油气钻头用金刚石复合片（PDC）行业市场发展状况
思瀚产业研究院 海明润    2026-06-08

聚晶金刚石复合片（Polycrystalline Diamond Compact，PDC）是指应用在油气钻采、矿山开采等领域的一种超硬复合材料，是通过将金刚石微粉与硬质合金基体在高温高压下烧结而成，既具有聚晶金刚石的高硬度、高耐磨性与高导热性，又具有硬质合金的高韧性。PDC 在硬度、加工精度、摩擦系数及使用寿命方面与传统材料相比，具有显著的优势，广泛应用于石油、天然气、页岩气、地质及煤田的钻探开采。

PDC 通常钎焊于 PDC 钻头，是钻头上起到切削和掘进的核心部件。PDC 钻头由多个聚晶金刚石复合片钎焊、镶装或烧结到钻头体上而制成。PDC 钻头带动 PDC 切削齿高速旋转，岩层在极高的接触应力下破碎，完成钻进工作。在钻头钻进的过程中，PDC 会由于磨损逐渐消耗。

在所有钻采场景中，油气钻采场景对 PDC 的性能及稳定性的要求处于最高水平，其核心源于油气田地质条件的复杂性。在钻进过程中，PDC 切削齿需承受高强度压力与切削力，会引发钻头工作区域温度骤升，从而导致加速磨损，叠加剧烈冲击载荷等多重破坏机制，易造成 PDC 磨损或崩裂。因此，油气钻头用 PDC 必须具备显著优于其他领域的耐磨性、抗冲击性及耐热性，产品技术指标高本质上是油气钻井对地层穿透效率与钻具可靠性双重挑战的必然要求。

鉴于油气钻采场景对于 PDC 性能指标及品质稳定性的特殊要求远超其他领域，其技术复杂度与生产工艺难度显著提升，需要厂商在材料应用、配方设计、组装工艺、合成技术及加工工艺等方面具备深厚技术积累。当前我国仅有海明润等少数几家超硬复合材料企业能够生产符合国际标准的高品质产品并参与全球市场竞争。

（2）PDC 行业发展概述

①海外 PDC 行业发展概述

超硬材料作为现代工业领域的核心功能性材料，其核心组成聚晶金刚石（PCD）具有与天然金刚石相似的卓越物理特性，包括超高的硬度、强度及耐磨性。其理论基础可追溯至 20 世纪中叶的科研突破：1938 年，德国科学家勃欧曼（Böhm）与西蒙（Simon）通过系统研究石墨-金刚石相平衡曲线，建立了著名的勃欧曼-西蒙相平衡线，首次明确了碳相变的热力学条件，为人工合成金刚石提供了关键理论支撑。在此理论框架下，工业化合成技术取得突破性进展。

1953 年，美国通用电气公司（GE）研发团队成功研制两面顶压机，创新性地通过高温高压环境实现材料合成。1954 年，该公司进一步采用金属催化剂体系，首次实现人工合成金刚石颗粒的产业化生产，标志着人造超硬材料正式进入工业化应用阶段。这一技术突破不仅奠定了超硬材料产业的基础，更为后续复合化、功能化材料的开发提供了关键技术支持。

20 世纪 60 年代，材料科学家开始探索人工合成金刚石的路径。1966 年，戴比尔斯公司（DeBeers）的布莱尼（Blainley）团队提出以亲和性金属为结合剂制备金刚石聚结体的构想。该技术理念在 1971年由 GE 公司深化实践，成功开发出以硬质合金为基体的 PDC，并于 1972-1973 年间实现商业化生产。该产品通过将金刚石微粉与金属结合剂在高温高压下烧结，形成具有优异抗冲击性能的复合结构，其技术革新被公认为材料科学领域的重大突破。

1976 年，GE 公司正式推出专为石油天然气钻井设计的 Stratapax 系列 PDC 产品，标志着该材料在工程领域的应用进入新阶段。此后，美国合成于 1983 年进入 PDC 市场，通过针对性技术研发显著提升了 PDC 钻头的钻井效能，推动其在钻井领域的规模化应用。至 1997 年，美国合成凭借技术优化与市场推广策略，确立了在 PDC 钻头领域的行业领先地位。

海外 PDC 技术发展相对较早，已形成完整的创新链条，从基础理论研究到工程化应用的各阶段技术已形成较为完备的技术体系，较早地完成体系化的知识产权布局，在全球范围内具有技术先发优势。

②我国 PDC 行业发展概述

我国 PDC 产业起步于 20 世纪 80 年代，通过产学研协同攻关与技术引进并行的路径，逐步实现了从技术突破到产业化应用的跨越。1985 年，国内石油行业专家针对钻井领域对高性能 PDC 的需求，呼吁加快自主化进程。在此背景下，郑州磨料磨具磨削研究所、北京钻探工具厂、上海硅酸盐研究所等科研机构联合开展技术攻关。

1986 年，郑州磨料磨具磨削研究所受国家机械工业委员会科技司委托并获专项资助，正式启动 PDC 项目研发。经过一年多的技术试验，于 1987 年完成初步研制，并于 1988 年进入中试阶段，成功在江汉油田开展钻井试验，标志着我国 PDC 技术从实验室研究迈向工程化应用。

为加速技术转化与市场推广，我国通过合资合作快速吸收国际先进经验。1985 年，四川石油管理局与美国克里斯坦森公司合资，成为国内首家引入国际 PDC 钻头制造技术的企业；1994 年，新疆石油管理局与美国哈里伯顿旗下 Security DBS 公司合资组建新疆帝陛艾斯钻头工具有限公司。这两家合资企业不仅引进了成熟的 PDC 钻头制造技术，还通过技术本土化改造，显著提升了我国 PDC钻头的制造工艺水平，推动其在国内各大油田的规模化应用。

在此基础上，国内超硬材料企业通过持续技术改进与工艺创新，逐步构建起自主技术体系。1990年，郑州磨料磨具磨削研究所联合其他投资方成立郑州新亚，并于 1992 年实现 PDC 产品的工业化生产。同期江汉钻头厂通过与美国凤凰晶体公司合作获得关键设备与工艺支持，在国内成功实现技术转化。此后，四方达、海明润、晶锐材料等本土企业相继成立，进一步壮大了国内 PDC 产业链布局。

经过多年持续研发创新，国内领先企业通过改进材料配方、优化结构设计、创新高温高压烧结工艺及强化质量控制体系等措施，显著提升了 PDC 产品的综合性能。目前，国产 PDC 在耐磨性、抗冲击性及耐热性等关键指标上已接近国际先进水平，能够满足深井、硬地层、夹层等复杂地质条件下的钻井需求。凭借成本优势与定制化服务能力，国产 PDC 逐步取代部分进口产品，在国内市场形成重要供应地位，还出口至北美、中东、东南亚等海外市场，标志着我国在 PDC 领域已具备与国际厂商竞争的实力，公司作为国内油气钻头用 PDC 出海的排头兵，从摸索学习先进经验到自主技术创新，已成为具备全球竞争实力的 PDC 供应商。

（3）PDC 重点终端应用领域—油气市场现状

PDC 重点应用于油气钻采领域，油气钻采的目的是生产石油和天然气，因此油气价格波动虽不会直接影响 PDC 需求，但会通过影响油气钻采行业活跃度从而间接影响 PDC 的使用量。当油气价格处于中高位且稳定时，油气企业现金流改善，会加大勘探开发投资，推动钻机开工率提升、新井钻探数量增加，进而带动钻头及 PDC 的采购需求增长；反之，油价大幅下跌或持续低迷，油气企业会压缩资本开支，放缓钻探节奏，减少耗材 PDC 的采购。

油气价格波动到 PDC 需求的传导链条长，中间存在明显的时间差与缓冲环节，加之全球勘探区块的差异性、多重外部因素影响，油气价格波动与 PDC 需求变化相关性会相对不显著。同时，由于PDC 钻头在整体钻采成本中占比相对较低，且其耗材属性决定产品需求具备一定刚性，因此 PDC 行业周期波动幅度通常小于整体油气市场。

①全球石油天然气供需现状：产销量整体呈上升趋势

在石油市场领域，过去十年全球石油产量及消费量虽然经历短暂波折，整体仍呈上升趋势。自2021 年以来，随着全球经济逐步复苏，石油需求回升；OPEC+联盟通过动态调整减产配额，有序释放闲置产能；美国页岩油企业依托技术优化与财务重组恢复生产节奏，全球石油产量及消费量稳步提升。

天然气作为低碳化石燃料，碳排放强度比煤炭低，成为各国减碳政策下的首选过渡能源。过去20 年随着页岩气技术革命的推动，美国页岩气产量大幅提升，推动美国从净进口国转为最大出口国，并重塑全球天然气贸易格局。中国、印度、越南等亚洲新兴经济体工业化加速，带动发电、化工、钢铁等领域用气需求，成为天然气进口主要国家地区。2022 年俄乌冲突后，欧洲减少对俄管道气依赖，转向美国、卡塔尔进口。在上述背景下，全球天然气产量和销量持续提升。根据能源研究院的数据，过去十年全球天然气产量由 2014 年的 3.4 万亿立方米增至 2024 年的 4.12 万亿立方米。同期全球天然气消费量由 2014 年的 3.39 万亿立方米增至 2024 年的 4.13 万亿立方米，创历史新高，亚太地区贡献主要需求增量。

②我国石油天然气供需现状：产销量整体呈上升趋势

我国石油消费量与全球消费量走势基本一致，过去十年我国石油消费量整体呈上升趋势。2023年，我国石油消费快速增长至约 7.7 亿吨，创历史峰值纪录；2024 年石油消费总量为 7.6 亿吨左右，较 2023 年小幅下滑；2025 年消费总量小幅提升，需求增长主要来自航空和化工部门，交通用油需求受新能源汽车快速普及等影响有所下滑，石油消费结构呈现“汽柴降、航煤升、化工轻油大增”特征。

产量方面，2023 年，我国原油产量达到 2.09 亿吨，同比增长 2.1%；2024 年我国原油产量达到2.13 亿吨，同比增长约 1.9%；2025 年我国原油产量达 2.16 亿吨，创历史新高，这是我国原油产量连续 7 年实现增长，国内原油 2 亿吨长期稳产的基本盘得到进一步巩固和强化。2025 年我国海洋原

油产量持续攀升，连续 6 年占全国石油增产量的 60%以上。页岩油勘探开发加速推进，持续巩固新疆吉木萨尔、大庆古龙和胜利济阳三个国家级示范区及长庆庆城主产区的增产格局，产量快速提升突破至 700 万吨，成为原油增产的重要支撑。

天然气消费量方面，我国天然气消费量保持长期增长态势，2024 年我国天然气消费量超过 4,200亿立方米，首次突破 4,000 亿立方米。天然气消费快速增长有内外两方面因素：一方面，全球天然气市场供需宽松，气价下行、波动幅度收窄，天然气替代煤炭和石油的经济性明显提升；

另一方面，国内天然气产供储销体系建设和市场化改革成效显著，基础设施建设不断完善，储气调峰能力持续增强，为天然气需求增长提供了良好的政策环境和高效的供应保障。2025 年我国天然气消费量超过4,320 亿立方米，交通用气增速超 10%，工业用气、发电用气稳步增长。

天然气产量方面，2024 年，我国天然气产量达到 2,465 亿立方米，天然气产量延续快速增长势头。深层煤层气初步实现规模开发，有望成为天然气持续增储上产的重要接替资源；海洋天然气产量规模持续提升，同比增长 8.7%，非常规天然气勘探开发不断取得突破。根据国家统计局发布的信息，2025 年规模以上工业天然气产量 2,619 亿立方米，比上年增长 6.2%，连续九年增产超百亿立方米。

③全球油气勘探开发：油田工程技术服务市场近年来保持增长

近年来全球油气产销量整体呈上升趋势，促进全球油气钻井活动稳步运行；同时全球油气已探明可采储量可支撑很多年的持续钻采需求，为油田工程技术服务市场的长期稳定增长提供了资源保障基础。2024 年，全球油田工程技术服务市场规模为 3,161 亿美元，继续保持增长，同比增长 3.0%。

④国内油气勘探开发：未来有望进一步加大资本支出

受益于保障国家能源安全战略深入实施及增储上产“七年行动计划”圆满收官，国内油气勘探开发成效显著，储量产量均创历史新高。不可忽视的是，我国油气供需缺口仍然较大，能源对外依存度高。面对我国能源资源短缺、常规化石能源可持续供应能力不足的问题，“十五五”期间，我国将坚持油气核心需求自主保障，实施中长期油气增储上产战略行动，确保原油年产量稳定在 2 亿吨左右、天然气产量稳步增长，强化政府储备和企业储备协同，提升国家石油储备规模，建立更加灵活的轮换动用机制，增强天然气储备调节保障能力。

2024 年，中国石油企业坚持高效勘探、效益开发，优化完善油气勘探开发方案并调整投资计划，油气勘探开发投资约 3,900 亿元，其中勘探投资约 900 亿元，开发投资约 3,000 亿元。未来国内油气

勘探开发将进一步加大资本支出，部分已具有经济性的页岩气开采及南海深海油气资源开发将成为重要支撑点，国内油气行业将迎来长景气周期。长期来看，油气勘探开发活动的持续复苏将形成 PDC需求增长的核心驱动力。

（4）油气钻头用 PDC 市场状况

①油气钻头用 PDC 市场规模预计保持增长

全球对油气勘探的需求不断增长，导致对高效耐用复合片的需求更高。随着勘探重点向陆地超深层油气、海上油气、页岩油气、煤层气等复杂环境资源发展，对高性能 PDC 的需求持续上升。同时，钻井技术和钻头设计的进步进一步增强了 PDC 的能力，使其在各种钻井应用中更加广泛。总体而言，全球油气钻头用 PDC 市场有望持续增长，这是由油气行业不断增长的需求和持续的技术创新推动的。根据 Maia Research 数据，全球油气钻头用 PDC 市场 2024 年的总市场规模达到 7.0255 亿美元，预计 2024 年到 2033 年的复合年增长率为 5.96%。

从消费区域看，在美国广泛的页岩油气勘探活动的推动下，北美仍然是 PDC 市场的主要市场，该地区的市场份额约为 2.6475 亿美元，约占全球市场的 37.68%。该地区受益于先进的钻井技术，并高度重视水平钻井和水力压裂技术，需要高性能的 PDC 产品。欧洲市场占全球市场约 26.19%，该地区专注于北海和地中海地区的海上钻探，推动了能够在恶劣海洋环境中高效运行的 PDC 的需求。亚太地区正在成为 PDC 的重要市场，市场份额占比约为 20.23%，呈现增长态势，该地区的工业化加速带动能源勘探需求，从而促进市场扩张。南美洲、非洲等地区市场份额较少，但未来潜力较大。

根据中国机床工具工业协会超硬材料分会发布的数据，2023 年我国主要企业的复合片销售额达10.7 亿元，同比增长 10.5%，销售量达 1,229 万片，同比增长 36.8%。随着深井、超深井钻探技术的普及以及复杂地质条件下的钻采需求增长，PDC 在极端工况下的性能优势将进一步推动其市场渗透率提升。

②浅部地层的矿产资源陆续枯竭，深部挖掘为 PDC 提供大量需求

随着中浅层勘探开发程度不断提高，油气发现难度日益加大，全球油气勘探开发正经历着深刻变化，向深层—超深层和非常规发展的趋势越来越明显。不仅常规领域油气勘探进入深层—超深层，非常规页岩气和煤层气勘探也大规模向深层进军，深层—超深层油气勘探已经成为化石能源勘探的主战场。当前世界新增油气储量 60%来自深部地层，我国深层、超深层油气资源达 671 亿吨油当量，占全国油气资源总量的 34%。

深井及超深井钻井作业具有井眼轨迹长、多压力系统耦合、井壁稳定性复杂、高温高压环境、深部地层岩石可钻性差及钻机负荷高等技术特征。在 PDC 消耗方面，浅层与深层油气藏开发存在显著差异：浅层油气藏岩石硬度较低且均质性较好，磨蚀性较弱，井眼稳定性较高，钻进难度相对较

低，因此 PDC 钻头磨损速率较慢，单只钻头进尺效率较高，单位井深 PDC 消耗量较低；而深层油气藏面临硬-极硬地层、非均质性显著、高温高压环境加剧材料磨损、岩屑清除困难等多重挑战，导致 PDC 钻头承受的冲击载荷与热应力显著增大，磨损速率加快，且易发生切削齿崩损。随着油气资源品质劣质化、勘探目标复杂化，钻探难度持续加大，单位进尺 PDC 消耗量进一步攀升，从而推动对钻头及石油用金刚石复合片需求持续增长。

③“页岩油革命”催生 PDC 市场机会

A. 全球页岩油储量远超传统石油储量，中国页岩油技术可采储量排名全球第三，为 PDC 市场的长期发展奠定资源基础

页岩油是指以页岩为主的页岩层系中所含的石油资源，目前全球页岩油储量大约在 11 万亿至13 万亿吨之间，远超目前传统石油储量（约 2,400 亿吨）。全球页岩油技术可采资源总量约 2,512 亿吨，从地区分布来看，全球页岩油资源主要集中在北美、南美、北非和俄罗斯，亚洲和大洋洲页岩油次之，目前中国页岩油技术可采储量排名全球第三，约 320 亿桶（按每桶 0.136 吨折合 43.52 亿吨）。

B. 北美页岩油的成功开发为 PDC 带来巨大增量空间

21 世纪初，面对常规油气资源枯竭、国际油价高位震荡及美国国内能源需求持续攀升，美国油气公司通过一系列技术革新，转向非常规能源并实现了页岩油气的效益开发，最终大幅降低了美国原油对外依存度，使得美国的国家能源安全得到了极大的保证，并使美国从石油进口国转变为输出国，重塑了全球能源格局。

在美国页岩油快速发展阶段（2009 年至今），水平井和分段压裂技术的应用实现了美国页岩油商业化规模开发，随后地质导向精准钻井、大规模低成本水力压裂等关键技术的应用和持续创新大幅提升单井产量和开发效率，推动美国页岩油产量快速增长，从而带动 PDC 需求快速提升。

C. 中国页岩油发展基础良好，为 PDC 带来潜在的增量空间

当前，美国页岩油开发最为成功，加拿大、中国等国紧随其后。中国页岩油资源潜力巨大，开发进程呈现分阶段推进特征。根据自然资源部 2019 年初步评价，我国陆上页岩油按有机质热成熟度可分为两大类：中高成熟度页岩油地质资源量达 145-215 亿吨，已进入工业试验阶段；中低成熟度页岩油技术可采资源量为 200-250 亿吨，需通过地下原位开采技术将有机物降质改造为轻质油与天然气。

尽管开发起步较晚，但中国页岩油的开采具备应用基础。与美国相比，我国页岩油产业仍处于“总体规划到技术突破”的初级阶段，距离实现工程规模化与效益开发存在差距。然而，依托丰富的资源基础（技术可采储量全球第三）、持续提升的工程技术能力（如水平钻井、压裂技术自主化）以及明确的政策支持（“十五五”规划强调非常规资源开发），中国具备实现页岩油产业跨越式发展的基础条件。

D. 页岩油储藏条件适配 PDC 钻头，PDC 在油气领域渗透率进一步提升

页岩油的地质特征决定了其开采难度显著高于常规油藏，其地质特征与开发技术要求对钻井工具提出更高挑战。页岩油的埋藏深度通常在数千米至数万米之间，并且地层构造、岩相、流体性质复杂。不仅如此，常规油由于孔隙度、渗透率和含油饱和度较高，所以一般采用直井开采（无水平段）；而页岩由于孔隙度和渗透率极低，必须采用水平井结合水力压裂技术，通过大幅扩大与储层的接触面积来提升产能，这一技术路径使得钻井里程大幅提升，对钻井工具的耐高温高压性能、定向控制精度及抗磨损能力提出了更高要求。

PDC 钻头凭借优异的性能成为了实现页岩油高效开采的核心工具。相较于传统牙轮钻头，PDC钻头可有效应对页岩地层中砾石、硬石膏夹层等复杂岩性带来的冲击载荷，同时减少钻头磨损与更换频率，从而降低停机时间与综合成本。此外，页岩地层常含砾石或硬石膏夹层等难以钻采地层，PDC 钻头通过优化刀翼结构和布齿密度，精准匹配地层力学特性，显著提高了抗冲击性和稳定性，并在高效破岩与稳定钻进之间实现了高度平衡。随着未来全球页岩油气资源进入全面开发阶段，PDC钻头将进一步替代传统牙轮钻头，PDC 在油气领域渗透率随之提升。

E. 页岩油作业特点及全球化发展趋势驱动 PDC 需求量提升

页岩油气水平井每口井需多只 PDC 钻头完成不同井段作业。不仅如此，页岩油气储层致密、流体流动性差，导致页岩油气井产量普遍展现出快速递减的特征，因此若要保持页岩油气产量稳定上产，则必须要依靠钻新井来弥补老井的产量递减，钻井活动频次的提升亦将带动 PDC 需求量的持续增长。此外，近年来北美页岩油钻完井技术持续迭代升级，推动钻井能力与效率同步提升，整体向高速度、高效率及低成本方向快速发展，单台钻机年均作业井数增长显著，进一步放大 PDC 的市场需求。

④全球油气勘探效率不断提升带动 PDC 消耗提升

受益于产业并购以及技术创新，全球油气勘探效率不断提升。从运营角度看，一方面，部分国际石油公司 2024 年完成了并购交易后的资产整合，为提高油气勘探开发效率提供了可能；另一方面，油服公司将继续通过优化供应链等方式提高作业效率，这将使有成本优势的技术型油气钻采类产品供应商受益。从技术角度看，数字化和智能化技术为国际石油公司提升勘探开发效率提供了新路径。

高盛 2024 年 9 月发布报告称，借助人工智能等数智化技术，可将页岩油开发成本削减 30%左右。英国石油公司（BP）也预计，2025~2026 年，数智化技术将为公司上游领域节约成本 20 亿美元。新技术的使用将会加快提升全球油气钻井效率，作为油气钻机核心部件的 PDC 消耗将会提升。

⑤油气装备核心供应链国产化攻关，PDC 产品国内市场替代提速

《2025 年能源工作指导意见》明确要求强化油气勘探开发技术攻关，重点突破深地深水、老油田采收率提升、非常规油气增产等领域的高端装备瓶颈。当前石油装备领域，国内供应链产业链仍存在薄弱环节，国内油气头部企业统筹推进石油石化重大装备的自主化攻关工作，持续开展了深层/超深层油气、页岩油气等关键钻完井装备研发，打造了一批高端技术装备，推进了核心技术装备的自主化，作为钻机/钻头核心耗材的高端 PDC 也正加快自主化进程。

我国是全球超硬材料主要生产国，出口量占全球主导地位，但在高端复合超硬材料制造领域仍长期受制于海外企业。国际著名的油气用 PDC 生产企业包括美国合成、元素六、Mega Diamond 公司等，国内主要有海明润、四方达、郑州新亚等企业。国内企业在高端产品的市场份额上与国外企业仍有一定差距，目前油气用 PDC 市场上中国产品份额仍较低，随着国内企业在高端产品技术实力方面持续精进，领先国内企业将抢占巨大的高端替代市场空间。