PDC钻头泥包原因分析及对策

1 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。

2 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, 使切削齿瞬间切入地层的深度不一致, 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。

3 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。

3.1 下入PD C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钻头放入泥浆罐中, 一是PDC钻头放入淤泥罐中, 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:加入大分子包被剂、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%~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。

3.2 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。

(1) 排量:Φ216井眼中应尽量提高排量, 应保持在30~35L/s之间, 而现场实际排量一般在25~28L/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1m~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钻头下入小井眼遇卡, 同时预防PDC钻头下入井径变小的井眼段, 减少钻头泥包。

(7) 下入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。

3.3 现场实例

(1) 某井Φ216井眼因溢流导致井下垮塌, 埋钻具, 被迫侧钻。井深2635.00m~5050.34m为侧钻段, 其中2660m为井斜最大点, 5.54, 后逐步降斜。井深4631.08m下入PDC钻头, 钻时慢, 9h钻进3.37m至4634.45m。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, 下入PDC钻头正常钻进, 日进尺40m~60m。

(2) 某井Φ3 1 1.1 5井眼, 钻井液密度1.8 2 g/c m。井深4 1 6 4.5 5 m下入P D C钻头, 钻时慢, 1∶30钻进0.7 m, 钻头发生泥包现象。多次采用钻头提离井底0.2m~0.4m循环, 钻井液冲洗PD C钻头后逐渐恢复正常, 平均钻速1.5m/h。该井由于使用Φ127钻杆, 排量受机泵条件限制, 只有30~32L/s;后在同构造上使用Φ127钻杆, 排量达40~42L/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。

4 结语

(1) 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入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。

摘要：为满足快速钻进的需要, 钻井工程现场越来越多地使用PDC钻头, 提高钻井速度, 减少起下钻次数, 避免掉牙轮等复杂事故, 但在应用中经常有PDC钻头泥包的现象。在分析泥包原因的基础上, 从改善钻井液性能、改变钻井参数、精心操作等方面, 提出了预防PDC钻头泥包的技术措施, 有助于解决PDC钻头泥包的问题。

关键词：PDC钻头,钻井速度,钻井液