由于在Nahr Umr软页岩地层中能获得持续的所需的造斜率，牙轮钻头在阿布扎比8 1/2” 可导向钻井中占据明显优势。在垂直井段，PDC钻头常常获得四倍于镶齿牙轮钻头的机械钻速。但是，反扭矩的波动使得用PDC钻头造斜的定向操作大受影响，造成较差的工具面控制及不一致的造斜率。总体结果是较低的机械钻速和不持续的造斜率。为了减少钻井成本，休斯·克里斯坦森公司与阿布扎比海上油田公司（ADCO）采用新的设计工艺及跨职能专家组的方法，开发出了一种新型的用于钻弯曲井段的可导向PDC钻头，在保证PDC钻头的高机械钻速这一优势的同时，还实现了可控的扭矩响应及连续的定向操作。
油井岩性
适合实验的阿布扎比陆上油田81/2”层段起始于深约2012米无侧限抗压强度为9～21ksi的石灰岩层段的底部。约2256米深处是无侧限抗压强度为3～5ksi的页岩，其一直延伸到2469米深处油藏的上部。在到达40°井斜的油藏之前，几乎有一半的定向钻井工作都发生在软页岩地层中。石灰岩油层的特性表现为软和硬地层的交替出现，软岩石的无侧限抗压强度为9 ksi左右，而较硬岩石的无侧限抗压强度为15～26ksi。
油井设计
定向钻井一直持续到水平井段为止，所测深度常达2896米。所用的典型底部钻具组合（BHA）包括一只IADC517牙轮钻头和63/4”容积式马达（PDM），具有介于1.5°～1.9°之间的曲度。该钻具组合可轻易地获得所要求的定向操作，但牙轮钻头常无法一次性完成井段。早期使用传统PDC钻头的尝试都因钻头的导向问题而告失败。在软的、各向异性的页岩层段，工具面方向在从垂直井段初始造斜的过程中发生不连续变化，无法达到程序所设计的7°～10°造斜率(BUR)。结果，在滑动钻具组合并试图低速随钻操控方面花费了较多的时间。
专家组方法
为了克服诸多的钻井限制条件，由来自ADCO及休斯·克里斯坦森公司的工程师们组成的专家组设计了一种PDM与PDC钻头组合方法，其能够钻复杂的夹层层段。专家组这一概念与最近由ADCO实施的油井生产限制（WDL）纲要相结合，提倡在作业方与服务提供商之间形成一种开放式的合作氛围。
工作范围
ADCO与休斯·克里斯坦森公司的工程师专家组首先根据不同阶段确定了相应的工作范围：
* 问题申明及评价：作业方及服务公司就目标性能达成了一致意见。包括基本数据的收集、邻井情况研究、钻机能力。
* 概念设计：工程师分析钻井数据，研究邻井钻井情况，明确设计特征，设计钻头，钻头性能建模。
* 开发及试验：在原尺寸大小的钻机上测试成品钻头的稳定性、侧向切削及可导向性能，用实际钻井模拟器评价钻头在6000psi（414bar）的静水压力下的抗泥包性能。
* 事后总结：在每次重要的试钻之后，专家组进行会面，依据WDL方法总结经验教训并使之成文。
专家组目标
专家组的目标是：将油井的每英尺成本至少削减25%。根据计算表明，只有以10.7米/小时的累积机械钻速单次钻进完成井段才能实现此目标。即，该机械钻速是牙轮钻头在邻井中机械钻速的两倍。除了较高的机械钻速之外，此定向钻井还要求保持
10°～12°的造斜率，这意味着需要严格的工具面控制。
工具面控制
专家组对早期的PDC钻头使用情况作了研究，认为工具面控制是主要障碍。定向井司钻声称在初始造斜期间及接近曲线末端的地方工具面控制尤为困难。以下两个影响因素是造成控制问题的根本原因：
1）钻柱柔性，尤其是在初始造斜期间；
2）PDC钻头的进攻性。
钻柱柔性：油井设计中，在深约2012米处的垂直井开始转为定向井段。这一深度在工具面控制中起着重要作用，因为其影响钻柱的抗扭钢度。当钻柱不断变长时，其柔性也在不断增加（钢性减少）。作业方选择了
5.5”的管子钻杆。在可能选择更大钻柱而支付更多花费之前，专家组做出了更具吸引力的选择：更具可导向性的PDC钻头。
钻头进攻性：相比牙轮钻头而言，PDC钻头较难控制，原因有二：
其一，PDC钻头在任何机械钻速下都需要较大的扭矩，因为其切削岩石靠剪切而不是破碎。钻井过程无法完全平缓，因此越高的平均钻井扭矩会带来更大的井下扭矩变动。如果钻柱柔性又很高的话，则最终结果是不稳定的工具面。
其二，与第一个原因有关，即PDC钻头的进攻性是牙轮钻头的4～18倍。就此而论，由钻压及所导致的反扭矩来确定进攻性。因此，PDC钻头的扭矩响应对钻压的变化极为敏感，从而导致反扭矩的变化，进而又引起工具面位置的改变。
多年来，大量的钻头设计方法用于改进性能：增加齿后倾角，更多的刮刀数，小的切削齿，抗磨节及大倒角。这些方法旨在减少因改变钻压与钻头扭矩曲线斜率而引起的进攻性。然而，这些方法在提供软页岩中的可导向性的同时，却伴随着钻头在硬地层中效能及机械钻速的损失，钻头仍具有进攻性而无法以大角度钻极软地层。
切削深度控制
一种称之为切削深度控制（Depth of Cut Control）的新技术的出现既保持了钻头在硬石灰岩中的机械钻速，还实现了钻头在软页岩中的可导向性。试想一下木工活中用的普通手刨。当该工具前进时，它去除掉了一定量的木头。去除的木头量是由从刨体中突出的切削刀刃来控制的。通过控制PDC切削齿吃入地层的深度（即切削深度），从而控制推动切削齿所需的能量（扭矩）。切削齿的吃入深度可通过调整其露出钻头体的高度来进行控制。
专家组同设计工程师一起将控制深度方案应用于新钻头。他们调整了露齿高度及刮刀形状，因此钻头可正常钻达预定的切削深度。超出了目标深度的话，承载面将与井眼底部啮合。理论上，进一步钻进所需的钻压会呈指数级增加，而扭矩只会呈线性增长。最终结果是，一旦承载面啮合时，进攻性会急剧减小。
实验室验证
研制出来的新型钻头在休斯·克里斯坦森的钻井研究设备上进行了实验。在低切削深度情况下，当钻压增加时，扭矩迅速增加。在此范围内，钻头以有效PDC钻头的典型进取值钻进。当超出了目标切削深度时，承载表面啮合井眼底部，并造成钻压增加的同时扭矩有些许增加。此钻进方式下的进取值是牙轮钻头普遍存在着的。工具面控制同样也可与牙轮钻头一比。基于乐观的实验结果，新钻头被用于钻井施工现场进行测试。
新的底部钻具组合（BHA）技术
为了改进定向钻井性能，PDC钻头设计应用专家组寻找适用的钻头/马达组合。这种马达应提供能满足定向要求的相对较高的造斜率及PDC钻头能有效钻井所需的相对较高的扭矩。超级系列（Ultra Series）M1 X-P能满足这些要求，因为其具有两项重要特征从而能很好地适用于阿布扎比的特殊应用。首先，M1X-P具有新式X-tremeT技术动力部件，其能提供100%以上的动力，及更大机械效率的扭矩。其次，此马达的高折曲可调造斜（AKO）允许急转折。目前的最大值为2.2°,理论最大弯曲率为15°/100英尺（但马达仍在其可转动范围内）。
现场操作
在2001年11月至2002年6月期间，已有33只新型可导向PDC钻头投入了使用，总进尺达26116米，钻时为2386小时。
结论
PDC钻头设计工艺的专家组将每英尺成本缩减了44.26美元，总计节省3,792,367美元的钻井成本。在不同下套管深度之间，单次下钻完成了整个8 1/2”井段，减少了过去所需的两个或更多的牙轮钻头。该井段的平均机械钻速翻番，即从镶齿钻头的5.5米/小时增至新型PDC钻头/马达组合的11米/小时。目前的机械钻速记录是966米井段的18.3米/小时。
此新型马达/钻头组合的一系列成果使得作业方扩大了PDC钻头的使用范围，而不仅限于最初的意图，成功用于单点折曲度和整体弯曲度都大的应用中。马达/钻头组合目前已完成了作业方有水平造斜的PDC钻头井段的四分之三，其中包括复杂的三维构造井。其中一口井取得了256°的总弯曲度，几乎相当于一个二维井中的三次水平造斜。