Customized Design and Application of High ROP Bit for Deep Shale Gas

Zhu Xiaohua; Deng Kaichuang; Liu Weiji; Li Ke; Li Yuanjun; Chen Wei; Yan Juntao

doi:10.12473/CPM.202503085

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Customized Design and Application of High ROP Bit for Deep Shale Gas

THEMATIC PAPER | 更新时间：2026-01-19

- Customized Design and Application of High ROP Bit for Deep Shale Gas
- China Petroleum Machinery Vol. 53, Issue 10, Pages: 1-7(2025)
- 作者机构：
  
  1.西南石油大学机电工程学院
  2.贝肯能源控股集团股份有限公司
  3.重庆页岩气勘探开发有限责任公司
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.12473/CPM.202503085
  CLC： TE921
- Received：23 March 2025，
  
  Revised：2025-04-17，
  
  Published：10 October 2025
- 稿件说明：
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祝效华，邓开创，刘伟吉，等.深层页岩气提速钻头定制设计与应用［J］.石油机械，2025，53（10）：1-7.

Zhu Xiaohua，Deng Kaichuang，Liu Weiji，et al.Customized design and application of high ROP bit for deep shale gas［J］.China Petroleum Machinery，2025，53（10）：1-7.
祝效华，邓开创，刘伟吉，等.深层页岩气提速钻头定制设计与应用［J］.石油机械，2025，53（10）：1-7. DOI： 10.12473/CPM.202503085.

Zhu Xiaohua，Deng Kaichuang，Liu Weiji，et al.Customized design and application of high ROP bit for deep shale gas［J］.China Petroleum Machinery，2025，53（10）：1-7. DOI： 10.12473/CPM.202503085.

摘要

随着页岩气开发规模的扩大，深层页岩气钻井提速成为提高开发效率的关键，其中针对地层特点设计更具有针对性的钻头是提高钻井效率的有效手段。根据渝西区块某页岩气井的钻井提速需求，分析目标层位特点，考虑钻头需穿越多个层位，应保证钻头的地层适应性和抗冲击性。基于全局力平衡模型优化布齿方法，设计了五刀翼双排齿的PDC钻头，采用混合布齿策略（平面齿与三平面齿结合）提升钻头钻进效率并增强抗冲击能力。现场应用结果表明，该PDC钻头在ø311.2 mm井眼三开中实现单趟进尺868 m，平均机械钻速12.67 m/h，机械钻速同比邻井至少提高了16.65%，在深层页岩气开发中具有良好的适应性。该PDC钻头融合混合布齿设计与力平衡优化模型，形成适用于深层页岩气复杂地层的PDC钻头定制化方案，可为降低钻井成本、提高开发效率提供技术支撑。

Abstract

As the development scale of shale gas expands， improving the rate of penetration （ROP） of deep shale gas has become the key to improving development efficiency， and designing more targeted bit based on formation characteristics is an effective means to enhance drilling performance. In response to the ROP improvement demand of a shale gas well in Yuxi Block， the characteristics of target horizons were analyzed. Considering that the bit needs to penetrate multiple layers， the formation adaptability and impact resistance of the bit should be ensured. Based on the cutter layout optimization method from global force balanced model， a five-blade double-row-cutter PDC bit was designed， and a hybrid cutter layout strategy （combination of planar cutter and triple planar cutter） was used to enhance the drilling efficiency and impact resistance of the bit. Field application shows that the PDC bit achieves a single-run footage of 868 m in ø311.2 mm hole section， with an average ROP of 12.67 m/h， which is at least 16.65% higher than that of offset wells， showing excellent adaptability in deep shale gas development. This PDC bit integrates hybrid cutter layout design with a force-balanced optimization model， forming a customized PDC bit solution for complex formations in deep shale gas reservoirs， providing technical support for reducing drilling costs and enhancing development efficiency.

关键词

Keywords

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