川渝X區(qū)塊珍珠沖段鉆頭優(yōu)選與應(yīng)用

鐘 峰 徐冰青 汪 瑤 楊 哲

（1.中國石油西南油氣田公司工程與技術(shù)監(jiān)督中心，四川 廣漢 618300；2.中國石油西南油氣田公司工程技術(shù)與監(jiān)督部，四川 成都 610051）

0 引言

地層巖石可鉆性是指在鉆井過程中，巖石對鉆頭破碎巖石的相對阻抗程度，它是衡量鉆頭破碎巖石難易程度的標(biāo)準(zhǔn)。可鉆性不僅是地層巖石特性的主要指標(biāo)，而且還是影響破巖效果、制約鉆井速度的主要因素［1］。川渝X 區(qū)塊珍珠沖段以礫砂巖、礫頁巖和純礫巖為主，礫石硬度大，研磨性強(qiáng)，可鉆性極差。因此，優(yōu)選鉆頭，對縮短鉆井周期、減少井下復(fù)雜、降低鉆井成本都具有重要意義。

1 川渝X區(qū)塊珍珠沖段鉆頭損害特點(diǎn)

鉆進(jìn)至珍珠沖段后會(huì)出現(xiàn)大量礫巖，其礫巖為石英礫，成分以石英為主（石英的摩氏硬度為7 級），礫徑為1～3 mm，斷口呈瓷瓦狀，硅質(zhì)膠結(jié)，礫間為砂質(zhì)充填，致密、性硬，部分含燧石結(jié)核，具油脂光澤。在鉆進(jìn)過程中牙輪鉆頭的外排齒首先接觸井底，在礫石高研磨性作用下，外排齒、巴掌保徑齒、密封圈首先磨損。從川渝X 區(qū)塊A1 井在珍珠沖段鉆進(jìn)時(shí)起出的鉆頭大致可以看出，外徑均有所磨小，尤其是在鉆入礫巖較純的井段，最大外徑磨小20～30 mm。

在鉆頭工作時(shí)，牙輪牙齒受到地層的反作用力造成牙輪沿軸線方向產(chǎn)生高頻振動(dòng)，使軸承腔內(nèi)產(chǎn)生抽吸和外排作用。當(dāng)密封圈損壞后，密封腔內(nèi)的潤滑脂流出，夾雜著各種巖屑的鉆井液進(jìn)入密封腔，大大降低了鉆頭使用壽命。夾雜著巖屑的鉆井液在高壓噴射狀態(tài)下進(jìn)入密封腔對鉆頭形成加倍傷害，如果不及時(shí)停止鉆進(jìn)，起鉆會(huì)使密封圈快速減薄，最終牙輪殼體破裂造成掉牙輪事故［2］。如川渝X區(qū)塊A2井在鉆至井深3 188.98 m 處，扭拒增大，循環(huán)起鉆，起完發(fā)現(xiàn)鉆頭2、3號牙輪殼體掉落，損失時(shí)間為53.33 h。

如果先下入鉆頭，巴掌磨損較早，在鉆頭外徑磨小較多的情況下，后入井的鉆頭就需要長段劃眼，這樣后入井鉆頭的外排齒、巴掌保徑齒、密封圈還未見進(jìn)尺就已經(jīng)開始磨損，甚至還未鉆進(jìn)就因劃眼消耗1個(gè)鉆頭且多增加1趟起下鉆［3］。

2 M鉆頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及珍珠沖段鉆頭優(yōu)選

M 鉆頭的優(yōu)點(diǎn)包括：①鉆頭壽命長，可靠性高。M鉆頭的牙掌軸承采用先進(jìn)的全自動(dòng)焊接技術(shù)，表面堆焊耐磨合金，牙輪內(nèi)孔刷鍍第3代高性能復(fù)合固體潤滑劑，提高了軸承承載能力，復(fù)合固體潤滑材料和新型合成潤滑脂有效地改善了軸承工作環(huán)境，使軸承能承受高鉆壓。②優(yōu)選齒形、齒材，確保高切削效率。M鉆頭根據(jù)地層巖石可鉆性差異，合理匹配齒材與齒形，減小斷齒，提高耐磨性，使切削齒保持持久的攻擊性。③應(yīng)用超硬材料和強(qiáng)化外排，背錐設(shè)計(jì)，防止鉆頭縮徑。M鉆頭采用高密度外排齒和雙排背錐布齒，可以有效地防止鉆頭縮徑。其采用高性能金剛石復(fù)合齒作為外排齒和背錐齒，增強(qiáng)了鉆頭保徑能力，延長了鉆頭壽命，適合于研磨性強(qiáng)的地層。

M鉆頭在外排齒中間還加密一部分球形齒，該特點(diǎn)非常適合珍珠沖礫石段鉆進(jìn)。主切屑齒為勺型齒，當(dāng)其在鉆壓的作用下吃入尚未完全破碎的礫巖，在扭矩的作用下很容易折斷牙齒形成掉齒。而加密的球形齒正好增大了外排齒與地層的接觸面，使切屑齒不會(huì)吃入地層太深，減小了牙齒承受的扭矩，很好地保護(hù)了牙齒。其鉆頭外排或背錐鑲有金剛石復(fù)合齒，可大大增強(qiáng)鉆頭保徑能力。

3 現(xiàn)場使用效果對比

3.1 M鉆頭現(xiàn)場使用情況

川渝X區(qū)塊A3井鉆至井深3 205 m處，鉆遇珍珠沖礫石段，選用M 鉆頭鉆至井深3 288.6 m 處，總進(jìn)尺為83.61 m，純鉆時(shí)間為110.56 h，機(jī)械鉆速為0.76 m／h，共消耗M 鉆頭5 只，起出鉆頭大部分外排齒正常磨損，外徑磨損小于2 mm，鉆頭主切削齒完好，每只鉆頭平均純鉆時(shí)間為22.11 h。

川渝X 區(qū)塊A4 井鉆至井深3 188.54 處，鉆遇珍珠沖礫石段，采用M 鉆頭鉆完礫石，鉆進(jìn)井段為3 188.54～3312.49 m，總進(jìn)尺為123.95 m，純鉆時(shí)間為150.67 h，機(jī)械鉆速為0.82 m／h，共消耗5 只鉆頭，起出鉆頭大部分外徑磨損小于3 mm，主切削齒完好，每只鉆頭平均純鉆時(shí)間為30.13 h。

3.2 其他鉆頭現(xiàn)場使用情況

川渝X 區(qū)塊A5 井礫石層鉆進(jìn)使用H 牙輪鉆頭，鉆進(jìn)井段為3 188.56～3 225 m。當(dāng)鉆進(jìn)36.64 m 時(shí)，共消耗此鉆頭3 只，純鉆時(shí)間為36 h，機(jī)械鉆速為1.01 m／h，每只鉆頭平均使用時(shí)間為12 h，起出鉆頭大部分外排齒全部磨平，外徑磨小大于8 mm（圖1）。

川渝X 區(qū)塊A6 井礫石層鉆進(jìn)使用S 牙輪鉆頭，鉆進(jìn)井段為3 414.69～3 439.16 m。當(dāng)鉆進(jìn)24.47 m時(shí)，共消耗此鉆頭5只，純鉆時(shí)間為39.41 h，機(jī)械鉆速為0.62 m／h，每只鉆頭平均使用7.8 h，起出鉆頭大部分密封圈磨薄，牙輪殼體松動(dòng)，外徑磨小大于10 mm（圖2）。

圖1 H鉆頭使用情況圖

圖2 S鉆頭使用情況圖

川渝X 區(qū)塊A7 井鉆至井深3 042.15 m 時(shí)，鉆遇礫石，使用了一只K 孕鑲齒鉆頭。該孕鑲金剛石鉆頭冠部為中長拋物線形狀；15 個(gè)刀翼均為直刀翼，采用高密度單一布齒，切削面采用13×16mm 的孕鑲齒，用齒83顆；鉆頭中心錐部采用13×8 mm 的復(fù)合片，用齒5顆；保徑結(jié)構(gòu)為直保徑、聚晶保徑。其鉆進(jìn)井段為3 042.15～3 045.33 m，純鉆為6 h，進(jìn)尺僅為3.18 m，起出鉆頭冠部齒全部磨平，保徑齒完好（圖3）。

圖3 K鉆頭使用前后情況圖

3.3 不同鉆頭使用效果對比

不同鉆頭使用效果對比見圖4。從圖4 中可以看出，M鉆頭與其他鉆頭的機(jī)械鉆速差距并不大，但單只鉆頭的使用時(shí)間卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他鉆頭。這是因?yàn)椋诟哐心バ缘貙永铮@頭吃入巖石的能力有限，所以機(jī)械鉆速不會(huì)有太大提高，但其高密度外排齒和雙排背錐布齒可防止鉆頭縮徑。高性能金剛石復(fù)合齒作為外排齒和背錐齒，其增強(qiáng)鉆頭保徑能力的特點(diǎn)很好地克服了在珍珠沖礫石層鉆進(jìn)中高研磨性地層對鉆頭外排齒、巴掌保徑齒、密封圈等的傷害，使其工作壽命大大延長。這樣增加了純鉆時(shí)間，減少了起下鉆時(shí)間和劃眼時(shí)間，大大縮短了鉆井周期，提高了周期鉆速，節(jié)約了鉆井成本。M鉆頭與S鉆頭使用效果對比見表1。

圖4 川渝X區(qū)塊珍珠沖鉆頭使用效果對比圖

表1 M鉆頭與S鉆頭使用效果對比表

4 結(jié)論

1）針對川渝X 區(qū)塊珍珠沖礫石段高研磨性以及主要對鉆頭外排齒、巴掌保徑齒、密封圈造成傷害較大的特點(diǎn)，選用具有高密度外排齒和雙排背錐布齒的M鉆頭，對增強(qiáng)鉆頭保徑有較好的效果。

2）M 鉆頭在川渝X 區(qū)塊的合理使用，不但延長了鉆頭的使用壽命，而且還大大降低了掉牙輪事故的發(fā)生，減少起下鉆和劃眼時(shí)間，大大縮短了鉆井周期，是該區(qū)塊鉆井提速的重要選擇。

3）在定向井中使用M鉆頭時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮縮短其使用時(shí)間，因?yàn)樵诙ㄏ蚓幸蚓钡淖饔勉@頭靠向井壁一側(cè)，其巴掌及密封腔偏磨嚴(yán)重，且定向時(shí)用螺桿帶牙輪鉆頭會(huì)影響對鉆頭使用情況的判斷。

4）因?yàn)镸 鉆頭應(yīng)付的大多是研磨性較強(qiáng)的地層，在鉆頭到底前開大排量、輕壓慢轉(zhuǎn)、跑活牙輪，嚴(yán)禁突然加壓或在某段定點(diǎn)劃眼以免鉆頭早期損壞。

［1］李忠慧，張春陽，樓一珊，等.鉆頭優(yōu)選新方法及其應(yīng)用［J］.天然氣工業(yè)，2008，28（12）：54-56.

［2］陳庭根，管志川.鉆井工程理論與技術(shù)［M］.北京：中國石油大學(xué)出版社，2006.

［3］蔣希文.鉆井事故與復(fù)雜問題［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2006.