钻井过程中的技术创新，看世界PDC钻头的最新进展（一）研磨性页岩地层驱使着新钻头的设计，以应对坚硬岩石及高温井的钻探。在金刚石切削齿与碳化物基岩面相互作用期间，贝克休斯的休斯克里斯滕森QuantecForce强力PDC钻头获得了最佳效果，表现出更高的耐用性和热稳定性，通过获得的有限的切削齿分析，切削刃上的残余应力被迁移。随着北美油气井页岩层的不断出现，钻头公司迫切地公关，以应对这些地层钻探的挑战并不让人惊讶，对于具体的应用，随之而来的是新钻头的设计，或是改进现有钻头的设计。一些近期的设计，包括一些应对研磨性地层或高温地层钻井的新切削材料，也有一些8刀翼钻头的外形设计，这些设计都吸收了新切削齿技术和新材料技术，还有一些更新的钻头体材料技术，这些技术都是为了增强钻头的耐用性和提高钻头的性能表现，唯一的目的就是为了降低作业者的钻井成本。一位服务于Varel国际公司西半球的现场工程经理卡尔罗斯（KarlRose）说：“在开发钻头切削齿方面，许多钻头技术基本上都是材料技术，使钻头能够承受钻极硬的研磨性地层，切削齿能够在钻硬地层、软地层和夹层地层的变化中不会损坏”。在钻头本身的材料特性方面也有了新的进展，为了使钻头更加结实和耐用，促使设计者设计出应对更硬地层类型的PDC钻头，罗斯先生说：“随着更坚硬材料的出现，切削齿材料的密度也会增加，使钻头从根本上更加坚韧耐用，这会让作业者在钻硬地层和研磨性地层时，用一只钻头打更多的进尺”。一位史密斯国际公司的技术支持经理弗莱明克雷格同意说：“切削齿越好，钻头在井里滞留的时间就越长，就能打更多的硬地层和研磨性地层，作业者花费的成本就会越少”。弗莱明先生说：“我们首先要能让一个切削齿应对更硬和更高研磨性地层，以便能使整个PDC钻头切削齿吃入这些地层，另一方面，钻头的刀翼越多，触到井底的金刚石体就越多”。然而，弗莱明先生接着又说：“当钻头处于动态稳定的状态时，我们将会停止增加刀翼的数量，史密斯钻头目前就是这样做的，接下来把精力集中在切削齿技术上，不一定要增加更多的刀翼数量”。全球产品冠军NOV井下公司的定向专家皮尔斯加勒特补充说：“减少更换牙轮钻头的起下钻，转为选用一只PDC钻头，或用一只较多刀翼的重型钻头替代一只较少刀翼的轻型钻头，以节省时间和成本，一般来说，刀翼越多，切削齿和金刚石体的密度就越高，钻头的耐用性就越高，钻头钻进的时间就越长”。皮尔斯先生说：“与较少刀翼的轻型钻头相比，这只多刀翼的重型钻头会打的较慢”。不过，皮尔斯先生解释说：“由于没有起下钻换钻头，这只钻头仍然节省了作业者的时间和成本，例如：如果地层段是1000英尺（305米），虽然多刀翼钻头打的较慢，但这只钻头打完了整个层段，而一只轻型钻头虽然打的较快，但仅能打500英尺（152米），那么对于作业者来说，用一只钻头持续在井里打完整个层段则会更省钱”。以下介绍几种新设计的PDC钻头和它们的现场表现：贝克休斯公司贝克休斯的休斯克里斯滕森QuantecForce强力PDC钻头，经过多项钻头参数的改进试验，得出的结论是：提高了钻头的机械钻速、耐用性、稳定性、方向可控性、切削齿结构的理想载荷及切削齿材质的性能，有限的元素分析用以保证结构的和力学的完美结合，计算的流体力学有助于液效率的评估，最优化的破岩效力的分配确保了钻头的稳定性和钻进效率，使得所有的切削齿都能均匀持续地吃进地层。多排切削齿能使钻头应对各种岩性而不会牺牲钻头性能，贝克休斯的切割深度控制（DOCC）技术为钻头提供了一个稳定的、低震动的切削面控制，对于一个特定的应用，定制的钻头外形和切削齿布局，增强了金刚石体的破岩能力，使钻头的切削结构达到最佳。贝克休斯将一项有专利的钻头力学模型与破岩力分布的实践相结合，提高了钻头的稳定性，使切削结构更加均匀连贯地承载负荷，依赖更低的能量钻进井眼，即使在较低机械钻速的情况下，也能获得最佳的效率和稳定性，它的平滑切割深度控制（SmoothCutDOCC）技术降低了钻头的损坏。据贝克休斯公司发布的消息称，两项特定应用的新型切削齿已在现场得到验证，比先前切削齿的抗磨性能提高了6倍，在金刚石切削...
