定向钻进和多孔底钻进是降低钻探成本和缩短矿床勘探时间的重要方法之一。
当前地质勘探领域先进的定向钻进和多孔底钻进现代工艺已开始采用带弯外管的螺杆钻具+随钻测斜系统，通过调节螺杆钻具的工具面向角，控制钻孔倾角和方位，使钻孔轨迹沿预定轴线延伸，可较灵活地实现精确受控定向钻进的目的。但在许多野外生产单位仍主要靠在孔内安装固定式定向偏心楔的办法来施工。往往首先用小径钻头钻出0.3～0.4m深的导向孔，然后再用大径钻头在导向孔中扩孔，并把新孔孔底扩至2～3m深。实践中该工艺过程常因缺乏可靠的专用钻头而经常出现孔内复杂情况。
在导向孔段开始钻进之前，下入偏心楔之后，如果用传统的两牙轮钻头和聚晶金刚石钻头钻进，经常会出现偏心楔被切出槽子的情况，从而造成无法处理的事故，或造成该孔段过度弯曲，使标准岩心管难以通过偏心楔孔段。为了预防这种情况，后来采用如下工艺来钻进过渡孔段:首先用46mm直径的金刚石钻头钻出1.6m深的导向孔，然后用定向螺杆带59mm取心钻头或批量生产的直径59mm金刚石全面钻头扩孔，用刮刀钻头及其钻具反复扩孔以消除该孔段存在的“狗腿弯”，然后用59mm直径金刚石钻头带1.0m、1.5m、2.0m和3.0m长的组合钻具钻进新的定向孔段。
实践表明，在这种工艺过程中可避免偏心楔出现切槽。但是每钻过一个偏心楔，会因为外径过度磨损而报废1～2个金刚石钻头。同时因为必须经常提钻换钻头而延长了钻进作业时间。
为了研制更可靠的沿偏心楔钻进工具，防止出现金刚石钻头造成偏心楔切槽的事故，乌克兰超硬材料研究所研制了ИСМ－59钻头(图6－1)。
钻头上有6片装有TVESAL超硬材料的翼片和与长圆锥衔接的圆弧形端面，然后是钻头的圆柱形切削面。圆锥部分可扩展孔壁，顺着偏心楔体移动并防止其切槽。圆柱形切削端面可保持孔径达到给定值。
图6－1 用于定向钻进的ИСМ－59钻头
第一阶段进行无岩心定向钻进试验，钻头所钻岩石可钻性为Ⅸ～Ⅹ级。试验结果表明，随着钻头转速和轴向载荷增大，钻头的机械钻速增长不明显。当n=585r/min和P=25kN时，机械钻速等于0.7m/h。由于机械钻速太低，说明ИСМ－59型全面钻头不适宜钻进这类地层。
在后续试验中，ИСМ－59型钻头曾用于沿着KOC－57偏心楔把直径46mm的钻孔扩至59mm。ИСМ－59型钻头可沿KOC－57偏心楔扩孔并避免使楔体出现切槽。而批量生产的金刚石钻头很难沿偏心楔正常钻进。单个钻头的最大进尺曾达11m，经过8次这样的固定式偏心楔造斜钻进，其直径磨损仅1.3mm。而批量生产的ИКШ型钻头在这种情况下只能经受1～2次偏心楔钻进便无法继续工作。
生产试验过程中，钻进造斜孔段和绕过事故孔段时，在孔深200～500m处发现造斜后楔体出现切槽。采用修复孔内偏心楔的传统办法并见效，看来出现孔内事故是不可避免的。于是，现场决定后续作业采用ИСМ－59型钻头来铣削并修复偏心楔的切槽。所用的钻头为阶梯形，与57mm加重钻铤的锁接头刚性相连，从而既可修复切槽，又可继续钻进。现场用ИСМ－59钻头成功地修复了KOC－57固定式偏心楔，消除了其上的4个切槽，此后该钻头仍可继续工作。
上述实践证明，ИСМ－59钻头对于沿固定式偏心楔钻进并消除其上的切槽而言是高效工具。但它用于钻进完整孔底时并不合理，因为它无法保证必需的钻速。因此，在后续阶段专门研制了ДСИ－59型金刚石孕镶钻头，其结构呈内凹形(图6－2)。钻头用粒度800/630μm的金刚石对端面补强，并在保径层上装有两圈直径5mm的TVESAL镶嵌体。
在该钻头的结构中，钻头特别重要的承载部分既有孕镶金刚石层，又有TVESAL镶嵌体。
图6－2 用于造斜孔钻进和扩孔的ДСИ－59型钻头
ДСИ－59型钻头曾在ЗИФ－650M钻机上进行钻进可钻性Ⅹ级钠长岩的试验。用于承担钻进造斜孔的导向孔扩径任务，并把新定向孔钻至10m深，同时修复因偏心楔切槽造成的事故。进行造斜孔钻进和导向孔扩孔钻进的规程如下:轴向载荷10～12kN，转速576r/min，泵量70～80L/min。
定向孔的钻进工艺循环包括:安装偏心楔，用碎石和碎玻璃填充加固它，用直径46mm的钻头钻进导向孔达2m深，在钻进导向孔的同时用被刚性固定的ДСИ－59全面钻头切削弯曲的孔段，并进一步加深新的定向孔身。
钻过偏心楔时采用如下钻具组合:ДСИ－59全面钻头，阶梯形异径接头和用不同长度钻杆连接的4个金刚石取心钻头。这种组合的长度等于1.3m，未超过偏心楔切槽的长度。在试验过程中，这2个ДСИ－59新钻头在10个KOC－57偏心楔上完成的钻进进尺达23m。试验表明，ДСИ－59钻头既具有扩孔的功能，又能避免楔体切槽。刚性组合有利于很好地铣削孔身并使新导向孔加深2～3m。
此外，采用刚性组合的ДСИ－59钻头可省去1.0～1.5m长的岩心管，并减少起下钻作业的次数，从而在整个作业循环中节约时间10～12h。
所进行的试验表明，ИСМ－59和ДСИ－59型钻头是进行定向钻进和多孔底钻进的高效工具。