三牙輪鉆頭井下工況的判斷與處理

周向軍（勝利石油工程有限公司井下作業(yè)公司 山東東營(yíng) 257000）

一、前言

在旋轉(zhuǎn)和井下動(dòng)力鉆井中，鉆頭是破碎巖石的主要工具。在石油鉆修井中，到目前為止使用最多的、能適應(yīng)各種地層的鉆頭是牙輪鉆頭。目前大部分牙輪鉆頭在使用中主要是根據(jù)使用時(shí)間來(lái)分析判斷鉆頭在井下工作情況，鉆進(jìn)時(shí)稍有疏忽會(huì)發(fā)生掉大量鑲齒、牙輪尖端和牙輪整體的事故，因此及時(shí)準(zhǔn)確判斷三牙輪鉆頭井下工況，仍然是我們研討的話題。

二、三牙輪鉆頭先期損壞的起因

1 三牙輪鉆頭結(jié)構(gòu)：如圖所示。

牙爪、牙輪、水眼和儲(chǔ)油密封系統(tǒng)。

2 三牙輪鉆頭破巖機(jī)理：

（1）牙齒的沖擊壓碎作用。

（2）牙齒的滑動(dòng)剪切作用。

3 三牙輪鉆頭先期損壞的起因：

（1）鉆井中所含的砂粒、巖屑和軸承元件碎屑等固體硬顆粒，當(dāng)軸承承受沖擊載荷時(shí)，硬顆粒直接嵌入軸承元件表面形成小圓穴或刻劃成條痕導(dǎo)致塑性變形，在硬脆性的滲碳層逐步發(fā)生脆性剝落。促使牙輪軸承先期損壞。

（2）三牙輪鉆頭在縱向動(dòng)載下，引起牙輪與密封圈、牙輪軸承疲勞破壞磨損，促使牙輪軸承先期損壞。

（3）三牙輪鉆頭超頂(復(fù)錐)引起的滑動(dòng)下，引起牙輪與密封圈、牙輪軸承疲勞破壞磨損，促使牙輪軸承先期損壞。

（4）三牙輪鉆頭牙輪在上述的情況下，牙輪與牙輪軸承的位移增大，導(dǎo)致牙輪鑲齒與牙輪互相碰撞，引起鉆頭斷齒、掉3號(hào)牙輪尖和掉牙輪事故發(fā)生。

三、判斷三牙輪鉆頭井下工況異常的要素

地面設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn).巖屑與鉆壓.扭矩.機(jī)械鉆速.壓力等地面儀表都能直接反映井下情況，應(yīng)密切注視，特別是扭矩.泵壓.機(jī)械鉆速和巖屑。

扭矩變化取決于井底情況和轉(zhuǎn)速變化。扭矩變化可能存在：扶正器劃眼.鉆頭保徑磨損.出現(xiàn)夾層.井底有落物.井身出現(xiàn)鍵槽或狗腿.鉆壓過(guò)大.轉(zhuǎn)速變化.鉆頭或井底總成泥包.鉆具刺漏或干鉆等。

泵壓不穩(wěn)定存在：鉆頭泥包.環(huán)空內(nèi)巖屑堆積.流量波動(dòng).鉆到破碎地層或團(tuán)塊狀地層.扶正器引起環(huán)空不暢。

機(jī)械鉆速變化可能：地層變化.泥漿性能變化.鉆壓或轉(zhuǎn)速變化.鉆頭磨損或泥包.清洗效果變化.鉆具刺漏。

四、轉(zhuǎn)盤(pán)鉆進(jìn)三牙輪鉆頭井下工況判斷及處理

當(dāng)發(fā)現(xiàn)鉆頭在井下工作異常：首先、停止鉆進(jìn)，對(duì)所鉆的地質(zhì)情況、鉆遇巖性、硬度、抗壓強(qiáng)度、鉆井液性能進(jìn)行分析。其次、對(duì)機(jī)械設(shè)備工況進(jìn)行查詢有無(wú)變化。50KN

第、三、在上述一、二正常情況下，采用輕壓鉆進(jìn)（鉆壓30～其它參數(shù)不變）進(jìn)行判斷鉆頭在井下工作情況。

軸承損壞。轉(zhuǎn)盤(pán)出現(xiàn)周期性蹩跳，鉆壓小蹩跳輕，鉆壓大則蹩跳重；鉆速下降，泵壓正常而指重表指針有擺動(dòng)。

牙輪卡死。轉(zhuǎn)盤(pán)負(fù)荷增大，轉(zhuǎn)盤(pán)鏈條跳動(dòng)，方鉆桿有蹩勁，停轉(zhuǎn)盤(pán)打倒車(chē)；鉆速下降指重表指針擺動(dòng)嚴(yán)重。

掉牙輪。轉(zhuǎn)盤(pán)負(fù)荷增大，轉(zhuǎn)盤(pán)鏈條嚴(yán)重跳動(dòng)，停轉(zhuǎn)盤(pán)打倒車(chē)；蹩鉆嚴(yán)重；指重表指針來(lái)擺動(dòng)；鉆速明顯下降或無(wú)進(jìn)尺，上提鉆具變換方向下探方入有變化，高差約為一牙輪高度。

牙齒磨光。轉(zhuǎn)盤(pán)負(fù)荷減輕；方鉆桿無(wú)蹩跳；鉆速明顯下降或無(wú)進(jìn)尺；指重表指示平穩(wěn)無(wú)擺動(dòng)；泵壓正常。

鉆頭泥包。轉(zhuǎn)盤(pán)負(fù)荷增大有跳鉆現(xiàn)象；鉆速下降；上提鉆具有不同程度的掛卡；泵壓上升，嚴(yán)重時(shí)憋泵。

第四、區(qū)分鉆具結(jié)構(gòu)與鉆頭，引起轉(zhuǎn)盤(pán)負(fù)荷（蹩鉆）增大的工作。

具體操作方法：

上提鉆具使鉆頭離開(kāi)井底3～5M，緩慢啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)。觀察轉(zhuǎn)盤(pán)是否有蹩鉆情況。

緩慢下放鉆具，觀察轉(zhuǎn)盤(pán)是否有蹩鉆情況。

如果是鉆具結(jié)構(gòu)引起蹩鉆，應(yīng)考慮進(jìn)行短起下鉆，處理鉆井液的性能（密度、粘度、失水量、含砂量、塑性粘度和表觀粘度）。

五、井下動(dòng)力鉆具鉆進(jìn)三牙輪鉆頭井下工況判斷

1 三牙輪鉆頭、井下動(dòng)力鉆具工作異常判斷與處理

（1）三牙輪鉆頭、井下動(dòng)力鉆具工作異常表現(xiàn)為四種情況：

泵壓突然升高。

泵壓逐漸升高。

泵壓逐漸下降。

無(wú)機(jī)械進(jìn)尺。

（2）三牙輪鉆頭、井下動(dòng)力鉆具工作異常處理：

三牙輪鉆頭、井下動(dòng)力鉆具工作異常立即上提鉆具0.5m左右，核對(duì)循環(huán)壓力、鉆井液的性能、立管壓力表和檢查設(shè)備。

泵壓突然升高

泵壓突然升高，上提鉆具0.5m左右，泵壓恢復(fù)正常狀態(tài)。逐步加鉆壓，壓力表逐步升高，均正常。說(shuō)明馬達(dá)曾是失速，馬達(dá)、傳動(dòng)軸卡死，鉆頭噴咀被堵。鉆具提離井底，立管壓力表讀數(shù)仍很高，應(yīng)起出鉆具檢查或更換。

泵壓逐漸升高

壓力表壓力慢慢地增高 (不是隨井深或井溫正常，增加的正常壓降)鉆頭水眼被堵鉆具提離井底，再檢查泵壓，如果泵壓仍然高于正常循環(huán)壓力，可試著改變循環(huán)排量或上、下移動(dòng)鉆具，如無(wú)效，起出鉆具檢查、維修。

泵壓逐漸下降

在鉆井泵排量、鉆井液罐內(nèi)鉆井液量和鉆井液性能都正常情況下，壓力表讀數(shù)偏低，稍提鉆具，啟、停鉆井泵兩次仍無(wú)效，起鉆檢查鉆具是否剌漏。

無(wú)機(jī)械進(jìn)尺

在鉆壓、鉆井泵排量、泵壓、鉆井液性能和地層巖性都正常情況下，上提鉆具，核對(duì)循環(huán)壓力、鉆井液的性能、立管壓力表和檢查設(shè)備。應(yīng)考慮起鉆更換鉆頭或動(dòng)力鉆具。

結(jié)論與建議

1.判斷三牙輪鉆頭井下工況，首先對(duì)照引起三牙輪鉆頭井下工況異

2.常的要素，準(zhǔn)確判斷出鉆頭的工況。同一型號(hào)鉆頭過(guò)去使用鉆進(jìn)時(shí)間僅僅作為參考，不能作為同一型號(hào)鉆頭質(zhì)量保證書(shū)。因?yàn)槊恳粋€(gè)鉆頭工作環(huán)境不一樣，出廠質(zhì)量

3.也不可能一致。動(dòng)力鉆具與三牙輪鉆頭入井前、后基礎(chǔ)數(shù)據(jù)要詳細(xì)記錄。旁通孔封閉排量、壓力，鉆進(jìn)時(shí)，鉆壓、泵壓、排量和鉆井液性能。它是判

4.斷三牙輪鉆頭、井下動(dòng)力鉆具的重要依據(jù)。動(dòng)力鉆具與三牙輪鉆頭復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)，鉆進(jìn)3～5根鉆桿單根，應(yīng)校核一次泵壓、排量和鉆井液性能。動(dòng)力鉆具與三牙輪鉆頭滑動(dòng)鉆井，每一小時(shí)應(yīng)校核一次泵壓、排量和鉆井液性能。及時(shí)發(fā)現(xiàn)動(dòng)力鉆具與三牙輪鉆頭工作異常跡象，保證下步鉆井工作順利進(jìn)行。

[1]《鉆井手冊(cè)》鉆井手冊(cè)（甲方）編寫(xiě)組 編.北京：石油工業(yè)出版社1990.12.

[2]《鉆井監(jiān)督指南》塔里木石油勘探開(kāi)發(fā)指揮部鉆井監(jiān)督辦公室編.北京：石油工業(yè)出版社1999.7.