页岩气、致密油气、深井超深井油气和深水油气的勘探开发对钻井工具提出了更高要求。本文介绍了国外钻井工具——高效破岩钻头的新进展，在此基础上，对国内钻井工具的未来发展提出了建议，以继续加大低成本替代技术的研究力度，以实现经济有效开发。
随着页岩气、致密油气、深井超深井油气和深水油气勘探开发力度的加大，地质条件更加复杂恶劣，在钻井工具与仪器方面将面临许多挑战，如：
（1） 硬地层、研磨性地层及非均质地层机械钻速慢、钻井效率低；
（2） 水平井摩阻扭矩大，托压严重，轨迹控制困难；
（3） 储层预测难度大，优质储层钻遇率制约单井产量等。
为解决上述问题、应对上述挑战，近年来国外在钻井工具与仪器方面取得了不少新进展，从一定程度上代表了今后的发展方向。目前，我国的钻井工具与仪器同国外先进水平相比尚有较大差距，因此应追踪国外近年来出现的新型钻井工具与仪器，对于及时调整和优化钻井工具与仪器的研发方向，提前做好技术储备具有重要意义。
一、 高效破岩钻头
1、Aegis铠装合金钻头 由Schlumberger公司研发的一种新型防护层技术，采用特殊的碳化钨材料制成，可显著提高钻头的抗腐蚀、穿透和耐磨性能。铠装合金防护层设计优势如下：
（1）采用电子束增材制造工艺敷设到钻头表面。与常规胎体PDC钻头相比，球状碳化物颗粒呈高度均匀分布，消除了传统堆焊方式形成的空隙，进而使钻头的抗腐蚀性能提高400%，强度提高40%。
（2）助于刀翼设计和喷嘴位置优化，提高排屑效率和机械钻速。
（3）现场使用效果：在北美、欧洲、中东和南美陆地和海上进行了现场测试。BP公司在俄克拉荷马州阿纳达科盆地8口井中应用了两只铠装合金钻头，与邻井常规胎体PDC钻头相比，平均机械钻速提高36%，8趟钻共缩短施工时间179 h。
2、Crush＆Shear混合式钻头
由Halliburton Company研发，采用优化的切削齿布置设计，其中心位置布设牙轮锥体以有效地压碎岩石，钻头端面布设PDC切削齿以剪切破碎岩石。这种优化结构结合了传统PDC切削齿的高效率与滚动元件的降低扭矩功能，增加了钻头可控性、耐用性，显著提高了钻头稳定性和钻进速度。
技术优势如下：
（1）采用硬质合金牙轮锥体可减少扭矩波动；
（2）可根据特定目的设计优化PDC切削齿布设；
（3）采用浅中心结构可以增加钻头横向稳定性并降低扭矩；
（4）可承受高钻压的同时降低扭矩波动，改善工具面控制；
（5）降低钻头横向振动，延长PDC切削齿使用寿命，提高钻进效率。
Crush＆Shear混合式钻头适用于硬质、易跳钻地层，有助于在造斜段钻进中更好地控制工具面，从而提高机械钻速。
3、智能自适应钻头
采用智能化切深控制机构利用钻头或近钻头测量数据，可根据不断变化的动态环境、地层特征、钻进方向自行优化调整，实现部分刀翼轴向伸缩闭环控制，从而提高机械钻速、井眼质量和定向性能。针对上部较软地层，可使用相对固定的六刀翼钻头；而针对下部研磨性极强的地层，通过在钻头上安装更多可伸缩的刀翼，借助智能自适应钻头技术，可在不起钻的情况下使用轴向伸缩刀翼，从而提高钻头耐用性。
技术优势如下：
（1）减少扭矩波动，利于工具面控制；
（2）对于造斜段，结合单弯螺杆对钻头进行切削深度控制，可以确保平稳的扭矩波动；
（3）对于水平段，切削深度控制机构缩回刀翼，与造斜段相比平均机械钻速可提高3~4倍
4、凹面PDC钻头
其耐冲击性能出色，可提高多种岩石类型的机械钻速，提升整体钻井效率并降低建井成本。
该钻头采用凹面复合片，该元件为锥形脊，采用切削刃尖端较厚的金刚石层提高了抗冲击性，可通过点载荷破岩，中心部位的凹形减小了有效切削刃的背前角，有助于钻进更大的深度，适用于中等强度夹层。
5、双曲面复合片钻头
其独特的双曲面复合片精密成型的厚金刚石层及铠装切削刃提高了抗冲击性和耐用性，中心的双曲面形状和断屑剖面有助于产生小的钻屑，可缓解泥包，提高钻屑清除效率。与常规PDC切削齿相比，切削刃的正前角增大，在软塑性地层中无需较大的轴向载荷和周向力穿透、剪切岩石，利于定向控制，切削深度和平均钻速均有提高。
