位于美国德克萨斯州东部的Haynesville页岩储层在钻井和完井方面存在许多挑战。该区域易冲击地层的特征（包括石灰岩、硬石膏、页岩和砂岩等夹层）显著影响了机械钻速，从而增加了井下钻进时间及综合成本。
 
提高钻速
 
Haynesville页岩气水平井的成本取决于水平段的长度、钻机成本和其它一些相关因素。在过去十年里，显著提高机械钻速和缩短钻机时间相对停滞，然而Rockcliff能源公司的经验证明：专为盆地环境而设计的钻头能将机械钻速提高69%，从而减少了钻机的工作时间及相关钻井成本。Rockcliff能源公司是一家独立的钻井作业商，专注开发东德克萨斯州的Haynesville页岩区块。
 
在迦太基油田，Rockcliff能源公司在钻9-7/8井段遇到如下挑战：该井段要求在14个不同岩性、抗压强度不确定、以及冲击和磨损情况都不确定的不同地层中钻进。由于抗压强度较高、砂岩的研磨性强、夹层的高冲击性以及横向振动强，钻头切削结构损坏严重，位于该井段一半多处的Travis Peak地层最难钻进。Rockcliff公司希望提高钻头的机械钻速来减少钻井天数。斯伦贝谢旗下的史密斯钻头公司与Rockcliff团队合作开发了一种适用于盆地环境钻井的钻头。
 
设计钻头
 
该钻头的设计理念为钻头必须考虑许多变量，包括切削齿类型和井下冲击与振动。为开发出最佳的钻头结构，井下测量数据至关重要，通过井底钻具组合进行井下测量的数据无法提供钻头与岩石之间相互作用的真实信息，但通过钻头数据采集技术来验证地层不同层位岩石和钻头之间的相互作用，可为优化钻头设计提供有用信息。
 
Rockcliff公司给史密斯钻头公司的团队提供了各种数据输入，包括可用于性能分析的地面数据和地层上部数据。史密斯钻头公司的技术团队与Rockcliff公司技术人员共同确定了钻头的性能要求，旨在提高钻头的机械钻速和进尺。
 
史密斯钻头公司建议使用斯伦贝谢公司的Synapse性能洞察和优化服务在两口邻井部署钻头内数据采集，用于了解钻具组合的动态情况。通过不同地层，分析钻具组合动态是优化钻井性能的关键因素，分析的主要目标之一是减少有害的井下冲击和振动，从而延长设备的寿命、提高机械钻速、改善井眼条件和定向控制，并降低综合钻井成本。
 
史密斯钻头公司将井下数据、地面数据和地层上部数据上传到云中，通过云中的专有算法将各项输入合并并同步到一份报告中。初步发现表明：ROP的增加与冲击和振动的减少相关联，通过与Rockcliff公司分享该研究成果，最终制定出钻头设计的优化方案。
 
数字化建模
 
在两口邻井的钻进过程中，钻头数据不断输入平台来重新校准模拟模型，提供有关钻头设计参数的即时见解。使用该动态建模系统，钻头和岩石间的相互作用能在虚拟环境中被量化和验证，从而定制材料和钻头结构。与传统方法比，这种虚拟设计的钻头减少了为提高性能而设计的迭代次数。此外还减少了因钻头失效而导致多次起下钻的风险，同时也减少了因钻头设计不当（这通常会导致钻头损坏而无法修复）而产生的额外成本。
 
设计钻头时，选择切削元件至关重要。史密斯钻头公司通过地层每个层段的特性和优化服务获得的知识，使用锥形金刚石和凹面金刚石切削元件进行钻头设计。凹面金刚石元件有一带较厚金刚石层的锥形脊，可显著改善冲击损坏，其独特的凹面特征有效降低了切削齿的后倾角，从而可以更深地切削岩石。在给定的钻压下，与常规聚晶金刚石复合片相比，锥形金刚石元件的圆锥形状能在地层形成高度集中的点载荷。
 
实际应用
 
一次钻井过程中，专为Rockcliff公司的Carthage油田所设计的钻头与最近的邻井（2英里范围内）相比，其钻进速度提高了69%，以114英尺/小时的速度钻进了6734英尺，而邻井使用第三方钻头的机械钻速仅68英尺/小时，进尺更少。这项服务为Rockcliff公司节省了近40小时的钻井时间，并创造了一项ROP新记录。该性能提升表明：浅孔钻井中的ROP不再滞后，与基本的设计结构相比，钻头的振动降低了55%。
 
美国德克萨斯州东部Haynesville页岩盆地Carthage油田，Rockcliff能源公司的定制钻头钻井性能应用效果明细。Haynesville页岩的钻井性能提升相对停滞了近十年，特定的、适用于盆地环境的钻头技术正在帮助突破停滞瓶颈。通过更少的设计迭代，作业者可以获得量化的机械钻速增益，从而缩短了钻井时间，能够更快地在未来的井中应用更为优化的钻头设计，这最终会对钻井界紧张的资本支出预算和整体经济状况产生积极的影响。为盆地钻井环境专门设计的新型钻头将给美国德克萨斯州东部的Haynesville页岩储层开发带来积极的效应。