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鉆井巖石破碎學 版權信息
- ISBN：9787030718341
- 條形碼：9787030718341 ; 978-7-03-071834-1
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
鉆井巖石破碎學 內容簡介
本書針對深部硬地層鉆頭破巖效率低和鉆井成本高的問題，以典型硬脆性花崗巖為研究對象，通過理論分析、計算機數值模擬與室內實驗相結合的方法系統研究了非均質花崗巖在鉆齒作用下的宏細觀破碎機理；建立了巖石塑-脆性破碎轉變臨界切削深度計算模型，提出利用脆性耗能比來評價鉆齒作用下巖石破碎效率的新方法，將傳統塑性切削破巖理論拓展到塑-脆性破碎轉變臨界理論；此外，分析了異形PDC齒切削破巖機理，建立了綜合考慮破巖效率、鉆齒形狀及磨損條件下的異形PDC齒綜合選齒模型，為鉆頭個性化選齒及布齒設計提供了理論依據。
鉆井巖石破碎學 目錄
目錄
序一
序二
前言
第1章 緒論 1
1.1 石油鉆井中常用鉆頭 2
1.2 鉆頭與井底巖石的相互作用 9
1.3 鉆頭破巖效率評價方法 12
1.3.1 破巖比功評價方法 12
1.3.2 巖石塑-脆性破碎及塑性耗能比評價方法 13
第2章 硬巖物理力學特性及可鉆性 18
2.1 巖石強度及變形特性 18
2.2 花崗巖強度反演 22
2.2.1 參數反演流程 25
2.2.2 參數反演結果 26
2.2.3 參數反演有效性驗證 29
2.3 實驗用花崗巖巖樣 29
2.3.1 花崗巖微觀結構觀測實驗 31
2.3.2 花崗巖微觀礦物成分測試實驗 32
2.3.3 花崗巖單軸/三軸抗壓強度實驗 33
2.3.4 巖石可鉆性實驗 34
2.4 本章小結 42
第3章 鉆齒侵入破碎硬巖機理研究—以非均質花崗巖為例 43
3.1 空腔膨脹理論 43
3.1.1 應力場分布 43
3.1.2 塑性區及楔形鉆齒臨界侵入深度 45
3.2 實驗設備簡介 48
3.2.1 微機控制電液伺服萬能實驗機 49
3.2.2 聲發射分析儀 50
3.2.3 材料應變三維測量系統 50
3.2.4 巖樣制備 52
3.2.5 侵入破巖實驗系統 52
3.3 巖石在鉆齒侵入作用下的破碎機理研究 54
3.3.1 鉆齒侵入作用下巖石的劣化研究 54
3.3.2 邊界條件對裂紋擴展的影響 65
3.4 巖石破碎過程中的能量耗散研究與破碎效率評價 68
3.5 花崗巖微宏觀破碎機理 71
3.5.1 基于GBM的花崗巖等效巖體建模 72
3.5.2 花崗巖模型微觀參數標定 73
3.5.3 鉆齒侵入破碎花崗巖微宏觀機理 76
3.6 本章小結 80
第4章 鉆齒切削破碎硬巖機理研究—以非均質花崗巖為例 82
4.1 巖石塑-脆性破碎轉變模型建立 82
4.2 切削實驗平臺和巖樣制備 87
4.3 灰白色花崗巖實驗結果與分析 89
4.3.1 切削深度的影響 89
4.3.2 前傾角的影響 91
4.3.3 鉆齒形狀的影響 93
4.4 淺紅色花崗巖實驗結果與分析 97
4.5 花崗巖地層不同齒形布齒間距破巖特性研究實驗 101
4.5.1 花崗巖不同齒形布齒間距破巖特性實驗研究 102
4.5.2 實驗結果與結論 104
4.6 花崗巖切削微宏觀破碎機制 112
4.6.1 單齒切削模型的建立 112
4.6.2 結果分析與討論 112
4.7 本章小結 124
第5章 異形齒破巖機理及綜合選齒理論 126
5.1 非均質花崗巖有限-離散元模型 126
5.2 巖石本構模型 128
5.2.1 應力狀態的描述 128
5.2.2 巖石材料本構 129
5.2.3 花崗巖材料參數標定結果 134
5.3 異形PDC齒切削破碎花崗巖數值仿真 138
5.3.1 異形PDC齒切削破碎花崗巖建模 138
5.3.2 異形PDC齒切削破碎花崗巖機理分析 141
5.3.3 異形PDC齒綜合選齒理論模型 158
5.3.4 異形PDC齒切削破巖性能分析 162
5.3.5 異形PDC齒組合切削破碎花崗巖數值仿真 205
5.3.6 磨損異形PDC齒切削破巖性能結果分析 211
5.4 異形PDC鉆頭鉆進花崗巖地層數值仿真 222
5.5 單齒侵入花崗巖數值仿真 225
5.6 本章小結 230
第6章 高效破巖鉆頭設計及優化 232
6.1 冠部形狀設計理論 233
6.2 軸向布齒 238
6.2.1 確定主切削齒的軸向位置 239
6.2.2 確定主切削齒的軸向高度 239
6.3 刀翼形狀設計 240
6.3.1 刀翼數量 240
6.3.2 刀翼形狀以及刀翼位置角 241
6.4 周向布齒 242
6.5 高效破巖鉆頭設計 242
6.5.1 鉆頭冠部形狀設計 242
6.5.2 鉆頭徑向布齒 243
6.5.3 鉆頭刀翼形狀設計 246
6.5.4 刀翼位置角 247
6.5.5 噴嘴與流道 248
6.5.6 切削齒 249
6.5.7 鉆頭接頭 251
6.6 高效破巖鉆頭優選 251
6.6.1 鉆頭鉆速分析 253
6.6.2 鉆頭加速度分析 254
6.6.3 鉆頭扭矩分析 254
6.7 鉆頭破巖流-固-熱三場耦合分析 256
6.7.1 溫度與鉆齒磨損 256
6.7.2 井底流場與PDC之間對流換熱 257
6.7.3 研究方法 259
6.7.4 結果與分析 262
6.8 本章小結 267
第7章 高效破巖鉆頭現場應用 268
7.1 鉆頭的定制加工 268
7.2 鉆頭現場應用 269
7.2.1 現場應用 269
7.2.2 現場使用結果 270
7.3 本章小結 271
參考文獻 272
作者介紹 280
序一
序二
前言
第1章 緒論 1
1.1 石油鉆井中常用鉆頭 2
1.2 鉆頭與井底巖石的相互作用 9
1.3 鉆頭破巖效率評價方法 12
1.3.1 破巖比功評價方法 12
1.3.2 巖石塑-脆性破碎及塑性耗能比評價方法 13
第2章 硬巖物理力學特性及可鉆性 18
2.1 巖石強度及變形特性 18
2.2 花崗巖強度反演 22
2.2.1 參數反演流程 25
2.2.2 參數反演結果 26
2.2.3 參數反演有效性驗證 29
2.3 實驗用花崗巖巖樣 29
2.3.1 花崗巖微觀結構觀測實驗 31
2.3.2 花崗巖微觀礦物成分測試實驗 32
2.3.3 花崗巖單軸/三軸抗壓強度實驗 33
2.3.4 巖石可鉆性實驗 34
2.4 本章小結 42
第3章 鉆齒侵入破碎硬巖機理研究—以非均質花崗巖為例 43
3.1 空腔膨脹理論 43
3.1.1 應力場分布 43
3.1.2 塑性區及楔形鉆齒臨界侵入深度 45
3.2 實驗設備簡介 48
3.2.1 微機控制電液伺服萬能實驗機 49
3.2.2 聲發射分析儀 50
3.2.3 材料應變三維測量系統 50
3.2.4 巖樣制備 52
3.2.5 侵入破巖實驗系統 52
3.3 巖石在鉆齒侵入作用下的破碎機理研究 54
3.3.1 鉆齒侵入作用下巖石的劣化研究 54
3.3.2 邊界條件對裂紋擴展的影響 65
3.4 巖石破碎過程中的能量耗散研究與破碎效率評價 68
3.5 花崗巖微宏觀破碎機理 71
3.5.1 基于GBM的花崗巖等效巖體建模 72
3.5.2 花崗巖模型微觀參數標定 73
3.5.3 鉆齒侵入破碎花崗巖微宏觀機理 76
3.6 本章小結 80
第4章 鉆齒切削破碎硬巖機理研究—以非均質花崗巖為例 82
4.1 巖石塑-脆性破碎轉變模型建立 82
4.2 切削實驗平臺和巖樣制備 87
4.3 灰白色花崗巖實驗結果與分析 89
4.3.1 切削深度的影響 89
4.3.2 前傾角的影響 91
4.3.3 鉆齒形狀的影響 93
4.4 淺紅色花崗巖實驗結果與分析 97
4.5 花崗巖地層不同齒形布齒間距破巖特性研究實驗 101
4.5.1 花崗巖不同齒形布齒間距破巖特性實驗研究 102
4.5.2 實驗結果與結論 104
4.6 花崗巖切削微宏觀破碎機制 112
4.6.1 單齒切削模型的建立 112
4.6.2 結果分析與討論 112
4.7 本章小結 124
第5章 異形齒破巖機理及綜合選齒理論 126
5.1 非均質花崗巖有限-離散元模型 126
5.2 巖石本構模型 128
5.2.1 應力狀態的描述 128
5.2.2 巖石材料本構 129
5.2.3 花崗巖材料參數標定結果 134
5.3 異形PDC齒切削破碎花崗巖數值仿真 138
5.3.1 異形PDC齒切削破碎花崗巖建模 138
5.3.2 異形PDC齒切削破碎花崗巖機理分析 141
5.3.3 異形PDC齒綜合選齒理論模型 158
5.3.4 異形PDC齒切削破巖性能分析 162
5.3.5 異形PDC齒組合切削破碎花崗巖數值仿真 205
5.3.6 磨損異形PDC齒切削破巖性能結果分析 211
5.4 異形PDC鉆頭鉆進花崗巖地層數值仿真 222
5.5 單齒侵入花崗巖數值仿真 225
5.6 本章小結 230
第6章 高效破巖鉆頭設計及優化 232
6.1 冠部形狀設計理論 233
6.2 軸向布齒 238
6.2.1 確定主切削齒的軸向位置 239
6.2.2 確定主切削齒的軸向高度 239
6.3 刀翼形狀設計 240
6.3.1 刀翼數量 240
6.3.2 刀翼形狀以及刀翼位置角 241
6.4 周向布齒 242
6.5 高效破巖鉆頭設計 242
6.5.1 鉆頭冠部形狀設計 242
6.5.2 鉆頭徑向布齒 243
6.5.3 鉆頭刀翼形狀設計 246
6.5.4 刀翼位置角 247
6.5.5 噴嘴與流道 248
6.5.6 切削齒 249
6.5.7 鉆頭接頭 251
6.6 高效破巖鉆頭優選 251
6.6.1 鉆頭鉆速分析 253
6.6.2 鉆頭加速度分析 254
6.6.3 鉆頭扭矩分析 254
6.7 鉆頭破巖流-固-熱三場耦合分析 256
6.7.1 溫度與鉆齒磨損 256
6.7.2 井底流場與PDC之間對流換熱 257
6.7.3 研究方法 259
6.7.4 結果與分析 262
6.8 本章小結 267
第7章 高效破巖鉆頭現場應用 268
7.1 鉆頭的定制加工 268
7.2 鉆頭現場應用 269
7.2.1 現場應用 269
7.2.2 現場使用結果 270
7.3 本章小結 271
參考文獻 272
作者介紹 280
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鉆井巖石破碎學 節選
第1章 緒論 隨著社會經濟的快速發展，人類對石油天然氣資源的需求也在不斷增大。自1993年起我國進入原油凈進口國行列，對外依存度逐年增大，截至2020年已突破73%，如圖1-1所示。石油與天然氣的安全供給是國家的重大戰略需求，國內油氣資源勘探開發是保障油氣安全的重要途徑。在我國剩余油氣資源中，深層（超深層）油氣資源豐富，據全國第三次資源評價統計，深層石油資源量為304億噸，占石油總資源量的40%；深層天然氣資源量為29.12萬億立方米，占天然氣總資源量的60%，深層（超深層）油氣將成為我國油氣勘探的重大接替領域。近年來我國陸上油氣勘探不斷向深層（超深層）拓展，進入21 世紀，深層（超深層）勘探獲得一系列重大突破：在塔里木發現輪南—塔河、塔中等海相碳酸鹽巖大油氣區及大北、克深等陸相碎屑巖大氣田；在四川發現普光、龍崗、高石梯等碳酸鹽巖大氣田；在鄂爾多斯、渤海灣與松遼盆地的碳酸鹽巖、火山巖和碎屑巖領域也獲得重大發現。東部地區在4500m以深、西部地區在6000m以深獲得重大勘探突破，油氣勘探深度整體下延1500～2000m。其中，塔里木油田勘探井深已連續4年超過6000m，且突破了8800m深度關口（輪探1井井深8882m，為亞洲**深井，截至2020年4月），東部盆地勘探井深突破6000m（牛東1井井深6027m）[1]。我國現階段是全球深井（超深井）鉆探*活躍的地區之一，據不完全統計，年鉆深井（超深井）占世界鉆井總數的1.2%左右，但占世界深井（超深井）總數的30%左右。2010～2018年，平均年鉆4500m以上深井1024口，接近美國陸上水平（1287口）；平均年鉆6000m以上超深井246口，與美國陸上超深井數量相當（260口）。由此可見，深層已成為我國陸上油氣勘探的重大接替領域，是石油工業未來*重要的發展領域之一，也是我國石油引領未來油氣勘探與開發*重要的戰略領域。 圖1-1 2011～2020年我國石油對外依存度變化趨勢 但是，我國深層（超深層）油氣藏鉆井的難度世界罕見：井底巖石高強度、高研磨性、非均質，由此導致鉆頭壽命短、鉆速慢、鉆井成本高的問題異常突出。現場鉆井資料表明，深井段的平均機械鉆速僅是其上部井段平均機械鉆速的 15%～30%，部分地區（如四川元壩）這個比例甚至低于8%。深部地層較低的機械鉆速帶來較高的鉆井成本。以塔里木油田某井為例，鉆上部井段時（1000m左右）的花費是1000美元/m，鉆下部井段時（5000m左右）的花費則是3400美元/m；四川盆地深層頁巖氣長水平段鉆柱摩阻扭矩大、托壓問題嚴重等導致井下工具能力不足，鉆井動力傳遞不到位，整體機械鉆速僅3～4m/h，嚴重制約著四川盆地頁巖氣的高效開采；川渝地區須家河/茅口組非均質性強、研磨性高、可鉆性差、工具動力不足/不配套，嚴重影響了鉆頭破巖效率，機械鉆速低于1m/h。深部硬地層的高效低成本鉆進是深井（超深井）中的首要技術問題，是制約我國向陸上油田深部地層及深海邁進的技術關鍵。因此，開展針對深部硬地層的高效破巖方法和破巖機理研究，提高鉆頭破巖效率是解決深部硬地層提速降本難題的關鍵。 1.1 石油鉆井中常用鉆頭 圖1-2 三牙輪鉆頭 鉆頭是破碎巖石打通地面和油氣藏通道*直接的工具，目前國內外石油鉆頭主要有兩大類，一類是牙輪鉆頭，另一類是聚晶金剛石復合片（polycrystalline diamond compact，PDC）鉆頭。牙輪鉆頭是使用*廣泛的一種鉆井鉆頭。牙輪鉆頭工作時切削齒交替接觸井底，破巖扭矩小，切削齒與井底接觸面積小、比壓高，易于吃入地層，工作刃總長度大。因而減少了鉆齒和巖石間的相對磨損。牙輪鉆頭在鉆壓和旋轉鉆柱的作用下，鉆齒壓碎并吃入巖石，同時產生一定的滑動而剪切巖石。 世界上**只牙輪鉆頭由美國休斯公司創始人霍華德？休斯先生于 1909 年研制成功，此后牙輪鉆頭得到飛速發展。1925 年出現了鉆齒相互交錯嚙合的自潔式兩牙輪鉆頭。由于都采用無密封的簡易滑動軸承，這種鉆頭在硬地層的磨粒性環境中工作壽命較短。1932年出現了滾動軸承的兩牙輪鉆頭，相對于簡易滑動軸承，軸承壽命大大延長；1933年三牙輪鉆頭代替兩牙輪鉆頭，鉆齒齒面壽命和鉆進速度顯著增長；1935年移軸式三牙輪鉆頭的成功研制，將沖擊壓碎作用和刮削作用結合應用于中硬和中軟地層，將進尺速度增加了30%，單只鉆頭進尺增加20%，牙輪鉆頭自此進入大發展階段。三牙輪鉆頭如圖1-2所示。 牙輪鉆頭能夠適應從軟到堅硬的多種地層，因此其成為應用*廣泛的鉆頭。隨著型號的增多，牙輪鉆頭的使用份額也逐漸超過了刮刀鉆頭成為鉆頭的主導產品。 隨著石油行業的發展，對牙輪鉆頭的性能提出了更高的要求。20世紀60年代，噴射式牙輪鉆頭開始推廣，牙輪鉆頭的鉆井速度大大提升，這是牙輪鉆頭發展的一次重大革命。1951年**只硬質合金鑲齒鉆頭由美國休斯克里斯坦森（Hughes Christensen）公司制造出，并投入市場。然而當時的深井數量不多，加之很少在極硬和研磨性很強的地層中鉆井，且此時鉆齒與軸承壽命并不匹配，因此該鉆頭并未推廣開。20世紀60年代初期，儲油補償密封系統首次出現，其后出現了大量有關密封軸承系統的專利。1970年正式出現了密封儲油滑動軸承牙輪鉆頭，牙輪鉆頭壽命大增。 之后牙輪鉆頭朝著軸承密封性能、鉆頭布齒結構以及切削齒強度方向發展。隸屬于斯倫貝謝的Reed-Hycalog公司推出的Titan系列大直徑牙輪中采用軸承結構，能承受超過400r/min的轉速以適應井下馬達驅動鉆進技術。Reed-Hycalog公司研制的固定切削齒鉆頭，集熱穩定、超強耐磨切削齒技術及高穩定鉆頭結構特征于一體，配合改良的鉆機和鉆井液，在美國得克薩斯州東部硬巖地層鉆井中的鉆井時間平均降低了37%。休斯克里斯坦森公司在推出帶有人造金剛石增強層的Genesis鉆頭系列基礎上，研制出帶有Endura Ⅱ硬敷焊材料的XLX鋼齒鉆頭。Endura Ⅱ中富含大量球形鑄造碳化鎢，其幾何形狀能增強鉆頭牙齒和保徑部位的強度及耐磨性，在強研磨性地層中保護鉆頭掌尖部位。 直到1979年，牙輪鉆頭配齊了從極硬到極軟的完整系列。在這期間硬質合金材料、齒形、固齒工藝等多方面的問題得到解決，軸承壽命不斷提高。采用硬質合金鑲齒的優越性逐步體現出來。牙輪鉆頭此時已是世界上使用*廣泛的鉆頭。 此后牙輪鉆頭的改進主要圍繞改進制造處理工藝、開發完善各種品種系列上。休斯克里斯坦森公司生產的牙輪鉆頭材料也由20世紀70年代的EX30、EX55鋼發展到了90年代的EX9310鋼。這為鉆頭的綜合優良性能奠定了堅實基礎。隨著鉆井向著深層位，復雜地層發展，這些復雜工況對牙輪鉆頭又提出了新的要求。80年代，休斯克里斯坦森公司推出了一系列高速牙輪鉆頭。 “優勝劣汰”是機械工程技術發展的一條必然法則。隨著PDC鉆頭的崛起，20世紀90年代時，牙輪鉆頭在某些地層中的鉆速及壽命已遠遠落后于PDC鉆頭。但作為應用*廣泛且使用歷史*悠久的鉆頭，截至2009年，牙輪鉆頭仍占油田鉆頭總消耗量的70%左右，常配合中低速大扭矩渦輪鉆具進行深井鉆進。在硬巖鉆井過程中，牙輪鉆頭齒容易損壞，牙輪-PDC復合鉆頭也是目前油氣井鉆頭發展的主要趨勢之一。 PDC鉆頭是隨著復合材料的發展而發展起來的一種新型切削型鉆頭。PDC是在高溫高壓條件下將聚晶金剛石和硬質合金基體燒結而成的一種復合超硬材料。該材料具有金剛石的高耐磨性和硬質合金的高抗沖擊韌性，被廣泛應用于地質鉆探、機械加工等領域的切削元件。人造聚晶金剛石*早于20世紀50年代末由南非德比爾斯公司研制而成，此后得到不斷完善和發展。1971年美國通用電氣公司研制出PDC切削齒。1973年，美國克里斯坦森公司生產出適用于石油鉆井的PDC鉆頭，并于同年11月18日進行了現場實驗。在首批鉆頭的實驗過程中發現，其存在的缺陷是復合片黏結不牢固，導致切削齒過早脫落，*終鉆頭失效。1975年，PDC鉆頭的研制開始向工業化發展，并于20世紀70年代末取得成功，在實際勘探開發中獲得了巨大的經濟效益。80年代，鉆探（井）界開始大面積推廣運用PDC鉆頭，如圖1-3所示。 圖1-3 PDC鉆頭 PDC鉆頭是20世紀鉆井工程的重大技術突破。作為新型破巖工具，自問世以來，憑借其在軟到中硬地層中具有破巖效率高、機械鉆速快、可靠性高、壽命長等特點在世界石油、天然氣等地質鉆探開發領域得到了越來越廣泛的應用。而且隨著其需求量的逐年增加，對鉆頭的性能要求也越來越高。數據統計表明，現階段在油田勘探開發中，PDC鉆頭的進尺量占世界鉆井總進尺的比例已超過90%。 PDC鉆頭進入市場四十多年來，其對世界范圍內的石油、天然氣鉆井行業產生了重大影響。PDC鉆頭與硬質合金牙輪鉆頭相比，其使用壽命長，鉆進速度快，且結構簡單，沒有活動部件。這在很大程度上降低了鉆井成本，提高了效率，還從結構上消除了事故隱患。在地層相同時，PDC鉆頭與牙輪鉆頭相比，機械鉆速可以提高33%～100%，成本可以降低30%～50%，單只進尺可增加3～4倍。隨著PDC制造水平和質量的提高，PDC鉆頭的適用地層和用量也不斷擴大。PDC鉆頭的進尺量占油田鉆探總進尺的比例已由二十年前的不足16%增加到了目前的超過90%；目前PDC鉆頭在世界油氣市場的份額已達80%。 圖1-4 刮切-牙輪復合鉆頭示意圖 然而，在鉆進硬地層和軟硬交錯地層時，PDC鉆頭的使用仍然受到限制。PDC鉆頭的使用領域僅局限于軟、中硬地層，未能有效鉆進深部堅硬地層和研磨性地層。工程技術及研發人員通過對現場經驗的不斷總結，對本領域技術的開拓創新，在傳統PDC鉆頭的基礎上進行了進一步優化設計，使其能夠適應于各種典型地層，推出了系列個性化提速鉆頭。 1984年，Schumacher等[2]提出了如圖1-4所示的刮切-牙輪復合鉆頭結構。其至少包含一個刀翼和一個牙輪，刀翼的端面布置有用于刮切破巖的刮切齒，刮切齒用以切削巖石與牙輪相互作用后所形成的齒坑脊。該結構的鉆頭與常規的牙輪鉆頭或PDC鉆頭相比，能夠有效提高破巖效率。然而，由于當時刮切齒材料的技術水平不高，其抗沖擊的性能不能滿足鉆井的需要，該復合鉆頭技術并未得到很好的推廣應用。 2010年，位于美國休斯敦的貝克休斯公司申請了將PDC鉆頭和牙輪鉆頭合二為一的Kymera復合鉆頭專利技術。圖1-5展示的該切削結構由固定的PDC切削齒和可轉動的牙輪切削齒組成[3， 4]。該復合鉆頭既具有PDC鉆頭的持久工作能力和優越的切削性能，又擁有牙輪鉆頭的強度。一方面，Kymera復合鉆頭具有比PDC鉆頭更平穩、更低的鉆進扭矩，鉆進壽命更長、扭轉振動更弱、可靠性更高；另一方面，Kymera復合鉆頭比傳統牙輪鉆頭具有更高的機械鉆速，更小的軸向振動，所需的鉆進鉆壓也更小。現場實鉆結果表明該復合鉆頭能夠有效降低鉆井成本。隨后研究人員又根據現場的需要對該復合鉆頭進行了優化改進。 圖1-5 Kymera復合鉆頭示意圖 2013年，國民油井華高（National Oilwell Varco，NOV）公司將圖1-6所示的用于鉆進難鉆地層的FuseTek復合鉆頭推向市場[5]。該鉆頭將具有高轉速的PDC鉆頭和高耐磨性的孕鑲金剛石鉆頭的優勢融合在一起，在刀翼面布置PDC復合片，在刀翼頂部孕鑲金剛石材料。這樣的設計使得該鉆頭鉆遇硬夾層時能夠增強鉆頭的抗沖擊能力。鉆頭的鉆進地層范圍從中硬地層擴大到堅硬高研磨性地層。當復合片磨損之后孕鑲金剛石成為主切削結構，鉆頭能夠繼續保持良好的鉆進能力。現場應用表明其既能夠顯著提高鉆井效率，又能延長鉆頭的使用壽命。 圖1-6 Fuse Tek復合鉆頭 2013年，為了解決PDC切削齒上聚集的摩擦熱、提高PDC切削齒的刮切效率、延長鉆頭的使用壽命，Smith公司采用自己獨*的360°旋轉P
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