韩 飞，郭慧娟，戴 扬，杨斯媛，杨 磊

（1.中国石油集团 钻井工程技术研究院，北京100195；2.中国石油集团 办公厅，北京100007）①

PDC钻头能显著提高钻井效率，已得到广泛应用［1］。但是，PDC钻头在钻遇硬地层（尤其是深井、超深井的软硬交错地层）时，扭矩波动较大、蹩跳钻现象严重，钻头使用寿命低，机械钻速低。国外一些公司开展了相应扭矩控制技术的研究，主要的研究思路有2种：

1） 通过泥浆作用，在原有钻头扭矩基础上提供高频、低幅的协助破岩扭矩，以提高钻头破岩扭矩，防止钻头停转及蹩跳钻。

2） 通过井底工具自身的结构，不借助外部能量，实现钻头扭矩的实时自平衡。

本文通过对国外先进PDC钻头扭矩控制技术的介绍及分析，为国内PDC钻头扭矩控制技术的研发提供一些建议和参考。

1 PDC钻头扭矩波动机理

在正常钻井条件下，PDC钻头能以极高的速度和效率钻穿地层（如图1a）。但在钻遇硬地层时，PDC钻头会随时停转，直至有足够的破岩扭矩来剪切开岩层。此时，钻柱存储大量扭矩能量（如图1b）。一旦钻头达到破岩扭矩值时，钻柱存储扭矩能量瞬间释放，钻头将会以高于普通钻头的转速破岩（最高可达井口转速的2倍），产生剧烈蹩跳钻现象（如图1c）。从对PDC钻头钻井过程中的钻头扭矩波动（如图2）分析来看，PDC钻头在钻硬地层时，扭矩的波动会使钻头产生剧烈的冲击载荷。这些剧烈的冲击载荷将会大幅降低钻头的寿命、降低钻井的机械钻速。同时，钻柱聚集大量的扭矩能量后，容易损坏一些精细的工具，例如旋转导向工具、MWD等，还会造成钻柱粘扣。……