王晓彦，樊思成，田东彬，周学超

（中石油渤海石油装备中成机械制造有限公司，天津 300280）

0 引言

随着海内外超深井、页岩气井等大幅发展，定向井在其中的应用也愈加广泛。伊拉克艾哈代布区块，厄瓜多尔帕鲁瓦库区块，塔里木油田哈拉哈唐地区这些油气矿区地层软硬悬殊，砂泥岩、页岩交互剧烈，硬夹层多，这种复杂地层在使用常规PDC（Polycrystalline Diamond Compact Bit，聚晶金刚石复合片钻头）钻头定向钻进时频繁出现钻头缩径，工具面飘忽，扭矩变化大，托压严重，增斜效果不佳，井壁不规则等工况，导致钻进效率低，井斜轨迹控制困难，难以满足钻井要求。

面对这些问题，根据PDC钻头的破岩机理，分析定向过程中的核心因素，考虑钻头心部尺寸，锥部弧面和整体结构的决定性作用。基于软件模拟和电脑辅助设计系统，提出一种增斜效果明显，工具面稳定，有效缓解托压，扭矩稳定，大幅降低钻头在井底涡动及复杂运动的新型PDC钻头.通过现场实验，获得良好效果。

1 新型PDC钻头设计

地层软硬悬殊，交互剧烈，硬夹层多，在这种复杂地层实现快速定向造斜不稳定，则无法保持稳定的增斜效果，导致设计轨迹要求不达标（脱靶），定向施工失败。所以在该类井段实现快速定向的关键因素是工具面的稳定性。

1.1 工具面稳定性

（1）内锥轮廓的设定。在PDC钻头定向施工中，随着钻头内锥角的减小，钻头的稳定性愈高，稳斜能力加强，但其可控性和攻击性都显著下降。反之，钻头的攻击性、可控性提高，但稳定性降低。……