本文主要研究提高钻井速度,缩短钻井周期。研究过程中也一直本着以钻头技术研究作为钻井技术提速的切入点,带动钻具组合优化设计、钻井参数优选,形成以钻头技术为主的提速技术系列,形成钻头使用技术规范或推荐做法,全面研究提速配套技术措施,结合管理提速,实现库车山前复杂深井高效、快速开发。通过前期详尽的现场情况分析,确定了以下研究内容:(1)该区块砾石层钻头应用技术现状;(2)岩石可钻性及钻头技术进展调研和研究;(3)复合片材料实验评价研究;(4)个性化钻头设计技术研究;(5)钻头现场使用及配套工具技术研究。收集目标区块地质岩性、岩石力学、测录井、钻井工程以及钻头等相关资料,通过地质岩性描述、岩石力学、测井数据等资料,总结目标区块地层特点,通过统计钻头使用记录,总结该区块钻头使用特点以及存在的问题;对岩石破碎机理技术进展进行调研,对国外主要钻头制造厂家的钻头技术进展进行调研,对金刚石复合片材料厂家及技术特点进行调研,下部钻具组合及钻头配套应用技术进展调研,利用岩石力学软件计算该区块砾石层的岩石特性参数;对复合片材料厂家和型号进行优选,对复合片耐磨损、抗冲击、高温稳定性进行实验评价研究;依据现场情况,对钻头设计需求及特点进行分析,针对该区块情况进行砾石层用钻头个性化设计(包括刀翼数、冠部形状、布齿角度、保径长度和方式、水力性能等);对该区块现用下部钻具组合和钻井参数进行分析,与钻头配套的推荐钻具组合和钻井参数研究,对设计的钻头进行现场试验。研究结果表明,复合片的实验室测试主要包括材料分析试验及功能性测试两个方面。其中材料分析可通过XRD、Raman、C-Scan等方法进行,来判断其烧结质量。功能性测试则从耐磨性、热稳定性、抗冲击性等几个方面衡量复合片的使用性能。针对不同的具体地层应用,选用不同的测试方案及评定结果。通过对上部砾石层的钻头失效分析,创新的复合片实验室测试选型以及订制的脱钴方案,以及针对高含砾层位和低含砾层位的不同设计,得到了两种不同设计的上部砾石层钻头设计。经过三井次、5只钻头的现场试验,证明了两种钻头性能超过同期进口钻头水平,钻头设计目标得以实现。