浅析PDC钻头及泥包原因分析和对策

2016-07-20陈红玲新疆油田公司概预算中心克拉玛依834000

新疆有色金属 2016年2期

陈红玲（新疆油田公司概预算中心克拉玛依　834000）

浅析PDC钻头及泥包原因分析和对策

陈红玲
（新疆油田公司概预算中心克拉玛依834000）

摘要使用PDC钻头是现代钻井提高钻速采用的普遍方法，很多钻井队在施工过程中经常碰到PDC钻头泥包的情况，这不仅延长了钻井周期，还给现场施工人员带来更大的工作量和施工风险。找到PDC钻头泥包的原因，如何避免反复发生钻头泥包现象是本文主要讨论的内容。

关键词PDC钻头原因对策

DOI∶10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.02.014

1　 PDC钻头简介

PDC钻头属一体式钻头，整个钻头无活动部件，主要有钻头体、冠部、水力结构（水眼或喷嘴、水槽亦称流道、排屑槽）、保径、切削刃（齿）五部分，见图1。

图1

1.1 PDC钻头的工作原理

PDC钻头的钻井液从水眼中流出，经过各种分流元件分散到钻头工作面各处冷却、清洗、润滑切削齿。钻头的水眼位置和数量根据钻头结构而定。保径部分在钻进时起到扶正钻头、保证井径不致缩小的作用。采用在钻头侧面镶装金刚石的方法达到保径目的时，金刚石的密度和质量可根据钻头所钻岩石的研磨性和硬度而定。对于硬而研磨性高的地层，保径部位的金刚石的质量较高，密度也较大。

1.2 PDC钻头破岩机理要点

⑴在钻进某些硬地层时，在钻压作用下压入岩石，使与切削齿接触的岩石处于极高的应力状态而使岩石呈现塑性。

⑵在塑性地层（或岩石在应力作用下呈塑性的地层），切削齿吃入地层并在钻头扭矩的作用下使前方的岩石内部发生破碎或塑性流动，脱离岩石基体，形成岩屑，这一切削过程相当于“犁地”，称作犁削。岩屑的体积大体等于切削齿吃入岩石的位移体积。

⑶在脆性较大的岩石中，在钻压和扭矩作用下所产生的应力使岩石表现为脆性破碎，即属于以剪力和张力破坏岩石。在这种情况下，PDC钻头的破岩速度较高，岩石破碎的体积远大于切削齿吃入后位移的体积。

⑷在坚硬岩石（如燧石、硅质白云岩、硅质石灰岩等）中，由于切削齿本身强度的限制，较大粒度切削齿上的钻压不足以使岩石内部产生塑性变形，所以一般均采用细颗粒的金刚石制成孕镶式切削齿来钻进，其特点是要靠切削齿的棱角实现微切削、刻划等方式来破碎岩石。这时分离出来的岩屑基本上是粒度很细的粉末。

2　使用PDC钻头钻进中泥包的常见现象

⑴钻进时进尺明显变慢，或者说钻时明显升高；

⑵增大钻压或减小钻压对钻速无明显影响；

⑶地层变化时对钻速影响不大；

⑷部分钻头水眼堵死，致使循环通道阻塞，不能有效通过导流槽排除钻屑造成泥包。一般情况下泵压略有升高或无明显变化，但有时也会出现高泵压；

⑸钻头牙齿不能有效吃入地层，表现出扭矩变小或扭矩波动范围减小；

⑹起下钻出现“拔活塞”现象；

⑺短起下钻过后钻速明显变慢，继续钻进可能会逐渐恢复原钻速而泥包解除，或者继续变慢造成严重泥包导致无法钻进；

⑻钻进中发生钻具刺漏、循环出现短路，处理完后钻速明显变慢。

3　造成PDC钻头泥包的原因

⑴地质因素：所钻地层为上部不成岩的软泥，极易粘帖于钻头表层，压实后造成钻头泥包；地层中的泥页岩虽成岩，但易于水化分散，使井眼内泥质或固相含量大增，吸附于钻头表面造成钻头泥包；或者地层中含有分散状石膏，造成泥浆污染后，泥浆中的有害固相难于清除，使钻头被泥包的机率大增；地层渗透率高，在压差作用下，吸附井筒内有害固相及未及时携带出的岩屑，形成厚泥饼，起下钻时在PDC钻头下方堆积造成钻头泥包。

⑵泥浆性能因素：泥浆抑制性差，无法控制泥页岩的水化分散；固相含量和粘切过高，钻出的岩屑难于清除，易吸附在钻头表面，如果使用的是无固相钻井液，钻头是绝对不会发生泥包的；泥浆比重偏高，失水大，易形成过厚的粗糙泥饼；润滑性能差、钻头表面无法形成有效的保护膜，钻井液中的劣质固相易吸附在钻头上。

⑶工程技术因素：钻进中排量小，不能有效清洗井底及钻头，同时上返速度不足，岩屑在井内滞留时间长，粘附于井壁形成厚泥饼，尤其是中上部钻速高时更为严重；在软泥岩地层，钻压过大，地层或钻屑与钻头表面形成直接接触，造成钻头泥包；长裸眼下钻未进行中途循环，从井壁上刮下的泥饼或钻屑则会泥包钻头。

⑷钻头选型因素：水眼设计无法满足排屑要求；流道排屑角阻碍了钻屑顺利脱离井底。

⑸操作水平因素：下钻速度过快，钻头不是在顺着螺旋型轨道向下滑行，而是在井壁上不断刮削泥饼或钻屑，极易造成钻头泥包；下钻时遇阻不是接方钻杆循环划眼冲洗钻头，而是下压或下冲，从井壁上刮下的泥饼或钻屑则会泥包钻头；下钻到底时操作方法有误，如果先启动转盘，后启动泵，同样也会造成钻头泥包；在软地层中钻进时，送钻不均匀。