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(中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101)①

1971年，GE 公司發(fā)明了由聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)，1976 年向市場(chǎng)提供名為Stratapax的石油地質(zhì)鉆頭系列產(chǎn)品。至今，PDC鉆頭技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。PDC鉆頭具有更高的安全性，可以極大地提高鉆井工作效率和降低鉆井成本，在很多應(yīng)用情況下逐漸代替了牙輪鉆頭。目前，PDC市場(chǎng)占有率達(dá)到75%～80%，占鉆井總進(jìn)尺90%[1-2]。

為了及時(shí)掌握國(guó)外PDC鉆頭技術(shù)研發(fā)趨勢(shì)，加快我國(guó)PDC鉆頭技術(shù)發(fā)展，指導(dǎo)PDC鉆頭技術(shù)研發(fā)進(jìn)展，筆者查閱專利數(shù)據(jù)，對(duì)目前PDC鉆頭技術(shù)研究情況進(jìn)行分析，并對(duì)典型的創(chuàng)新性技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 專利分析

1.1 專利概況

專利是技術(shù)創(chuàng)新的表現(xiàn)，也是技術(shù)進(jìn)步的直接體現(xiàn)，比論文、文獻(xiàn)更具有超前性，很多大公司也是通過專利手段搶占技術(shù)領(lǐng)先地位。很多學(xué)者通過專利數(shù)據(jù)分析研究公司、技術(shù)戰(zhàn)略及發(fā)展趨勢(shì)。

筆者對(duì)PDC鉆頭技術(shù)相關(guān)專利進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用國(guó)際專利分類法(IPC)，通過德溫特國(guó)際專利數(shù)據(jù)庫(kù)，統(tǒng)計(jì)分析1968—2016年P(guān)DC鉆頭及鉆頭專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)，得到鉆頭同族專利29 720件，PDC鉆頭同族專利12 922件。PDC鉆頭相關(guān)專利比重逐年增加，2006年P(guān)DC鉆頭專利(576件)占總的鉆頭專利(1 135件)的50.75%。2006年后，PDC鉆頭專利占比逐年升高，PDC鉆頭技術(shù)創(chuàng)新有了突破性的變化，開啟了技術(shù)發(fā)展的新紀(jì)元。鉆頭及相關(guān)專利時(shí)序關(guān)系如圖1。

圖1 1963—2016年P(guān)DC鉆頭及鉆頭相關(guān)專利時(shí)序關(guān)系

Spears and Associates咨詢公司在2014年Oil Field Market Report中公布的鉆頭市場(chǎng)份額報(bào)告中，Schlumberger、Baker Hughes、Halliburton、NOV、Varel和Ulterra Drilling Technology公司排名鉆頭前六位[3]。從專利權(quán)人統(tǒng)計(jì)分析來看，Schlumberger、BakerHughes、Halliburton排名前三，NOV、Varel排名前十。Ulterra Drilling Technology公司專利數(shù)量較少(53項(xiàng))，但是專利創(chuàng)新性超前。本文重點(diǎn)分析市場(chǎng)份額排名前六位的公司專利文獻(xiàn)，對(duì)PDC鉆頭的研發(fā)趨勢(shì)進(jìn)行研究。

1.2 研發(fā)趨勢(shì)

為了進(jìn)一步了解PDC鉆頭的研究熱點(diǎn)及趨勢(shì)，使用Thomson Innovation繪制了PDC鉆頭領(lǐng)域?qū)＠貓D，解讀各大公司專利創(chuàng)新思路，對(duì)專利進(jìn)行聚類分析，更好地把握各大公司的研發(fā)趨勢(shì)及創(chuàng)新方向[4](如圖2)。圖2中標(biāo)示了2014—2016年3年的專利情況。內(nèi)容相近的文獻(xiàn)在圖2中距離也相近，形成專利山峰，不同山峰代表不同主體聚集的專利群；區(qū)域間的距離表示技術(shù)主體間的相關(guān)性，等高線山脈表示技術(shù)研發(fā)重點(diǎn)，用顏色深淺區(qū)分重要程度，白色最重要。海拔高的區(qū)域即為該領(lǐng)域研究較多、較成熟，而數(shù)量逐年增多，且顏色未達(dá)到重要的程度，有聚成山包的趨勢(shì)，這類區(qū)域即為研究趨勢(shì)。

圖2 六大公司PDC鉆頭專利地圖

分析得出，傳感器、流體、PDC及超耐磨領(lǐng)域的研究較多，研究相對(duì)成熟。要達(dá)到技術(shù)領(lǐng)跑，就必須找出萌芽起步技術(shù)，搶占技術(shù)創(chuàng)新機(jī)遇及知識(shí)產(chǎn)權(quán)占有先機(jī)。雖然材料對(duì)于PDC鉆頭技術(shù)至關(guān)重要，而且國(guó)內(nèi)一直在PDC材料方面依賴進(jìn)口，但是國(guó)外已經(jīng)發(fā)展相當(dāng)成熟，從知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略角度來說不適宜從該角度提高國(guó)內(nèi)技術(shù)的領(lǐng)先性。而在切削齒、混合鉆頭方面，剛開始形成山包，且研究逐年增多，所以該領(lǐng)域是一個(gè)創(chuàng)新趨勢(shì)。

2 創(chuàng)新PDC鉆頭技術(shù)

結(jié)合當(dāng)前論文、文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果，驗(yàn)證了上述專利分析結(jié)果。各大公司推出了新形狀鉆齒及具有多種功能的鉆頭設(shè)計(jì)，Slim Haieb、Vyacheslav German等學(xué)者多次提出混合鉆頭概念。由此可見，目前在PDC鉆頭方面的創(chuàng)新主要集中于鉆齒的形狀，例如錐形齒、雙倒角鉆齒等；而從鉆頭結(jié)構(gòu)創(chuàng)新來看，出現(xiàn)了很多的混合鉆頭，例如PDC固定齒及牙輪的混合鉆頭、不同鉆齒混合布齒的鉆頭等。當(dāng)然也有很多相關(guān)學(xué)科的應(yīng)用創(chuàng)新。

2.1 鉆齒創(chuàng)新

在1973年提出PDC切削齒后，石油工業(yè)經(jīng)歷了PDC鉆頭鉆進(jìn)性能的改進(jìn)，其材質(zhì)和設(shè)計(jì)都有不斷地創(chuàng)新，但近年來的創(chuàng)新應(yīng)當(dāng)屬于PDC切削齒的創(chuàng)新。

2.1.1錐形切削齒

2015年，斯倫貝謝公司錐形金剛石齒鉆頭技術(shù)被評(píng)為世界十大科技進(jìn)展之一。該技術(shù)初衷是為了開發(fā)結(jié)合剪切/犁入破巖機(jī)理的固定切削鉆頭，最后成功研發(fā)出了新型的錐形聚晶金剛石齒(CDE)。該切屑齒的聚晶金剛石墊片厚度大約是PDC齒金剛石涂層的2倍，具有非常好的沖擊強(qiáng)度和耐磨性，提高了ROP和進(jìn)尺(如圖3)。

在14個(gè)國(guó)家的油田試驗(yàn)中，250個(gè)CDE鉆頭的進(jìn)尺平均增加55%，ROP增加30%，且鈍化情況良好[3-4]。

圖3 切削齒軸向剖面

此后，斯倫貝謝公司的Smith公司又研發(fā)了Axe脊形切削齒，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)常規(guī)PDC切削齒的剪切作用和碳化鎢鑲齒(TCI)的壓碎作用?；诖搜邪l(fā)的AxeBlade鉆頭(如圖4)在Anadarko盆地頁巖夾堅(jiān)硬砂巖和石灰?guī)r地層，一趟鉆成功完成Mahler108-1H井22.225 cm的井眼鉆進(jìn)，機(jī)械鉆速高達(dá)29.1 m/h，轉(zhuǎn)矩降低20%。

圖4 Axe脊型PDC切削齒

Ulterra Drilling Technology公司在2010年也提出了類似的子彈狀螺旋鑿齒，類似于錐形齒，但是上面有螺紋，每條螺紋都聚合于鉆齒頂部，頂部是長(zhǎng)條狀的脊?fàn)钋邢髅?，用于解決鉆頭泥包問題(如圖5)[5]。

圖5 螺旋鑿齒

2.1.2雙齒切削齒

為了避免在較低鉆壓和較高轉(zhuǎn)速范圍下引起的鉆頭回旋破壞，趨于采用較高的鉆壓和較低的轉(zhuǎn)速相結(jié)合來提高鉆進(jìn)性能，但難以避免在較高的鉆壓和較低的轉(zhuǎn)速下引起的扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)，造成粘滑振動(dòng)。切削深度DOC(Depth of Cut)控制技術(shù)可以有效消除鉆頭扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，擴(kuò)大PDC鉆頭的應(yīng)用范圍，但限制了鉆頭的切削能力。當(dāng)前提出的很多雙齒鉆頭都是基于DOC控制原理[6-7]。

1) 哈里伯頓雙齒切削齒。2016-04-19，哈里伯頓公司的公開專利US 9316057B2，發(fā)明了一項(xiàng)雙齒切削齒，該設(shè)計(jì)是為了控制切削齒的切削深度(DOC)，與傳統(tǒng)的DOC控制鉆頭在切削齒后合理設(shè)計(jì)墊片相反，保護(hù)齒與主切削齒同心，直徑小于主切削齒，從主切削齒延伸出一定長(zhǎng)度[8]，如圖6所示。

圖6 哈里伯頓雙齒切削齒

2) Ulterra Drilling雙齒切削齒。Ulterra Drilling Technology公司在2006年也提出了類似的專利US7140448B2，副切削齒與主切削齒同心，但是副切削齒軸向剖面為梯形，用于減緩鉆頭粘滑(如圖7)。較貝克休斯自適應(yīng)PDC鉆頭來說，對(duì)DOC的控制性較差，但是在井下真實(shí)環(huán)境下更加符合實(shí)際應(yīng)用[9]。

圖7 Ulterra Drilling Technology雙齒切削齒

3) NOV雙齒切削齒。為了延長(zhǎng)鉆齒的壽命，NOV公司2016-04-18公開的專利NO.US2016/0047170 A1，發(fā)明了一種雙切削面鉆齒(如圖8)。該鉆齒設(shè)計(jì)有2個(gè)切削結(jié)構(gòu)。副切削結(jié)構(gòu)放置在主切削結(jié)構(gòu)基體預(yù)先設(shè)的凹槽內(nèi)。鉆進(jìn)初期，副切削面不會(huì)接觸地層，首先磨損的是主切削面和基體，隨著磨損暴露副切削面，2個(gè)切削面一起鉆進(jìn)，從而延長(zhǎng)了鉆頭壽命，為了避免作用于主切削面軸向的壓力過大，造成次切削齒被主切削齒的基體夾住或者包圍，可以在次切削齒上設(shè)計(jì)壓力傳遞裝置，降低主切削齒的軸向壓力[10]。

圖8 NOV雙齒切削齒

2.1.3切削齒切削邊緣創(chuàng)新

PDC切削齒的失效主要是由于殘余應(yīng)力、熱載荷、機(jī)械載荷或者3種載荷的結(jié)合引起的裂紋萌生造成的，加之轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，引起PDC切削齒失效，且破壞會(huì)隨著轉(zhuǎn)動(dòng)加劇，一旦發(fā)生就很難停止。

1) Baker Hughes雙倒角切削齒。2015年Baker Hughes公司在SPE鉆探會(huì)議及展覽中展示了其最新的鉆頭研究成果。貝克休斯公司提出了雙倒角切削齒來增加切削齒支持面，可以減少金剛石起裂和剝落，延長(zhǎng)鉆頭壽命，改進(jìn)切削齒的流動(dòng)，從而改善井眼清潔，較標(biāo)準(zhǔn)倒角切削齒對(duì)切削刃的壓縮性更強(qiáng)，能更好鉆進(jìn)互層和礫巖地層，如圖9。在Alfalfa油田用雙倒角鉆頭成功進(jìn)行了水平鉆進(jìn)，較標(biāo)準(zhǔn)鉆頭進(jìn)尺增長(zhǎng)156%，鉆速加快29%。

圖9 標(biāo)準(zhǔn)角與雙倒角切削齒示意

2) NOV波浪形切削刃切削齒。切削刃有倒角可以減少金剛石面切削邊緣磨損，但是，倒角結(jié)構(gòu)雖然改進(jìn)了切削齒的耐磨性，卻降低了切削效率和鉆速。最為理想的切削齒應(yīng)該同時(shí)具有鋒利切削刃的切削效率和倒角刃的耐磨性。2015-12-24公開的專利NO.US 2015/0368981 A1，發(fā)明了一種具有倒角的波浪形切削刃的鉆齒。切削齒側(cè)壁均勻分布貫穿整個(gè)鉆齒長(zhǎng)度的溝槽，在切削面的溝槽處形成了沒有倒角的90°切削結(jié)構(gòu)，沒有溝槽的倒角邊緣則保證了鉆齒的耐磨性。圓周倒角邊緣的角度可以為10～80°，如圖10所示。該結(jié)構(gòu)同時(shí)具有了鋒利的切削刃和耐磨的切削刃，而且溝槽設(shè)計(jì)能減少震動(dòng)破壞[11]。

圖10 波浪形倒角邊緣切削齒

2.1.4切削齒切削面創(chuàng)新

1) 斯倫貝謝Firestorm*PDC切削齒(如圖11)。通過材料優(yōu)選和高溫高壓聚晶燒結(jié)，降低了聚晶金剛石和硬質(zhì)合金之間的拉伸應(yīng)力，提高了切削齒的耐沖擊能力，適用于所有地層，尤其是互層、研磨性地層和堅(jiān)硬地層。在加拿大亞伯達(dá)的Montney頁巖儲(chǔ)層鉆進(jìn)水平井，地層研磨性強(qiáng)，利用該切削齒鉆頭鉆進(jìn)進(jìn)尺提高42%，機(jī)械鉆速提高20%[12]。

圖11 Firestorm*PDC切削齒

2) 貝克休斯StaySharp切削齒(如圖12)。與聚晶金剛石層結(jié)合的硬質(zhì)合金表面微網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化了切削面與硬質(zhì)合金柱的結(jié)合強(qiáng)度，增加了復(fù)合片厚度，同時(shí)配合切削齒拋光技術(shù)，切削齒表面更光滑，可避免鉆頭泥包。與常規(guī)PDC復(fù)合片制造工藝不同，它的制造過程中沒有使用金屬催化劑，耐磨能力提高了4倍以上[13]。

圖12 StaySharp切削齒

3) 貝克休斯StayCool切削齒(如圖13)。該設(shè)計(jì)源于解決鉆頭鉆進(jìn)硬地層過程中，溫度升高快、磨損嚴(yán)重等問題。該切削齒設(shè)計(jì)有獨(dú)特的多維幾何形狀，可以在其切削面磨損的時(shí)候，增大后耙角，提高切削齒自銳性能，保持鉆齒攻擊性。該齒還可以將磨損過程中產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)移到巖屑上，提高了其表面換熱效率，從而降低切削齒溫度，提高切削效率。試驗(yàn)表明，其相對(duì)于常規(guī)切削齒產(chǎn)生的熱量會(huì)減少50%[14]。

圖13 StayCool切削齒

2.1.5自適應(yīng)鉆頭

2016年貝克休斯公司引入了自適應(yīng)PDC鉆頭，該鉆頭可以隨著持續(xù)變化的鉆井環(huán)境自動(dòng)調(diào)節(jié)DOC特性，可在提高ROP的情況下緩減粘滑振動(dòng)，克服了固定齒傳統(tǒng)DOC控制技術(shù)的局限。通過可調(diào)節(jié)的DOC控制單元收縮性能避免牙齒與地層的過度嚙合，防止鉆頭過早失效以及引起B(yǎng)HA部件扭斷的可能性[8-12]。在Oklahoma油田Wilcox砂巖地層中油田試驗(yàn)井測(cè)試表明，自適應(yīng)鉆頭在鉆速為60 r/min和90 r/min時(shí)，改變WOB也沒有出現(xiàn)粘滑現(xiàn)象[15-17]。圖14為222.25 mm(8英寸)的自適應(yīng)PDC鉆頭原型，含有3個(gè)可替換的自適應(yīng)DOC控制裝置，通過封裝筒隔離鉆井液，且能方便的從鉆頭刀翼上裝卸。

圖14 8 3/4in自適應(yīng)PDC鉆頭

2.2 混合鉆頭

在過去幾十年里，PDC鉆頭和牙輪鉆頭性能在設(shè)計(jì)和材料方面有了很大進(jìn)步，但是技術(shù)發(fā)展速度逐步降低。近年來，出現(xiàn)了一系列新的混合鉆頭，主要包括已存在的技術(shù)混合，例如將牙輪齒加到固定齒鉆頭上，或者是新的切削機(jī)理混合，例如刨削等。

1) SHEAR BTIS刮削鉆頭。SHEAR BITS研發(fā)了一款混合鉆頭技術(shù)，具有創(chuàng)新的綜合切割結(jié)構(gòu)，有可旋轉(zhuǎn)的刨齒和剪切的PDC齒的2種破巖方法，提供了與牙輪鉆頭類似的性能，操控性好，持久性又超越了PDC鉆頭。如圖15所示。

圖15 混合刨削/剪切齒結(jié)構(gòu)示意

刮削機(jī)理與牙輪齒或者是切削結(jié)構(gòu)類似，會(huì)形成與PDC切削結(jié)構(gòu)相匹敵的剪切作用，適合多種鉆井環(huán)境，但耐磨性不夠，且容易嚴(yán)重破壞。在混合鉆頭設(shè)計(jì)中，刨齒鎖死在軸上，可以靈活旋轉(zhuǎn)，緩減鉆頭反轉(zhuǎn)，在鉆進(jìn)過程中硬質(zhì)合金齒有自磨刃過程，刨齒形成的裂縫輔助PDC剪切。PDC切削結(jié)構(gòu)又增加了鉆頭的耐磨性，在硬質(zhì)合金切削齒磨損后，仍然可以持續(xù)鉆進(jìn)。在西加盆地表層鉆進(jìn)互層時(shí)，該鉆頭平均鉆速較牙輪鉆頭增加116%，較應(yīng)用牙輪+PDC鉆頭的鉆進(jìn)速度快63%，且井眼清潔非常好，能經(jīng)濟(jì)有效地下入套管[18]。

2) 斯倫貝謝CDE與PDC切削齒混合鉆頭。為了消除沖擊引起的切削結(jié)構(gòu)破壞，研發(fā)在高鉆速下有效鉆進(jìn)超硬/研磨性地層，斯倫貝謝公司通過戰(zhàn)略分布的錐形金剛石齒和傳統(tǒng)的PDC切削齒設(shè)計(jì)了混合鉆頭，融合了CDE切削齒的形狀、抗沖擊和耐磨性能，提供高剪切作用。在俄羅斯Perm區(qū)域的油田測(cè)試中，混合CDE鉆頭提高了鉆進(jìn)碳酸鹽巖/硅質(zhì)灰?guī)r地層的鉆進(jìn)效率，性能穩(wěn)定、轉(zhuǎn)矩輸出光滑，快速提高了定向鉆井的鉆速。圖16為斯倫貝謝的215.9 mm(8英寸)813CDE鉆頭，有53個(gè)PDC切削齒，用27個(gè)戰(zhàn)略分布的錐形齒來強(qiáng)化鉆頭。

圖16 813CDE鉆頭

3) 斯倫貝謝的PDC/TSP混合鉆頭。PDC切削齒在鉆進(jìn)高磨損地層時(shí)，易形成熱損壞；當(dāng)鉆進(jìn)非均質(zhì)性地層時(shí)，易造成沖擊破壞，降低鉆速，造成鉆頭環(huán)出。PDC鉆頭在相對(duì)均稱和磨損性小的地層應(yīng)用效果好。相反，孕鑲鉆頭的人造/天然金剛石具有很好的熱穩(wěn)定性和耐磨性，改善了鉆頭壽命和進(jìn)尺，缺點(diǎn)是在軟/中硬地層中的ROP比PDC低，易造成鉆頭泥包。

斯倫貝謝公司提出了一種混合鉆頭，結(jié)合了PDC和孕鑲鉆頭的優(yōu)點(diǎn)?；旌香@頭由PDC切削齒、TSP齒和金剛石孕鑲材料的刮刀組成，PDC切削齒充滿整個(gè)井眼，TSP切削齒較低于PDC切削齒暴露，當(dāng)PDC切削齒磨損到一定程度后，TSP切削齒接觸地層。當(dāng)PDC和TSP都磨光了，切削機(jī)理就從剪切變?yōu)檠心?，如圖17。該鉆頭具有三重切削結(jié)構(gòu)。該混合鉆頭已經(jīng)在Algeria、墨西哥灣、巴西、英國(guó)、USA、Angola和俄羅斯等地成功的進(jìn)行了應(yīng)用，大幅降低了成本[19-21]。

圖 17 具有各種切削結(jié)構(gòu)的混合鉆頭

2.3 其他創(chuàng)新

2.3.1納米陶瓷涂層

哈里伯頓海洋服務(wù)公司用納米陶瓷(Al2O3-TiO2納米陶瓷粉末)通過等離子噴涂法應(yīng)用于鉆頭，能顯著減少磨損和剪切，保護(hù)基體不被破壞，且磨損鉆頭加以新的納米陶瓷涂層可重復(fù)利用。該技術(shù)通過調(diào)整涂層的納米化學(xué)結(jié)晶結(jié)構(gòu)、涂敷過程來控制涂層的力學(xué)性能，噴涂納米涂層后，鉆頭起裂顯著減少，粘結(jié)強(qiáng)度是傳統(tǒng)涂層的2倍，強(qiáng)度是傳統(tǒng)涂層的2～4倍。該技術(shù)能減少頻繁起下鉆，頻繁替換鉆頭，為作業(yè)者節(jié)省巨大開支[22]。

2.3.2納米纖維強(qiáng)化PDC鉆齒基體

哈里伯頓公司2017-01-12公開的發(fā)明專利US2015/039564，是對(duì)鉆齒基體進(jìn)行纖維強(qiáng)化。為了讓鉆頭的熱穩(wěn)定性更好，降低其致裂風(fēng)險(xiǎn)。纖維可以均勻分布在基體內(nèi)，也可以根據(jù)鉆齒受力情況或者是損壞情況分布。纖維可以是絮狀、棒狀、線狀、骨頭狀或者是環(huán)狀。其材料可以是金屬、合金或者是任何熔點(diǎn)高于基體膠結(jié)熔點(diǎn)的材料，例如鎢、鉬、鈦、鉻、錳等[23]。

3 結(jié)論

1) PDC鉆頭在鉆頭技術(shù)中的比例逐年升高，國(guó)外大型石油服務(wù)公司對(duì)PDC鉆頭技術(shù)研發(fā)及創(chuàng)新越來越重視。我國(guó)應(yīng)跟上國(guó)際創(chuàng)新步伐，從延長(zhǎng)鉆頭壽命、通過一個(gè)鉆頭適應(yīng)多種地層鉆進(jìn)、減少起下鉆入手，把改進(jìn)鉆頭性能、提高鉆進(jìn)效率作為研發(fā)重點(diǎn)，重視基礎(chǔ)研究，注重相關(guān)技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，開發(fā)具有創(chuàng)新性的可商業(yè)化應(yīng)用產(chǎn)品。

2) 各大公司在PDC鉆頭創(chuàng)新研發(fā)方面各具特色，實(shí)行差異化發(fā)展，快速提高公司競(jìng)爭(zhēng)力。有些公司(例如Ulterra Drilling Technology公司)雖然占有相當(dāng)大的市場(chǎng)份額，但是專利數(shù)量不多，該公司可能為了保護(hù)技術(shù)(技術(shù)申請(qǐng)專利后，就必須公開技術(shù)細(xì)節(jié)，對(duì)技術(shù)的保密程度不夠)會(huì)采取避免申請(qǐng)專利的方式來提高技術(shù)的隱蔽性。我國(guó)也應(yīng)在PDC鉆頭技術(shù)方面開展戰(zhàn)略性的技術(shù)創(chuàng)新及研發(fā)，從而提高技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力及領(lǐng)先程度。

3) 當(dāng)前PDC鉆頭技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新主要趨于鉆齒和混合鉆頭技術(shù)創(chuàng)新。鉆齒方面從保護(hù)切削刃、DOC控制、切削效率、鉆齒壽命等方面入手，提出了雙倒角切削刃、波浪形切削刃、自適應(yīng)DOC控制技術(shù)、各種保護(hù)齒創(chuàng)新等；混合鉆頭方面主要從一種鉆頭適應(yīng)多種地層入手，將多種切削機(jī)理，例如PDC鉆頭、牙輪鉆頭、孕鑲鉆頭等鉆頭混合設(shè)計(jì)與同一鉆頭上，實(shí)現(xiàn)多種切削機(jī)理，擴(kuò)大鉆頭使用范圍。

4) 相關(guān)學(xué)科的快速發(fā)展促進(jìn)了石油工程技術(shù)的發(fā)展。在鉆頭方面，針對(duì)地層對(duì)其破巖性能、鉆井效率、成本等要求，將相關(guān)學(xué)科，例如納米、陶瓷材料等應(yīng)用于改進(jìn)傳統(tǒng)鉆頭的性能，擴(kuò)大其使用范圍，延長(zhǎng)鉆頭壽命，減少鉆頭替換及起下鉆的非鉆井時(shí)間。

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