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        近年來，通過采用新型切削結(jié)構(gòu)、獨特的切削齒形狀以及先進的建模軟件而開發(fā)出來的各種新型鉆頭層出不窮，目的在于不斷提高機械鉆速、改善鉆頭的可控性并提高耐用性。為了達到此類 目 的， 制 造 商 們 正 在 重 新 考 慮PDC 鉆頭和混合鉆頭的布齒方式，使之能在不影響鉆頭可操作性的情況下增強對地層的壓力。改進的建模性能可以更好地掌握特定鉆頭在特定地層的反應(yīng)，以便提前定制更為適用的鉆頭。
 
提升綜合鉆井率的StingBlade 鉆頭
 
        與傳統(tǒng)的圓柱形 PDC 切削齒相比，StingBlade 錐形金剛石鉆頭使用的是 Stinger 金剛石切削元件。這種形狀的元件能夠使切削齒在抗壓強度高的地層中施加較高的點負載，其犁削與剪切相結(jié)合的破碎機理使鉆井效率更高。另外，StingerPDC 齒獨特的幾何形狀有一個較厚的金剛石層，提高了齒的沖擊強度 , 使鉆頭可以鉆得更深、更快。史密斯鉆頭公司的技術(shù)人員稱，通過對 StingBlade 鉆頭 1000 多次鉆井應(yīng)用實例進行分析，與一般標(biāo)準(zhǔn)鉆頭性能相比，StingBlade 鉆頭的進尺增加了 55%，機械鉆速提高了30%。以往，鉆井進尺和機械鉆速一直無法兼得， StingBlade 鉆頭在大幅提高進尺的同時又提高了綜合機械鉆速，可以說是一個歷史性的突破。StingBlade 鉆頭更為集中的點負載可以實現(xiàn)更好的工具面角度控制，能夠更加高效的應(yīng)用鉆壓并使能量從切削齒到地層的過程中實現(xiàn)更有效的傳遞。當(dāng)鉆井過程中遇到硬夾層地層時，傳統(tǒng) PDC 鉆頭的導(dǎo)向會產(chǎn)生扭矩，工具面角度會有較大的波動， 進而導(dǎo)致較低的造斜率，使達到定向鉆井目標(biāo)的時間更長。由于 StingBlade 鉆頭上的 Stinger切削元件是錐形結(jié)構(gòu)，減小了扭矩幅度和工具面角度的波動，使定向鉆井能夠直達目標(biāo)，并以更快的速度完成彎曲井段的鉆進。

        StingBlade 鉆 頭 還 可 以 減 小鉆頭和底部鉆具組合（BHA）的沖擊和振動，進而提高整體鉆井效率并延長底部鉆具組合工具的使用壽命。該公司新型切削元件的錐形形狀在鉆井時具有一種獨特的受力輪廓，與裝有圓柱形 PDC 齒的鉆頭相比，這種受力輪廓在中心線兩側(cè)更為對稱，因此每個 Stinger 切削元件的側(cè)向力都小于標(biāo)準(zhǔn) PDC 齒的側(cè)向力。該公司通過測試鉆頭切削結(jié)構(gòu)中所有的切削元件發(fā)現(xiàn)，鉆頭上的 Stinger 切削元件越多，在其IDEAS 軟件中所顯示的鉆頭就更容易達到平衡。2014 年第二季度，在美國德克薩斯州的卡梅隆地區(qū)進行現(xiàn)場測試，一只 StingBlade 鉆頭和一只傳統(tǒng)的PDC 鉆頭在間隔不到 50 英尺的相鄰井中進行試驗， 使用相同的鉆機、相同的底部鉆具組合以及操作參數(shù)鉆 進 800 英 尺。 該 地 層 為 夾 層 地層，包括石灰?guī)r、砂巖和頁巖，地層某些部分的抗壓強度超過 15,000psi。試驗結(jié)果顯示，與常規(guī) PDC鉆頭相比，StingBlade 鉆頭產(chǎn)生的橫向振動減小了 53%，軸向振動減小 了 37%。 目 前，StingBlade 鉆頭已經(jīng)在 27 個國家成功使用。
 
一次鉆通復(fù)雜地層的新型“混合”鉆頭
 
        當(dāng)所鉆地層的頂層為不同的卵石和礫石，底層為較軟的砂巖和頁巖時，選擇一種合適的鉆頭是很棘手的事情。頂層會使傳統(tǒng)的 PDC 鉆頭徹底損壞，但在底層用牙輪鉆頭效率又會很低。 為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，Shear Bits 公司于 2015 年推出了新型 Pexus 系列混合鉆頭。該鉆頭的主切削結(jié)構(gòu)是由可旋轉(zhuǎn)的硬質(zhì)合金切削元件構(gòu)成。這種切削元件位于鉆頭面的外部用來保護由 PDC 齒構(gòu)成的副切削結(jié)構(gòu)。下井就可以鉆完整個井段。2015 年三月，Pexus 鉆頭被用于一個位于加拿大 Fort McMurray地 區(qū) 的 Wilrich-Bluesky 油 砂 井。用一只牙輪鉆頭鉆完 200 米的 17½英寸井段后，鉆井作業(yè)商在 12¼ 英寸造斜段下入 Pexus 混合鉆頭，鉆進通過了礫石層，鉆頭的平均機械鉆速達到 164 英尺 / 小時（50 米 /小時）。據(jù) Shear Bits 公司稱，這比牙輪鉆頭在鄰井的機械鉆速提高了 30%，比 PDC 鉆頭在鄰井的鉆速提高了 66%，起鉆后，Pexus 鉆頭的磨損等級是 1:1:CT，而鄰井中牙輪鉆頭的磨損等級是 2:2:WT，PDC 鉆頭的磨損等級是 3:6:BT。Pexus 鉆頭的新度明顯高于普通牙輪鉆頭和 PDC 鉆頭。
 
PDC 齒新型剪切保護蓋
 
        在進行隨鉆下套管作業(yè)時通常會發(fā)生這種情況，即下套管作業(yè)時地層發(fā)生嚴(yán)重膨脹或坍塌都會使作套管作業(yè)很難達到預(yù)定的深度。要解決這一難題，作業(yè)人員使用帶有硬質(zhì)合金耐磨墊的一種特制的 PDC套管鉆頭，在鉆進時這種鉆頭安裝在套管端部，在下套管作業(yè)過程中代替鉆桿使用。然后通過一個流量閥釋放水泥以便將套管固定。這樣一來就必須先鉆穿該套管鉆頭和浮動裝置才能繼續(xù)下一個井段。如果要用 PDC 鉆頭完成鉆穿作業(yè)，鉆井人員通常有兩種選擇，要么先使用一只專用的牙輪鉆頭進行鉆穿作業(yè)，然后再使用一只 PDC 鉆頭鉆進下一個井段；要么就使用一套新的 PDC鉆頭和底部鉆具組合來鉆穿固井套管， 然后繼續(xù)用其鉆進下一個井段。但這兩者都不是最佳選擇，第一種辦法使用兩只鉆頭所需的起下作業(yè)會耗時太長；第二種方法則會有損于鉆頭上價格昂貴的 PDC 切削齒?，F(xiàn)在所面臨的直接問題是必須鉆通前面所用的特殊 PDC 鉆頭的表面。套管鉆頭上的 PDC 齒可能會對鉆穿作業(yè)用的鉆頭上的 PDC 齒造成沖擊損壞。在套管鞋和套管引鞋后面下入的 PDC 鉆頭必須要鉆穿封隔塞、水泥柱、浮閥等，然后才能鉆入下面的巖層。但這類鉆頭的設(shè)計是用來鉆進巖層而不是用來切削其他物質(zhì)的， 所以當(dāng)遇到這些金屬部件時，鉆頭肯定會被損壞。在鉆穿作業(yè)中為了保護鉆頭上的 PDC 齒 免 受 損 壞，Varel 公 司研發(fā)出了一種 CuttPro 剪切保護蓋 - 也就是附有碳化鎢硬質(zhì)合金的切削元件。這種硬質(zhì)合金保護蓋粘結(jié)在 PDC 齒的外部輪廓上對齒起保護作用。在倫敦舉行的 2015 SPE/IADC 鉆井大會上，Varel 公司正式推出這一新產(chǎn)品。這種剪切保護蓋可以附裝在任何標(biāo)準(zhǔn) PDC 鉆頭的切削上，所以在鉆井時可以選擇最適用于所鉆巖層的鉆頭。CuttPro 剪切保護蓋只是附裝在鉆穿作業(yè)專用鉆頭上 PDC 齒的外頂部位，即可以對 PDC 切削齒起保護作用，又能提供鉆穿套管鉆頭時需要的切削結(jié)構(gòu)；一旦該剪切保護蓋接觸到巖石，就會很快被磨損，整個鉆頭就又恢復(fù)成一個標(biāo)準(zhǔn)的 PDC 鉆頭。在 2014年 8 月的一次現(xiàn)場試驗中，在 12¼英寸的 Raider PDC 鉆頭上加裝了CuttPro 剪切保護蓋。該鉆頭被用于鉆Gabons DIGA油田的一口井。該井有五口鄰井。在鄰井中使用了來自兩家不同制造商的 4 只 PDC 鉆頭和一只牙輪鉆頭，鉆進相似的井段。加裝了剪切保護蓋的鉆頭完成鉆穿作業(yè)共用了 3 小時，而鄰井的作業(yè)則用了 5.4 小時。裝有剪切保護蓋的鉆頭的平均機械鉆速為 14.1米 / 小時，其它鉆頭的平均機械鉆速大約僅為 9.5 米 / 小時。Varel 公司將會擴大剪切保護蓋的應(yīng)用范圍，以便在鉆套管引鞋的過程中保護 PDC 切削齒?？蛻粢笫褂眠@項產(chǎn)品也是從保險的角度考慮的。事實上，并不是每一口油井都會用套管進行鉆井，只有一小部分井會采用套管鉆井方式。但是在每一口井中都會進行套管引鞋鉆穿作業(yè)。因此，只要用 PDC 鉆頭進行鉆穿作業(yè)的地方，就有可能會用到該公司的剪切保護蓋產(chǎn)品。