□胜利石油工程钻井工艺研究院

    钻头研发首席专家  于建宾

    随着材料性能不断进步、异形切削齿破岩机理突破和个性化钻头设计方法改进，PDC钻头无论在软地层、硬地层，还是直井、水平井，应用范围更广、寿命更长、机械钻速更高，使用数量占绝对主力。

    近年来，国外以斯伦贝谢、哈里伯顿、贝克休斯为代表的石油综合服务公司在异形齿PDC钻头研究领域取得了诸多进展。斯伦贝谢的Axe斧形齿系列、贝克休斯的Optimus尖圆齿系列、国民油井的ION？切削齿系列和哈里伯顿的Geometrix？异形齿系列，在北美、非洲和中东等地区的坚硬砂岩、灰岩和泥页岩地层中应用效果较好，钻头进尺和机械钻速均比常规圆形平面齿PDC钻头大幅提高。

    国内各大钻头公司和复合片公司也相继研发了多种类型的异形切削齿PDC钻头。具有代表性的有石化机械江钻公司的“先锋”系列、胜利石油工程的“胜利天工”系列异形齿金刚石钻头，以及其他国内钻头公司的异形齿PDC钻头，在西南地区须家河组、茅口组，新疆油田二叠系玄武岩地层、胜利油田馆陶组、太古界片麻岩，东北地区营城组、火石岭组等难钻地层均取得了较大突破性进展。其中，在川深1井二开444.5毫米大尺寸井眼、自流井组-小塘子组2909~4166米使用国产钻头，先后4次打破进口钻头指标纪录；深地塔科1井使用国产PDC钻头钻进至1万米，创造了国产钻头在国内最深使用纪录。总体而言，在同区块比较，国产PDC钻头与国外同类产品使用效果基本持平，因此，国内市场基本以国产PDC钻头为主，国外钻头数量占比较少。

    同时也要看到，即使国产PDC钻头在跟跑国外技术上取得了长足进步，但国外公司研发基础雄厚，在异形齿破岩机理的理论和实验研究方面始终走在前列，依靠个性化钻头不断细分市场。贝克休斯的Kymera混合钻头将牙轮与PDC结合，能在软硬交错地层、非均质地层的钻进中保持稳定，为定向作业提供更高的造斜率和精确导向性；斯伦贝谢的旋导PDC钻头，可大幅提高钻头定向效率；哈里伯顿、贝克休斯、国民油井等公司研发的参数采集钻头，为钻头优选、钻头优化设计和工程参数优化等提供了可靠数据支撑。

    目前，针对国外PDC钻头的发展趋势和钻井需求，国内各大钻头公司也对标研发了各种类型的个性化钻头，包括胜利石油工程的PDC-滚轮混合钻头、参数采集PDC钻头、切深自调节PDC钻头、微芯PDC钻头和孕镶金刚石钻头，以及江钻公司的PDC-牙轮混合钻头等。在跃进3-3XC井，江钻小尺寸混合钻头钻至8438米，创造了世界纪录；胜利石油工程孕镶金刚石钻头作为新疆哈山区块火成岩地层提速首选工具，创下多个区块进尺最多纪录。

    未来，要继续加强PDC切削齿材料研究、PDC异形齿破岩机理基础研究和PDC钻头创新设计理念研究，努力实现由跟跑向领跑转变，切实把能源的饭碗牢牢端在自己手中。