PDC鉆頭泥包控制和清除技術(shù)

關(guān)彪

摘 要：經(jīng)過多年的發(fā)展，PDC鉆頭鉆井工藝技術(shù)日趨完善，但在施工過程中，我們?nèi)匀幻媾R著許多問題未被很好的解決，如巖屑的清除、泥包的控制。這些往往導(dǎo)致轉(zhuǎn)動鉆具時(shí)扭矩增加，鉆具上提遇卡下放遇阻，機(jī)械鉆速降低，甚至造成卡鉆鉆具刺漏等復(fù)雜情況，避免和及時(shí)清除泥包就顯得尤為重要。本文首先介紹了泥包的形成原因以及對鉆井施工的危害，再分別從改善泥漿性能、提高工程技術(shù)措施兩方面，提出了幾種比較有效的避免泥包形成的方法；結(jié)合工程實(shí)例，總結(jié)泥包的清除技術(shù)。

關(guān)鍵詞：PDC鉆頭；巖屑；泥包；泥漿；工程措施

一、泥包的現(xiàn)象及危害

在鉆進(jìn)過程中，如果PDC鉆頭復(fù)合片未損壞且所鉆地層巖性沒發(fā)生變化，如果發(fā)生以下情況就說明鉆頭泥包了：

（一）鉆進(jìn)中，其它參數(shù)不變的情況下，鉆時(shí)明顯增加，扭矩變小，有時(shí)泵壓上升；

（二）下鉆或短起下后，鉆時(shí)較快，鉆進(jìn)幾分米到幾米后，鉆時(shí)明顯變慢；

（三）起出鉆頭后，部分水眼被堵，鉆頭冠部刀翼之間部分或全部被地層巖餅覆蓋。

泥包會給鉆井生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的損失。其嚴(yán)重束縛機(jī)械鉆速，大大增加鉆井成本，鉆壓不能全部傳遞至鉆頭，現(xiàn)場普遍存在欠壓鉆進(jìn)的現(xiàn)象。影響工期，如果泥包鉆頭起鉆，還可能誘發(fā)井涌甚至井噴。

二、泥包的形成原因

PDC鉆頭在泥頁巖鉆進(jìn)時(shí)，產(chǎn)生泥包的一般原因是巖屑的粘附和機(jī)械鑲嵌作用，PDC泥包的形成是多重因素相互作用的復(fù)雜現(xiàn)象，影響泥包鉆頭的因素主要包括地質(zhì)、泥漿性能、工程技術(shù)、鉆頭選型等。

（一）地質(zhì)因素

所鉆地層為不成巖的軟泥，極易粘帖于鉆頭表層，壓實(shí)后造成鉆頭泥包；地層中的泥頁巖雖成巖，但易于水化分散，使井眼內(nèi)泥質(zhì)或固相含量大增，吸附于鉆頭表面造成鉆頭泥包；或者地層中含有分散狀石膏，造成泥漿污染后，泥漿中的有害固相難于清除，使鉆頭被泥包的機(jī)率大增；地層滲透率高，在壓差作用下，吸附井筒內(nèi)有害固相及未及時(shí)攜帶出的巖屑，形成厚泥餅，起下鉆時(shí)在PDC鉆頭下方堆積造成鉆頭泥包。

（二）泥漿性能因素

泥漿抑制性差，無法控制泥頁巖的水化分散；固相含量和粘切過高，鉆出的巖屑難于清除，易吸附在鉆頭表面，如果使用的是無固相鉆井液，鉆頭是不會發(fā)生泥包的；泥漿比重偏高，失水大，易形成過厚的粗糙泥餅；潤滑性能差、鉆頭表面無法形成有效的保護(hù)膜，鉆井液中的劣質(zhì)固相易吸附在鉆頭上。

（三）工程技術(shù)因素

鉆進(jìn)中排量小，不能有效清洗井底及鉆頭，同時(shí)上返速度不足，巖屑在井內(nèi)滯留時(shí)間長，粘附于井壁形成厚泥餅，尤其是中上部鉆速高時(shí)更為嚴(yán)重；在軟泥巖地層，鉆壓過大，地層或鉆屑與鉆頭表面形成直接接觸，造成鉆頭泥包；長裸眼下鉆未進(jìn)行中途循環(huán)，從井壁上刮下的泥餅或鉆屑則會泥包鉆頭。

三、泥包的預(yù)防和清除技術(shù)

（一）泥包的預(yù)防

1.泥漿性能的調(diào)整

優(yōu)良的鉆井液性能可以抑制泥巖膨脹，控制地層縮徑，清潔鉆頭，及時(shí)清除巖屑，從而降低泥包鉆頭的概率，一般地，鉆井液應(yīng)注意以下幾方面：

（1）混油或增加潤滑劑投入量，使鉆屑不易粘附到鉆頭上；

（2）加大鉆井液中聚合物含量，控制失水，提高泥餅質(zhì)量；

（3）提高鉆井液抑制性，減少泥頁巖的水化分散；

（4）降低鉆井液粘度、切力，及時(shí)清除劣質(zhì)固相；

（5）對高滲砂層，可使用屏蔽暫堵技術(shù)，減少滲透性漏失；

（6）對含膏巖層，應(yīng)提前加適量純堿，防止或減輕其污染泥漿。

（7）維護(hù)處理好泥漿性能，在PDC鉆頭入井前后對預(yù)防鉆頭泥包都是有效的；PDC入井后，開泵前，配置一定量的清潔劑（表面活性劑）對鉆頭加以清洗也有一定效果。

2.工程技術(shù)措施調(diào)整

預(yù)防PDC鉆頭泥包不僅是鉆井液的技術(shù)范疇，工程措施也同樣重要，而且必須配合好。

（1）首先做好PDC鉆頭的選型工作，鉆頭水眼、流道設(shè)計(jì)應(yīng)利于排屑；

（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）下入PDC前先短起下鉆，對井壁泥餅進(jìn)行刮削、擠壓，將厚泥餅拉薄、壓實(shí)，盡量保證井眼暢通、消除阻卡；在鉆頭泥包高發(fā)區(qū)，如果采用了所有方法也無法避免PDC鉆頭泥包，那么先使用牙輪通一趟井就成了必要手段；

（4）下鉆時(shí)在鉆頭流道表面涂滿黃油，形成一層保護(hù)膜，減少鉆頭與泥漿中的劣質(zhì)固相直接接觸的時(shí)間，或者把鉆頭包起來，這樣做既便在深井中也是有一定作用的；

（二）泥包的清除技術(shù)

有泥包鉆頭的情況應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決：

1.處理鉆頭泥包的第一條原則就是：不要急于打鉆，因?yàn)樵酱虬脑絽柡Γ?/p>

2.停止鉆進(jìn)，提高排量加強(qiáng)水力沖洗效果，上提鉆頭脫離井底，提高轉(zhuǎn)速增大離心力使泥塊易于甩出，并上下大幅度活動幾次，然后下壓至井底不開轉(zhuǎn)盤循環(huán)5-10分鐘，將上述過程反復(fù)操作；如果在2個(gè)循環(huán)周內(nèi)無效，就應(yīng)當(dāng)考慮起鉆了；

3.無論預(yù)防或處理鉆頭泥包，調(diào)整泥漿性能都是必然的，發(fā)現(xiàn)鉆頭有泥包跡象，應(yīng)立即停鉆并配置清潔劑在第一時(shí)間打入井內(nèi)對鉆頭進(jìn)行清洗。

4.形成泥包鉆頭時(shí)，其固相含量和切力也會升高，調(diào)整好流變參數(shù)，加聚合物，降低失水，循環(huán)，觀察。其中最有效的的是FLC2000，它是由一系列可溶于油和水的改性聚合物混合而成，常規(guī)使用給泥漿里加入1%的FLC2000，或者用原油、石蠟等其它潤滑劑替代。

四、結(jié)論

（一）維護(hù)好鉆井液性能是預(yù)防泥漿的主要技術(shù)措施；

（二）優(yōu)化鉆井參數(shù)，特別是采用大排量及時(shí)清除巖屑和下入鉆頭前確保井眼暢通也是預(yù)防泥包的主要措施；

（三）鉆進(jìn)易泥包地層必須控制好鉆壓；

（四）使用PDC鉆頭有利于快速鉆進(jìn)，但必須考慮到其特殊性；

（五）對所鉆探地區(qū)的地層情況必須有透徹的了解；

（六）使用合適地層PDC鉆頭，選用合適的工具；

（七）井深時(shí)，泥漿鉆臺加強(qiáng)坐崗，觀察記錄好各個(gè)參數(shù)，出現(xiàn)問題，及時(shí)發(fā)現(xiàn)，做到早發(fā)現(xiàn)，早處理。

參考文獻(xiàn)：

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[2]張金波.國外特殊工藝鉆井液技術(shù)新進(jìn)展[J].油田化學(xué)，2003（3）：285-290.