□孙海涛 江诗贵
1611米、1839米、2202米、2334米……在塔里木油田，单井单日进尺正不断被刷新。这背后，离不开小钻头的大功劳。
在油气装备领域，小小的钻头有着举足轻重的地位。石化机械全资子企业江钻公司聚焦油气勘探开发主战场，深耕细作钻头领域，形成了牙轮钻头、金刚石钻头和混合钻头三类特色产品，技术整体处于国内领先、国际先进水平，并持续提升钻井提速关键工具与装备一体化解决能力，为保障国家能源安全贡献力量。
牙轮钻头作为江钻公司的主打产品之一，在特殊井、难钻地层、超高温工况等方面占据绝对领先地位，形成了15项核心技术，包括金属密封、梯度硬质合金齿、耐超高温橡胶、耐260摄氏度抗极压润滑脂等。这些技术全面适配高钻压和高转速工况，构建了全球齐全和可靠的轴承技术和密封技术，拥有先进的齿形齿材专利技术，可满足从极软到极硬的各类地层钻井需求。早在2017年，凭借在牙轮钻头领域的显著优势，石化机械被工业和信息化部、中国工业经济联合会确定为第一批制造业单项冠军企业。
自生产线建立以来，江钻公司已累计销售应用超过百万只牙轮钻头。其中，超高速马达系列钻头在大庆流纹岩地层进尺超85米，与进口钻头表现相当；大尺寸混合钻头在库车山前带巨厚砾石层使用寿命超过120小时；桥塞钻头累计钻除桥塞超百万支，创造了单只钻头钻塞262支的世界纪录，成为北美页岩气钻铣桥塞作业的标准配置。
在金刚石钻头方面，江钻公司同样表现出色。在胎体金刚石钻头、钢体金刚石钻头等系列的基础上，该公司创新研制尖脊齿、双倒角等专利异形齿，集成多级破岩技术和高导向技术，推出“先锋”“尖锋”两大异形齿系列产品。这些产品对塑性地层、夹层和硬地层具有良好的适应性，破岩效率及钻头寿命大幅提升，一趟钻作业能力显著增强。
江钻公司的金刚石钻头生产线配备了德玛吉加工中心、智能烧结炉、自动化组焊机器人等设备20余台，生产能力达到8000只/年。“先锋”系列钻头集成斧形齿、三棱齿等高性能异形齿和超深脱钴、多级切削技术，在复杂难钻地层展现出较好的适应性；“尖锋”系列钻头集成快速钻头设计理念及相关专利技术，采用自主知识产权的尖脊齿，切削过程中能量集中程度更高，提高了钻头在由软至中硬地层，尤其是塑性地层的钻进效率。近5年，江钻公司的金刚石钻头累计服务川渝、新疆及海洋等重点工区8000余口井，并在涪陵、川南、塔里木等勘探开发重点区块创下国内各项技术指标616项，形成了工区国产化和标准化的作业方案。
混合钻头也是江钻公司的一大亮点，被誉为我国油气钻井行业的“功勋产品”，在国内外已累计完成超过9000趟次钻井作业。四大功能型“龙”系列混合钻头，可实现由软至硬地层全覆盖，适应性良好，广泛用于软硬交错地层、定向应用、黏滑问题等工况，具有定向工具面稳、造斜率高、穿夹层能力强、使用寿命长等特点，深受市场青睐。
针对复杂难钻地层提速需求，江钻公司首创混合破岩理论，采用“滚动牙轮+固定刀翼”高效破岩结构，兼具金刚石钻头的强攻击性和牙轮钻头的平稳、低扭矩特性，具备长寿命和高机械钻速的卓越性能，同时攻克了防出芯防环磨、高承载镶套轴承、耐超高温密封橡胶、钴相强化硬质合金齿、耐超高温抗极压润滑脂等核心技术，获得国内外授权专利33件，为油气勘探开发提供了有力支撑。
●页岩油气
页岩地层具有非均质性及各向异性特点，在钻井过程中，易发生卡钻、埋钻具等工程事故，且定向过程中钻柱托压严重，钻井轨迹控制难度大。近10年，石化机械江钻公司开发了防卡金刚石钻头、超大扭矩螺杆钻具、减摩降阻配套工具、旋转导向钻井配套工具等一系列创新产品，在各示范区钻井公司共同开展8轮钻井提速工作，形成了针对页岩油气不同工况的标志性产品解决方案。其中，在樊页102井一趟钻进尺504米、机械钻速13.09米/小时，刷新胜利页岩油井二开定向段混合钻头机械钻速最优指标，并连续刷新国内页岩油气最短钻井周期纪录。
●特深层油气
塔里木盆地油气埋藏深，面临超深、高陡、火成岩白云岩地层难钻、超高温等一系列工程难题，对钻头钻具提出了很高要求。
2017年至今，石化机械江钻公司累计参与190余口8000米以深井钻头钻具服务，刷新各类钻井提速指标521项，助力顺北油气田平均钻井周期缩短14%以上；自主研制的9 1/2英寸四刀翼“游隼”KSF快速钻进“先锋”金刚石钻头，匹配自产197大扭矩等应力螺杆，在塔里木热普901H井高效完成二开钻进，单趟进尺5818米、纯钻304.5小时、平均机械钻速19.1米/小时，刷新国内超深井单趟钻最长进尺纪录，树立了“深地工程”钻井提速典范。
钻头：探索油气的先锋
钻头是油气探索的先锋，是科技创新的结晶。
随着全球能源需求不断增长，油气勘探开发日益深入，对钻头的性能要求也越来越高。从传统的牙轮钻头到先进的金刚石钻头，再到结合了新材料、新工艺的复合钻头，每一次技术的革新都意味着钻井效率的提升、成本的降低及作业安全性的增强。本版聚焦国内外油气钻头技术的最新突破，展示相关企业在钻头制造方面的具体实践，希望为未来能源探索之路提供有益的参考和启示。
特色钻头介绍
功能性PDC钻头
超大尺寸井眼钻头
●砾石层提速快
●适用于17 1/2~26英寸超深井大尺寸井眼
硬夹层钻头
●具有多元混合破岩结构，在硬夹层和硬塑性等地层钻井提速明显
●适用于火成岩、砾石层等硬夹层
强研磨地层旋齿PDC钻头
●复合片能自旋转，钻头寿命延长，行程进尺增加
●适用于须家河细砂岩、寒武系白云岩等致密强研磨地层
旋导金刚石钻头
●具有高导向、低扭抗振结构，反扭矩较低，振动小
●常用于页岩油气钻井,匹配旋导工具使用
混合钻头
耐高温混合钻头
●耐245摄氏度高温，定向工具面稳定，轴承寿命长
●适用于深部超高温钻井（175~245摄氏度）
新闻会客厅
胡群爱 中国石化集团公司 高级专家
涂关富 石化机械 钻完井工具领域高级专家
面对不同地区的油气资源特性，如何精准选择合适的钻头类型及参数，以确保钻井作业安全高效？
胡群爱：钻头的选择与使用直接影响钻井速度、井身质量及施工安全。面对不同的地质条件，利用工程板块一体化优势，可开源使用钻井工程数据库、地质综合数据库和测井数据库，充分掌握井位及井身结构数据、岩性及测井数据、钻头特征及使用数据、动力钻具及提速工具数据等参数，对地层岩石可钻性进行综合分析评价，为钻头优选提供数据支撑。同时，通过大数据分析技术指导钻头的选型、设计和使用，并合理配比钻井参数，使钻头的选用从依赖经验转向依据科学的结构特征分析和大数据优选，建立PDC钻头数字化选型技术体系及配套钻井参数，有效缩短钻井周期，确保钻井作业安全高效。
涂关富：在极端或复杂地质环境中，钻井作业面临诸多挑战，如夹层多、掉块多、地层研磨性强、可钻性差，钻头失效严重、单趟行程进尺少、机械钻速低等问题，选择合适的钻头类型和参数设计尤为重要。要提前分析所钻地层的岩石力学特性，包括岩石的抗压强度、研磨性、塑性、均质性等，同时结合钻井施工工艺参数和同区块同层位钻头的失效特征，综合考量，优化钻头选型与参数设计。
针对硬地层与砾石层，推荐采用锥球齿、三棱齿、斧形齿等异形齿金刚石钻头，能显著提升在硬夹层钻进中的抗冲击能力。在须家河组等强研磨性地层，则应选择高耐磨、高热稳定性的复合片，配合小规格及高密度布齿结构，搭配低速钻进工具，以增强钻头稳定性与耐磨性，延长使用寿命。对于掉块多、可钻性差的地层，推荐使用“先锋”系列防卡金刚石钻头，能有效降低卡钻风险，提高切削效率。在三维定向钻井施工中，高承载定向混合钻头成为优选，不仅能满足强化、激进参数钻井工艺的需求，而且能显著提升钻井效率，确保高效安全作业。
钻井工艺的进步是否会影响油气钻头的选择与应用？新的钻井技术是否对钻头性能提出了更高的要求？
涂关富：钻井工艺的持续进步推动钻头技术不断创新发展。不同钻井工艺对钻头性能的需求各异，例如直井钻进强调钻头的稳定性与攻击性，定向钻进则更加注重钻头的导向性、稳定性及造斜率。此外，钻井工具与钻头的匹配也至关重要，如旋导工具需要与旋导金刚石钻头相配、扭冲工具则需匹配强化攻击性的钻头。应对不同地层特点，需要综合考虑钻井工艺、钻头钻具组合的应用效果，以最大化提升钻进效率。
高压喷射钻井、激进参数科学钻井等新型钻井技术的出现，也对钻头性能提出了更为严苛的要求。如在高压喷射钻井中，需平衡钻头的水力破岩能力与防冲蚀性能，以提升机械钻速、延长钻头使用寿命；在激进参数科学钻井中，要充分考虑高钻压、高转速、高泵压、大排量等参数对钻头切削地层时反作用力的影响，优化切削结构、水力结构、保径结构、稳定结构等设计，并提升切削齿的抗冲击能力、耐磨能力及热稳定能力，在机械钻速与使用寿命间找到最佳平衡点。
胡群爱：随着钻井工艺进步，为满足特殊工艺井、特殊区域、特殊层位的要求，充分发挥PDC钻头的最大效能，中原石油工程金刚石钻头厂针对不同区块、不同井型、不同地层、不同井段实施“一井一策、一段一策”的个性化钻头设计与应用方案，能有效提高机械钻速、延长钻头寿命、降低钻井成本。我们推出了诸多个性化定制的新型钻头，并形成了产品系列，如能提高水力能量利用率的脉冲高喷射钻头，用于定向井造斜的定向钻头，用于水平段施工的防卡钻头，适用于砾石层、夹层中的Stinger切削齿和抗磨损抗冲击的5D异形切削齿系列钻头，适用于通井、扫塞、套管内钻附件的锥形钻头，适用于旋转导向钻井的高速PDC钻头等，为实现石油工程“四提一降”施工目标提供了高性能高性价比的提速工具，加快推动自研提速新利器、新工艺、新理念成果转化为低成本、高质量发展的新动能。