曹正一 王雲(yún) 王兵 張翔 宋春光

摘要：隨著鉆井提速的需求，鉆井現(xiàn)場(chǎng)更多地使用PDC鉆頭，顯著提高鉆井效率，減少起下鉆，避免掉鉆頭等事故，降低成本。但在應(yīng)用中經(jīng)常有PDC鉆頭泥包的現(xiàn)象，泥包是制約PDC鉆頭使用和提高機(jī)械鉆速的主要問(wèn)題。本文在分析泥包原因的基礎(chǔ)上，從泥漿性能、鉆井參數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)操作等方面結(jié)合施工井鉆頭泥包現(xiàn)象，對(duì)PDC鉆頭泥包進(jìn)行了分析，提出預(yù)防PDC鉆頭泥包的技術(shù)措施，有助于解決PDC鉆頭泥包的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：PDC鉆頭;泥包;粘度;切力;劣質(zhì)固相

1?PDC鉆頭結(jié)構(gòu)及布齒方式

1.1 PDC鉆頭結(jié)構(gòu)

PDC鉆頭是以聚晶金剛石復(fù)合片（PDC）作為切削刃的鉆頭，主要由鉆頭體、聚晶金剛石復(fù)合片切削齒、水力結(jié)構(gòu)等部分組成。其中鉆頭冠部是其工作面，其工作面的幾何形狀影響鉆頭的穩(wěn)定性、井底清洗、鉆頭磨損及鉆頭各部位載荷分布。鉆頭工作面形狀一般包括內(nèi)錐、頂部、側(cè)面、肩部及保徑五個(gè)基本要素。

1.2 布齒方式

PDC鉆頭布齒方式有三種：刮刀式布齒，單齒式布齒，組合式切削齒。

刮刀式布齒方式的特點(diǎn)是將切削齒沿著從鉆頭中心附近到保徑部位的直線（或接近于直線的曲線）布置在胎體刮刀上，在適當(dāng)?shù)奈恢貌贾脟娮欤ɑ蛩郏?，每個(gè)噴嘴或水眼起到冷卻或清洗一個(gè)或兩個(gè)刮刀片上的切削齒的作用。采用這種方式布齒的PDC鉆頭具有整體強(qiáng)度高、抗沖擊能力強(qiáng)、易于清洗和冷卻、排屑好、抗泥包能力強(qiáng)的特點(diǎn)，在黏性或軟地層中應(yīng)使用這種布齒方式的PDC鉆頭。

單齒式布齒方式是將切削齒一個(gè)一個(gè)地單獨(dú)布置在鉆頭工作面上，在適當(dāng)?shù)牡胤讲贾脟娮旎蛩?，鉆井液從噴嘴流出后，切削齒收到清洗及冷卻，當(dāng)同時(shí)也起到阻流與分配液流的作用。這種結(jié)構(gòu)的布齒區(qū)域大、布齒密度高，可以提供鉆頭的使用壽命，但水力控制能力低，容易在黏性地層泥包。

組合式切削齒的布置采用直線刮刀和單齒式相結(jié)合的方式，在適當(dāng)?shù)牡胤讲贾盟刍驀娮?，這種布齒方式具有較好的清洗、冷卻和排屑能力，布齒密度較高。這種布齒方式的鉆頭多用于中等硬度地層。

2?PDC鉆頭泥包現(xiàn)象及原因

鉆井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐表明，在使用PDC鉆頭的地層的各井段都不同程度地出現(xiàn)過(guò)泥包現(xiàn)象，隨著的定向井、特別是大位移定向井和水平井的增多，泥包現(xiàn)象尤為突出。鉆頭泥包后易切削能力迅速降低容易發(fā)生蹩跳現(xiàn)象，造成脆性PDC復(fù)合片的先期損壞，導(dǎo)致PDC鉆頭復(fù)合片的崩、脫的惡性循環(huán)，也會(huì)對(duì)隨后入井PDC鉆頭構(gòu)成一定潛在威脅。同時(shí)增加了鉆井周期，在很大程度上增加了鉆井成本。

2.1 PDC鉆頭泥包的現(xiàn)象

2.1.1 正常鉆進(jìn)時(shí)鉆時(shí)明顯變高，通過(guò)增加鉆壓或減少鉆壓對(duì)鉆時(shí)無(wú)明顯影響。

2.1.2 通常泵壓略有升高或無(wú)明顯變化，采用動(dòng)力鉆具鉆進(jìn)時(shí)加壓幾乎無(wú)憋泵現(xiàn)象;但有時(shí)下鉆到底堵死鉆頭水眼，也會(huì)出現(xiàn)高泵壓，阻塞循環(huán)通道造成鉆頭泥包，繼續(xù)鉆進(jìn)可能會(huì)逐漸恢復(fù)原鉆速，泥包解除，或者繼續(xù)變慢造成嚴(yán)重泥包致無(wú)法鉆進(jìn)。

2.1.3 鉆頭牙齒吃入地層有效深度降低，表現(xiàn)出扭矩變小或扭矩波動(dòng)范圍減小，機(jī)械鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)負(fù)荷明顯降低。

2.1.4 鉆井中發(fā)生鉆具刺漏、地面循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)短路，有效排量降低，處理完后鉆速明顯變慢。

2.1.5 上提鉆頭有阻力，阻力的大小隨泥包的程度而定。起鉆時(shí)，井口環(huán)形空間的液面不降，或下降很慢，或隨鉆桿的上起而外溢。

3?PDC鉆頭泥包的預(yù)防

判斷是否鉆頭泥包，必須結(jié)合地質(zhì)、泥漿性能、工程技術(shù)方面綜合考慮。鉆頭現(xiàn)象大幅減少，機(jī)械鉆速明顯提高，鉆井周期不斷縮短，鉆頭消耗明顯降低。

3.1 工程技術(shù)措施

3.1.1 要有足夠的鉆井液排量。東營(yíng)組以上地層松軟，因機(jī)械鉆速快，因機(jī)械鉆速快，鉆屑濃度大，必須有足夠的排量才能把鉆屑及時(shí)帶走，實(shí)踐證明28-30L/S的排量足夠滿(mǎn)足PDC鉆頭清洗。

3.1.2 下入PDC鉆頭之前，應(yīng)充分循環(huán)泥漿，清洗井眼，防止起鉆后滯留在井眼內(nèi)的鉆屑繼續(xù)水化分散。

3.1.3 進(jìn)入軟硬交界面地層，在軟地層中鉆進(jìn)，要有意的控制機(jī)械鉆速或每根單根最后1-2米有意放慢速度增加循環(huán)鉆井液的時(shí)間，目的是降低井底巖屑濃度減少鉆頭泥包的機(jī)會(huì)。操作要精細(xì)，送鉆加壓均勻，不能忽大忽小。

3.1.4 在鉆進(jìn)時(shí)，要經(jīng)常觀察泵壓和鉆井液出口流量有無(wú)變化。如泵上水不好，則泵壓與流量降低也容易造成泥包。

3.1.5 換鉆頭下入PDC前先短起下，可以充分利用牙輪鉆頭對(duì)井壁泥餅進(jìn)行刮削、壓實(shí)。

3.1.6 下鉆時(shí)在PDC鉆頭底部涂上一層黃油，形成一層油膜，可以減少泥漿中的固相顆粒長(zhǎng)時(shí)間與鉆頭接觸把鉆頭包起來(lái)。

3.1.7 控制下鉆速度，防止遇阻鉆頭扎進(jìn)爛泥中?？刂坪孟裸@速度可以使PDC鉆頭順著上一只鉆頭所鉆的螺旋形井眼軌道下行，減少井壁上刮下大量泥餅。

3.1.8 PDC鉆頭鉆進(jìn)過(guò)程盡量采用大排量鉆進(jìn)，保證PDC鉆頭的充分清洗與冷卻;在軟泥巖中鉆進(jìn)，應(yīng)盡量采用低鉆壓、高轉(zhuǎn)速、大排量，不要盲目使用高鉆壓去追求那僅高一小點(diǎn)的鉆速。

3.1.9 每次下鉆到底時(shí)必須先開(kāi)泵，盡量提高排量充分沖洗井底和鉆頭，等排量滿(mǎn)足要求后再輕壓旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)0.5-1m，這也是PDC鉆頭造型的基本要求。

3.2泥漿技術(shù)措施

3.2.1 在軟地層中鉆進(jìn)，一定要維持低粘度、低切力的鉆井液性能，一般要求粘度不超過(guò)30S。初切力為零，10min切力在2mg/cm2以下.采用用清水鉆進(jìn)，效果更好。

3.2.2 定向井施工中混油或增加潤(rùn)滑劑投入量，使鉆屑不易粘附到鉆頭上，對(duì)預(yù)防鉆具粘卡降低摩阻，防止脫壓后鉆壓忽然增大造成鉆頭泥包。

3.2.3 加大鉆井液中聚合物含量，控制失水，提高泥餅質(zhì)量。

3.2.4 降低鉆井液粘度、切力，及時(shí)清除劣質(zhì)固相。

3.2.5 在PDC鉆頭入井前后維護(hù)處理好泥漿性能，對(duì)預(yù)防鉆頭泥包都是有效的。

4?處理PDC鉆頭泥包的做法

4.1如發(fā)現(xiàn)有泥包現(xiàn)象，應(yīng)停止鉆進(jìn)，提起鉆頭，高速旋轉(zhuǎn)，快速下放，利用鉆頭的離心力和液流的高速?zèng)_刷力將泥包物清除，并上下大幅度活動(dòng)幾次，然后下壓至井底不開(kāi)轉(zhuǎn)盤(pán)循環(huán)5-10分鐘。如有條件，可增大排量，降低鉆井液粘度，再配合上述動(dòng)作，效果更好。

4.2通過(guò)調(diào)整鉆井液性能防止泥包現(xiàn)象的發(fā)生。在井壁穩(wěn)定前提下，盡量采用低粘、低切性能的鉆井液，調(diào)整好鉆井液流動(dòng)性。充分利用好固控設(shè)備盡最大可能降低井漿中無(wú)用固相含量，降低鉆井液濾失量。改善鉆井液體系的流變性，動(dòng)塑比控制在0.4-0.5，在滿(mǎn)足攜巖的前提下盡可能的發(fā)揮水力破巖的功效，以最大可能地提高鉆速。

4.3在使用PDC鉆頭時(shí)，要做到“早開(kāi)泵，晚停泵”技術(shù)要領(lǐng)，減少鉆頭泥包機(jī)會(huì)。

4.4如果在起鉆中途泥包遇卡，應(yīng)用鉆具的重量盡全力下壓。在條件許可時(shí)，應(yīng)大排量循環(huán)鉆井液，降低鉆井液粘度和切力并加入清洗劑，爭(zhēng)取把泥包物沖洗掉。切勿猛提拔死，喪失了泡解卡劑的機(jī)會(huì)。

5?結(jié)論及建議

發(fā)現(xiàn)鉆頭泥包后，通過(guò)分析PDC鉆頭發(fā)生泥包的原因，采取有效應(yīng)對(duì)措施以防止PDC鉆頭泥包現(xiàn)象的發(fā)生。隨著定向井特別是大位移井的增多，PDC鉆頭泥包現(xiàn)象還不能完全避免，需要在今后的施工中繼續(xù)努力，重在預(yù)防防泥包技術(shù)措施的執(zhí)行。施工中根據(jù)不同地層特點(diǎn)調(diào)整鉆井參數(shù)和泥漿性能必需和地層情況相適應(yīng)，對(duì)易泥包的井段，要及時(shí)提高排量，降粘降切。固相的控制有利于流變性的改善，對(duì)解決鉆頭泥包現(xiàn)象有一定效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳庭根 管志川.鉆井工程理論與技術(shù).石油大學(xué)出版社，2000.8

[2] 蔣希文.鉆井事故預(yù)防與處理.石油工業(yè)出版社，2008.7