pdc钻井为什么用三轮钻头（钻头泥包原因分析及对策）

PDC 钻头泥包原因分析及对策

为了实现快速钻进，钻井过程中越来越多地使用PDc 钻头。由于各种因素的影响，经常发生PDC钻头泥包的现象，导致起钻次数增多，甚至被迫使用牙轮钻头。PDc 钻头泥包，严重制约了公司总包井钻井速度的提高，影响了公司综合效益和钻井市场的形象。有必要对PDC 钻头泥包的影响因素进行分析，并制订相应的对策。

一、PDC 钻头泥包的现象

钻进过程中，PDC 钻头使用没到期且所钻地层岩性没发生变化，如果出现以下情况，就说明钻头被泥包了：(1)钻进中，钻时明显增加，从每米几分钟上涨至几十分钟；(2 ）下钻或短起下后，钻时较快，钻进几米后，钻时明显变慢；( 3 ）钻进中，其它参数不变的情况下，泵压上涨，扭矩变小；起出钻头后，切削齿、流道槽、保径部分有滤饼，说明在钻进过程中发生了泥包。

二、造成PDC 钻头泥包的原因造成PDC 钻头泥包的原因主要有以下几个方面因素：（ 1）钻井液性能方面：钻井液性能差，如失水大、滤饼厚、抑制性差、润滑性能差等。

( 2 ）钻进地层特性方面：软泥岩地层、易吸水膨胀的地层或软硬交错的地层，易形成泥包。

( 3 ）钻进参数方面：钻进中排量较小，未能将钻屑及时带离井底，造成重复切削。钻进中钻压不均匀，使切削齿瞬间切人地层的深度不一致，特别是钻时变慢后，盲目加大钻压，会迅速包死PDC 钻头。

( 4 ) PDC 钻头选型方面：选用中心孔流道较小的PDC 钻头，容易导致钻屑堵在底部，造成泥包。近年使用中DBS 的PDC 钻头泥包很少，而其它PDC 钻头或试验用钻头较易泥包。

三、预防PDC 钻头泥包的技术对策使用PDC 钻头对钻井液和工程措施都提出了比牙轮钻头更高的要求，不能将适合牙轮钻头的参数用到PDC 钻头使用上。根据对PDC 钻头泥包原因的分析，除地层原因是无法进行人为调整控制的外，其它几方面的因素都是人为可控的，主要采取以下措施来预防PDC 钻头泥包。

1 ．下入PDC 钻头前维护处理好钻井液性能钻井液性能是否良好是防PDC 钻头泥包的重要因素。可以想象两种极端情况，一是PDC 钻头放人泥浆罐中，一是PDC 钻头放人淤泥罐中，前者肯定不会泥包，而后者肯定会泥包。要达到不泥包的状态，应调整好钻井液性能。调整钻井液性能又主要是控制钻井液的失水，提高钻井液的抑制性、润滑性。

（ 1）钻进中，应降低钻井液失水，避免地层吸水后形成厚滤饼阻卡等。

（2 ）抑制性：加人大分子包被剂、聚合醇等，抑制泥岩地层造浆、分散。

（3 ）润滑性：做到粘性泥岩的钻屑在PDC 钻头上粘不起，必须加足润滑剂、清洁剂，加量与当时钻井液密度等有关系。清洁剂加足是以钻井液不起泡为准，润滑剂加量一般为1 ％一3 ％。

（4 ）钻进中，应加强固相控制，只有尽量清除劣质固相，才能实现优良的钻井液性能。

2 ．工程措施

工程措施也是防PDC 钻头泥包的重要因素。PDC 钻头钻速快、钻屑多，必须要有足够的排量，迅速带出钻屑；否则重复切削会形成淤泥而泥包钻头。同时，对其它措施也有较高要求。

（l ）排量：倪16 井眼中应尽量提高排量，应保持在30 - 35 口。之间，而现场实际排量一般在25一28 口s 之间，低排量只适于牙轮钻头，而不适应钻井速度较快的PDC 钻头。( 2 ）钻压：在不井斜的情况下，加大钻压有利于提高钻速，但在软泥岩地层加大钻压易形成泥包，送钻均匀，避免送钻不均匀造成PDC 钻头泥包。

（3 ）下PDC 前进行短起下，消除厚滤饼、阻卡，有利于防泥包。

（4 ）适当地层下PDC ，防止因地层原因造成的泥包。加强PDC 钻头选型，以适应新钻地层。

（5 ）钻进中，钻时变慢，怀疑PDC 钻头泥包，应将PDC 钻头上提，离井底1 一2m ，增大排量，提高转速，争取将部分泥包的钻屑甩掉，便于继续钻进。

（6 ）下PDC 钻头前应测量起出的牙轮钻头外径，防止PDC 钻头下人小井眼遇卡，同时预防PDC钻头下人井径变小的井眼段，减少钻头泥包。

（7 ）下人PDC 钻头，由于有保径部位接触井周，相当于一个小扶正器，改变了钻具的结构，导致刚性增强。因此，在厚滤饼段、井斜率变化大的井段要用牙轮钻头通井，应有耐心坚持划眼，待井眼畅通后再下PDC 钻头。

( 8 ）优选PDC 钻头，在易泥包地层选用排水槽大的PDC，使钻屑能容易及时地排出，减少发生泥包。

3 ．现场实例

( l ）某井砚16 井眼因溢流导致井下垮塌，埋钻具，被迫侧钻。井深2 635 . 00 一5 050 . 34m 为侧钻段，其中2 660m 为井斜最大点，5 . 540 ，后逐步降斜。井深4 631 . 08m 下入PDC 钻头，钻时慢，gh 钻进3 . 37m 至4 634 . 45m 。起钻发现钻头底部形成垫层状泥包，水眼堵3 个。分析原因为PDC 钻头在下钻中刮划造斜段井壁，在未下到井底前已形成泥包，即先期泥包。后通过遇阻划眼，分段循环，下人PDC 钻头正常钻进，日进尺40 一60m 。

( 2 ）某井311 mm井眼，钻井液密度1 . 82 cm ，深4 164 . 55m 下人PDC 钻头，钻时慢，1 : 30钻进0 . 7m ，钻头发生泥包现象。多次采用钻头提离井底0 . 2 、0 . 4m 循环，钻井液冲洗PDC 钻头后逐渐恢复正常，平均钻速1 . 5m /h 。该井由于使用0127 钻杆，排量受机泵条件限制，只有30 一32 L/s ；后在同构造上使用140 钻杆，排量达40 一42 L/s ，同井段使用同型号钻头，无泥包现象，并且机械钻速高，可见排量小也是造成PDC 钻头泥包主要因素。

四、结论

( l ）维护处理好钻井液性能是预防PDC 钻头泥包的主要技术措施之一。

( 2 ）优化钻井参数，特别是采用大排量及时清除钻屑和下人PDC 钻头前使井眼畅通，也是有效预防PDC 钻头泥包的主要措施。

( 3 ）使用PDC 钻头有利于快速钻进，但是必须考虑到使用PDC 钻头特殊性，克服按使用牙轮钻头操作PDC 钻头的惯性思维，认真解决各种不利的影响因素，才能真正将这一先进工具转化为生产力。

一、造成牙轮钻头泥包的原因

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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。

二、PDC钻头泥包的常见现象1、钻进时进尺明显变慢，或者说钻时明显升高；2、增大钻压或减小钻压对钻速无明显影响；3、地层变化时对钻速影响不大；4、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，甚至堵死钻头水眼，阻塞循环通道；5、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；6、起下钻出现“拔活塞”现象；7、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致无法钻进；8、钻井中发生钻具刺漏、循环出现短路，处理完后钻速明显变慢。

三、PDC钻头泥包的预防

1、泥浆性能的调整

1）、混油或增加润滑剂投入量，使钻屑不易粘附到钻头上；

2）、加大钻井液中聚合物含量，控制失水，提高泥饼质量；

3）、提高钻井液抑制性，减少泥页岩的水化分散；

4）、降低钻井液粘度、切力，及时清除劣质固相；

5）、对高渗砂层，可使用屏蔽暂堵技术，减少渗透性漏失；

6）、对含膏岩层，应提前加碱，防止其污染泥浆。

7）、维护处理好泥浆性能，在PDC钻头入井前后对预防钻头泥包都是有效的；PDC入井后，开泵前，配置一定量的清洁剂（表面活性剂）对钻头加以清洗也有一定效果。

2、工程技术措施石油钻井装备

1）、首先做好PDC钻头的选型工作，钻头水眼、流道设计应利于排屑；

2）、下入PDC钻头之前，应充分循环泥浆，清洗井眼，防止起钻后滞留在井眼内的钻屑继续水化分散；

3）、下入PDC前先短起下钻，对井壁泥饼进行刮削、挤压，将厚泥饼拉薄、压实，尽量保证井眼畅通、消除阻卡；在钻头泥包高发区，如果采用了所有方法也无法避免PDC钻头泥包，那么先使用牙轮通一趟井就成了必要手段

4）、下钻时在钻头流道表面涂满黄油，形成一层保护膜，减少钻头与泥浆中的劣质固相直接接触的时间，或者把钻头包起来，这样做既便在深井中也是有一定作用的；

5)、下钻时钻头不断刮削井壁，井壁上的泥饼或滞留于井内的钻屑会在钻头下堆积，到一定程度便会压实在钻头上，那么下钻中途进行循环，将钻头冲洗干净也是有其必要的；

6）、下钻过程中还应适当控制速度，防止钻头突然冲入砂桥，钻进一堆烂泥中；另外如果速度恰当，PDC钻头会顺着上一只钻头所钻的螺旋形井眼轨道行进，而不是在井壁上划拉下大量泥饼。

6）、每次下钻到底时必须先开泵，尽量提高排量充分冲洗井底和钻头，等排量满足要求后再轻压旋转钻进0.5-1m，这也是PDC钻头造型的要求。

7）、尽量采用大排量钻进，保证PDC钻头的充分清洗与冷却；

8）、在软泥岩中钻进，应尽量采用低钻压、高转速、大排量，没有必要盲目使用高钻压去追求那仅高一小点的钻速，那只是牙轮钻头的使用方式；

9）、操作要精细，送钻加压一定要均匀，不能忽大忽小。

四、PDC钻头泥包的处理

1、处理钻头泥包的第一条原则就是：不要急于打钻，因为越打包的越厉害；

2、停止钻进，提高排量加强水力冲洗效果，上提钻头脱离井底，提高转速增大离心力使泥块易于甩出，并上下大幅度活动几次，然后下压至井底不开转盘循环5-10分钟，将上述过程反复操作；如果在2个循环周内无效，就应当考虑起钻了。

3、无论预防或处理钻头泥包，调整泥浆性能都是必然的，发现钻头有泥包迹象，应立即停钻并配置清洁剂在第一时间打入井内对钻头进行清洗。(end)

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