，具有很高的硬度和抗磨损性能。

在地质录井中，PDC钻头的应用具有重要意义。

PDC钻头具有良好的钻进效率和稳定性，可以在不同地质条件下实现高效快速的钻井作业。

其优异的抗磨损性能和较长的使用寿命，有效减少了换钻次数和停工时间，提高了钻井效率，降低了钻井成本。

PDC钻头在地质录井过程中具有较强的适应性，可以钻探各种不同类型的地层，包括软岩、硬岩、砂岩等。

PDC钻头可根据不同地质条件进行合理配置和组合，提高了钻井作业的成功率和钻井质量。

PDC钻头的使用还可以减少对环境的影响，降低了潜在的安全风险。

通过合理选择PDC钻头和优化录井措施，可以有效避免钻井事故的发生，保障工作人员的安全和井下设备的完好。

PDC钻头在地质录井中的应用意义非常重大，不仅可以提高钻井效率和质量，减少钻井成本，还可以保障工作人员的安全，实现可持续发展。

对PDC钻头地质录井措施进行深入研究和应用具有积极的意义。