壳牌公司资深钻井工程师指出，钻井作业商的目标是钻出尽可能多的高性能井，并要保证是最低成本。那么究竟什么样的钻头才能满足钻井作业商的具体需求呢？下面让我们看看，近来国外其它主要钻头供应商推出的钻头新品。 

　　独特的水平井专用钻头 

　　Shear Bits公司于2008年成立于加拿大，专为加拿大西部钻井市场提供PDC钻头。 

　　该公司所有钻头都针对水力优化而设计成多种等级，全部流道和排屑槽的形状都可最大限度的减少流场死点，所有喷嘴都可互换，排屑槽皆为大尺寸设计且大多数钻头结构都是在每个刀翼有多个喷嘴。该公司专用的第三规径技术能通过三点金刚石覆盖而保证钻头的耐用性。除了每个刀翼有三个PDC齿外，每个保径垫都由碳化钨合金构成以提高其耐磨性。第三规径技术中的最终PDC齿布局能使钻头有效的倒划眼通过缩径井段。 

　　Shear Bits公司的设计技术不是建立在模拟基础上，而是建立在具体用途的基础之上。该公司拥有一套能帮助设计工程师开发成功钻头的分析工具，其设计系统建立在对每只钻头建立三维模型的基础上，其中包括专有的切削齿布置算法，重点是理解PDC齿与岩层间的几何作用关系。该公司的目标不是预测钻头的钻井性能，而是通过工程设计而生产出能实现所需性能的钻头设计几何形状，其中最重要的步骤是在完成初始设计和对首批钻头进行试验之后。此时，设计人员要对钝钻头状况进行详细的评估，并以所钻地层为基础结合具体用途来开发下一只钻头，随着新型PDC齿的开发和新型钻头几何形状的生成，钻头设计技术也随之改变，以便与目标用途中的变量相吻合，这就是Shear Bits公司以具体用途为基础的设计技术，开发过程中的每一阶段都着眼于钻头的井下性能而不是计算机模拟。 

　　该公司拥有4个系列的PDC钻头，每个系列都含有具体的技术以使其能在具体应用中发挥最佳性能。其定向井系列钻头可实现稳定的工具面控制而不会损失其机械钻速，钻头滑动时可进行定向操作，而转动时则速度快，钻头轮廓为专有的几何形状，整体长度短但同时又能在钻头台肩处保持充足的金刚石量。 

　　通过在每个刀翼上增加PDC齿的排数，该公司形成了多排齿系列钻头，这种钻头可被设计出多种独特特征，从而在复杂地层中取得良好钻进效果。而该公司的水平井系列钻头则配备了特殊的保径垫，以便能够实现与井壁的最大环形接触，而同时又能保持钻头的总长度较短；钻头上的主要PDC切削结构能够在没有过多侧切的情况下有效的向前钻进，因而限制了钻头钻进时的下斜倾向。 

　　该公司称，到目前为止还没有哪家钻头厂家拥有专门为水平井应用而开发的钻头，所有其他厂家都是用其为定向井开发的钻头来钻水平井段的，这样做从功能上而言是可行的，但是只要钻头是为两种不同用途而设计的，则钻头的性能总是在至少一种用途中是打折扣的，且常常是在两种用途中都会打折扣。到目前为止，该公司钻头所创记录的一半都是在水平钻井应用中取得的。 

　　在加拿大的一口井中，Shear Bits公司在一个通常机械钻速很低的井段大幅提高了机械钻速。该公司采用了其6 1/8英寸的SH513和6 1/8英寸的SH513D PDC钻头，SH513D钻头具有双排齿特征。所钻的是一段600~700米的水平井段，该井段地层主要是抗压强度为15~20 kpsi的白云岩。在分析了实际情况后，该公司同时开发了两种水平井系列钻头，以便能够对两种概念进行快速试验。其SH513钻头用时31.3小时钻进了644米，机械钻速为20.6米/小时，与邻井最快的钻速相比提高了166%；而另一只SH513D钻头钻进的井段更长，达689米，但机械钻速还是达到了19.7米/小时，比邻井第二快的钻速快了很多。 

　　经济高效的钻头新品 

　　史密斯公司的Outlaw PDC钻头，通过应用其专有的IDEAS钻头设计和模拟过程软件进行优化，在Anadarko盆地钻井应用中创下了多项钻井记录，该地区地层主要是难于钻进的碳酸盐、页岩和砂岩地层。 

　　该公司开发的7 7/8英寸Mi616型六刀翼钻头的切削结构包括有26颗面齿和6颗保径齿，以便在获得钻头耐用性延长钻头寿命，和提高钻头进攻性实现更高的机械钻速（ROP）之间达到平衡。钻头上配备了3个标准系列的60N喷嘴以便有效地清洗井眼，该钻头的另一特点是其具有8.88平方英寸的大排屑槽面积。 

　去年，这种钻头在Anadarko盆地的应用中，在进尺和机械钻速（ROP）方面创下了6项钻井记录，创记录的钻头全部都是7 7/8英寸的PDC钻头。其中一只Mi616MNSPX钻头被XTO能源公司在美国俄克拉荷马州Major县的Corwin B 5-29井中钻井，取得了92英尺/小时的机械钻速，比邻井所用的竞争对手钻头的钻速快了104%，且创下了该县的机械钻速记录，钻井深度达到了8,543英尺。而邻井3只竞争对手的钻头的机械钻速分别仅为每小时41、44和45英尺。 

　　史密斯公司最新推出的Shamal Typhoon系列牙轮钻头是专为中东地区大井眼钻井所开发的，这种钻头融合了该公司传统的Shamal特征和新型“Typhoon”水力结构以便能够更有效地清洗大直径井眼。该公司的IDEAS（集成动态工程分析系统）保证了Shamal Typhoon水力结构、钻头切削齿几何形状以及最新的硬质合金技术有机融合以获得最佳的钻头性能。 

　　在沙特阿拉伯的Ghawar油田，一只16英寸的Shamal Typhoon 六喷嘴钻头钻进了2,344英尺，创下了每小时90.15英尺的该油田机械钻速记录，比5口邻井的平均机械钻速（每小时58.32英尺）快了54.6%。这种钻头创下的另一项记录是钻完某一井段的成本仅为每英尺31美元，而5口邻井的平均成本则为每英尺41美元。前期的此项记录也是由一只16英寸的Shamal Typhoon钻头保持的，当时该钻头取得了每小时76.19英尺的机械钻速，每英尺钻井成本为33美元。 

　　欠平衡钻井专用钻头 

　　美国瓦瑞尔国际公司于今年2月间，首次推出了A-Force系列密封滑动轴承空气钻井牙轮钻头，专门用于欠平衡钻井，包括空气钻井、泡沫钻井和雾化钻井。该系列产品采用了新型牙轮技术和先进的材料，使钻头钻速更快、寿命更长且稳定性更好。 

　　所有的A-Force系列钻头都带有用新型技术专门设计的改进型密封滑动轴承系统，改善了大负荷钻井条件下轴承对热量的承受能力；钻头切削齿皆采用该公司大能量滚筒抛光（HET）专利技术加以处理，且其切削结构和碳化钨硬质合金牌号都是专为欠平衡钻井所配备的。 

　　在钻头密封与内轴承间设计了一个隔热片以保护密封免受过大热量的影响，降低密封系统的工作温度并延长密封寿命。在钻头上还配置了一个圆锥形密封垫，此垫能够使密封系统更好地适应压力波动，同时仍能保持良好的密封位置和界面，这种效果对于在空气、泡沫和雾化钻井中可能会遇到的大的内部轴承压力来说是非常重要的。另外，A-Force系列钻头轴承的刚性更好、公差更小，所以钻头能够承受更大的钻压。 

　　该产品在材料方面的改进包括采用了高温稳定性更好的新型润滑脂配方，并在钻头轴承表面镶焊了耐磨性更好的硬质金属。同时对这种钻头的牙掌锻件也进行了重新设计，使其强度更高、稳定性更好且减小了整体钻头长度。 

　　在PDC钻头方面，瓦瑞尔公司也还在不断探索满足用户定向需求的新途径，在有机结合其GeoScience和SPOT专有软件程序的闭环系统之上，建立起用于重新设计其Navigator系列PDC钻头的平台，使设计人员能够建立钻头规径和切削结构模型，根据特定需求优化钻头零部件并预测哪种结构可导致所希望的产品性能。 

　　在一次页岩井段钻井中，一家主要钻井作业商要求瓦瑞尔公司提供一种稳定性更好的钻头，该公司推荐了一只六刀翼7 7/8英寸的VM619H Navigator PDC钻头，该钻头在45.25小时内共钻进4,531英尺，达到了9,885英尺的总深，其机械钻速高达每小时100.13英尺，使该作业商节约了几乎一整天的钻机时间，约合当地钻井成本50,000美元。 

　　瓦瑞尔公司的A-Force系列欠平衡钻井专用钻头 

　　以上是去年以来国外各大钻头厂商推出的钻头新品，其形状各不相同，但共同之处是以钻井具体用途为导向，以客户的具体需求为开发目标，也只有这样，才能不断开发出为客户所接受的性能优良的钻头产品。