摘 要：近年來，隨著石油勘探開發的難度增加，在現有鑽井技術條件下，使用牙輪鑽頭已經很難大幅度提高鑽井速度，因此國內外研究的熱點集中在對金剛石鑽頭的研究開發方面。目前國內外在金剛石鑽頭設計、切削齒研製、水力能量利用研究等諸方面都取得很大進展，推出不少新理論、新技術、新產品。
眾所周知，鑽井是石油勘探開發的「龍頭」，行業中有句名言：「鑽頭不到，石油不冒」，說得就是這個道理。此話既形象地比喻出鑽井工程在油氣田勘探開發工程中的重要地位，更道出了「鑽頭」這一用於鑿巖成孔的硬體在鑽井工程中所處的重要作用。故此，世界各國均在注重鑽井工藝技術研究的同時，加大工作力度進行高效鑽頭的研製和新產品研究開發。
以休斯·克裡斯坦森公司為代表的一些主要鑽頭設計製造公司，在鑽頭的改進和開發方面做了大量的工作，取得可喜成果，推出了混合式鑽頭、抗迴旋鑽頭、抗振鑽頭、快速硬地層鑽頭、雙切削結構鑽頭、新型金剛石鑽頭等。其最新研究成果有：
1.1在應力處理齒，黑冰拋光齒、硬質合金支撐邊 緣齒的基礎上，又研製出加厚複合片切削齒、雙切削刃齒等新型切削結構。
1.2在金剛石鑽頭力學的研究中也有新的突破，提 出漫流水力設計概念(即在靠近和遠離鑽頭中心各布一對稱噴嘴，使水力能量分配更合理)、異形噴嘴結構等新的水力設計方案。
1.3與此同時，近幾年運用電滲透原理減輕鑽頭泥 包的研究也比較活躍，並開發出使鑽頭表面呈負電特性的工藝——氣體滲氮處理技術。
1.4在加強保徑、改進排屑槽設計、延長鑽頭壽命、 鋼體鑽頭表面硬化、增加切削麵積、有效清除巖屑等方面的研究中也做了大量工作，取得不少成果。
1.5金剛石鑽頭切削元件的規格也從單一品種發 展到今天的品種多樣。目前，熱穩定聚晶金剛石有三角聚晶系列、圓柱系列、園片系列;聚晶金剛石複合片直徑有3/8"、1/2"、3/4"、1"系列等，從常規片到爪形片、弧形片、精磨片等，使切削元件的規格品種多樣化。
最近幾年，Christensen、Smith、Hycalog、Secu2rityDBS、Geodiamond等外國公司以及國內的川克、新星、石油大學(華東)、勝利油田等單位都在致力於金剛石鑽頭的研製與改進、推出一批設計新穎的鑽頭。
2.1 適用多地層的新型金剛石鑽頭
一種被稱為「變換式」的鑽頭鑽軟地層時能象布齒密度低的鑽頭那樣快速鑽進，而在較硬地層鑽進時又能象布齒密度高的鑽頭那樣具有堅韌的耐久性。這一特點是通過把主刮刀與輔助刮刀之間可變夾角特性與享有專利的新型水力系統相結合而實現的。這種鑽頭上裝有兩種形式的刮刀、通過調節這兩種刮刀的切削作用可使鑽頭適用各種地層。
2.2 多水眼金剛石鑽頭
休斯·克裡斯坦森公司最近研製出一種裝五個刮刀片和19mm切削齒的多水眼金剛石鑽頭。這種多水眼金剛石鑽頭配有兩個斜置的中心主噴嘴和八個輔助水眼。通過噴嘴和水眼的液流指向每一個切削齒，使總過流面積從484mm2增加到774平方 mm2 ，降低了鑽頭處的壓降，獲得更大的流量，鑽頭處只消耗泵壓5%，有效地清除了鑽頭泥包。這種設計還提高了鑽頭在低水馬力範圍內的工作效率。
休斯・克裡斯坦森公司在這種鑽頭的設計中加入了碳化鎢支撐邊緣(CSE)切削齒，以防止切削齒發生早期斷裂。之後又採用了優質拋光的黑冰CSE切削齒，進一步提高了鑽頭的耐磨性和工作性能。這種鑽頭與貝克・休斯Inteq公司的井底泥漿馬達配套使用。
2.3 帶有自銳式切削齒的水力輔助破巖鑽頭
石油大學(華東)研製了一種新型的、帶有自銳式切削齒的水力輔助破巖系統，既可提高對工作重點切削齒的冷卻，又可實現水力—機械破巖的目的。這種鑽頭由鑽頭基體、水力噴射系統及自銳式切削齒構成，其特徵在於水力噴射系統是由布置在鑽頭基體頂端的、中心徑向傾斜噴嘴及外圈近切向噴嘴組成，並將自銳式切削齒布置在鑽頭基體的頂端。試驗結果表明，由於該鑽頭採用了合理的水力噴射系統和自銳式切削齒，使得重點切削齒實現與水力聯合破巖的目的，彌補了普通金剛石鑽頭的純機械切削、切削齒過快鈍化及清巖不暢等缺陷，可大幅度提高鑽進速度。
2.4 「金」系列與「星」系列鑽頭
「金」系列鑽頭是克裡斯坦森公司近年開發出的一種金剛石全面鑽進鑽頭，它的最大特點是大幅度提高鑽頭壽命和機械鑽速。「金」系列包括十四種不同結構、適用於不同地層的鑽頭，「金」系列鑽頭具有獨特的設計使其在金剛石鑽頭市場上處於高科技領先地位。
「星」系列鑽頭可容易地對切削齒的後傾角和磨損節進行調整，從而減輕其吃入性並降低扭矩的變化，適合在大斜度井和水平井中應用。「星」系列金剛石鑽頭包含了「金」系列金剛石鑽頭的全新概念。
2.5 適合多夾層地層的金剛石鑽頭
勝利油田鑽井工藝研究院研製出一種適合多夾層地層的金剛石鑽頭。這種金剛石鑽頭具有獨特的切削結構，以金剛石複合片作為主切削齒，以熱穩定聚晶金剛石作為輔助切削齒，二種切削齒以一定的加工形式形成複合切削結構，大大提高了金剛石鑽頭的應用範圍。
金剛石鑽頭技術的發展已經有二十多年的歷史，但目前金剛石鑽頭在設計上的改進步伐比以往任何時候都快。因為金剛石鑽頭的應用範圍越來越廣泛，人們對它的期望值越來越高，於是迫使設計人員要不斷的努力，不斷地創新，開發出新的更有效的方法來優化鑽頭設計，改進鑽頭設計，研製出新型鑽頭。目前，金剛石鑽頭研究的焦點已從治療型向預防型轉變。
從國內外鑽井趨勢來看，在現有鑽井技術條件下，使用牙輪鑽頭已經很難大幅度提高鑽井速度，特別是在易斜等特殊地層，受鑽井參數影響，機械鑽速較低，大大影響了建井周期。而金剛石鑽頭機械鑽速高、進尺多、壽命長，極大地提高了鑽井速度，在深井中更是具有壽命長的優勢。使用金剛石鑽頭是加快勘探開發速度的趨勢所在。