探析PDC鉆頭鉆井泥包原因及處理措施

李文慶

摘要：隨著鉆井工藝與技術的發展，PDC 鉆頭在世界范圍內的石油鉆井工程中得到了廣泛應用，具有結構簡單、鉆速快、單只鉆頭進尺長、可減少起下鉆等特點。但PDC 鉆頭在泥頁巖地層鉆進時極易發生鉆頭泥包，嚴重影響了PDC鉆頭的使用效率。本文主要對PDC鉆頭產生泥包的原因進行了分析，并提出了PDC 鉆頭泥包的處理措施，以期能夠改進和避免PDC鉆頭泥包情況的出現，提高鉆井效率。

關鍵詞：PDC鉆頭;泥包;原因;處理措施

鉆頭泥包是指在鉆井過程中，大量的泥土黏貼包裹在鉆頭之上，從而降低鉆頭的破巖能力，導致鉆頭不能正常發揮其功能的現象。如果出現鉆頭泥包，鉆頭就會出現轉速下降、破巖能力不足、鉆井速度緩慢等現象，甚至有可能會堵塞鉆頭水眼，繼而引起泵壓升高，有時甚至會出現憋泵現象，泥包的產生嚴重影響了鉆頭的正常使用。 因此，對 PDC 鉆頭泥包的原因進行分析，并結合實際的鉆井工作給出相應的處理措施，對于提高鉆井質量與效益具有極其重要的意義。

1 PDC鉆頭出現泥包的現象

PDC鉆頭在鉆進過程中如果產生泥包，將出現如下現象：（1） 鉆進過程中，在地層無明顯變化時，鉆速明顯變慢，鉆時增高，同時扭矩變小并穩定在一個比較小的數值，通過改變鉆壓對鉆速及扭矩沒有影響;（2）當地層巖性發生變化時，在鉆速上沒有反應;（3）泥包嚴重時，造成水眼堵死或循環通道阻塞，出現泵壓升高;（4）短起下后鉆速明顯變慢，繼續鉆進一段時間后可能恢復鉆速而泥包解除或者繼續變慢，泥包嚴重時將會導致無法正常鉆進;（5）鉆進過程中由于泵效過低或鉆具刺漏、循環短路，造成鉆頭干鉆，處理完后鉆速明顯變慢。

2 PDC鉆頭產生泥包的原因

2.1地質因素

（1）上部地層不成巖的軟泥易粘附于鉆頭表面，壓實后易造成鉆頭泥包。（2）所鉆地層中含膏質，處理不及時造成鉆井液污染，鉆井液中的有害固相難以及時清除，易造成鉆頭泥包;（3）地層滲透率高，在壓差作用下，井眼內的有害固相及未及時攜帶出的巖屑吸附井壁形成厚泥餅，起下鉆過程中在鉆頭下方堆積造成鉆頭泥包;（4）地層中的泥頁巖易水化分解，使井眼內固相含量與泥質含量增多，吸附于鉆頭及扶正器表面后造成泥包。

2.2工程因素

（1）在軟泥巖地層鉆進中，施加的鉆壓過大，地層與鉆頭表面將長時間直接接觸，易造成鉆頭泥包;（2）鉆進中由于井隊設備原因或者噴嘴大小選擇錯誤，導致排量跟不上，清洗能力不足，攜屑能力達不到要求，鉆井液上返速度過慢，巖屑在井眼內滯留時間長，粘附于井壁形成厚泥餅;（3）長裸眼井下鉆中途未進行循環，鉆頭及扶正器從井壁上刮下的泥餅與鉆屑包被于鉆頭上，越積越厚、越壓越實，最終導致泥包鉆頭。

2.3鉆頭因素

（1）在鉆頭噴嘴選擇時，噴嘴選擇尺寸過小，鉆頭壓降大，導致排量過低，無法達到攜屑要求，影響巖屑的上返運移;（2）鉆頭水眼對噴射位置與角度的設計不合理，會在鉆進過程中產生渦流，無法充分有效清洗各復合片及刀翼，難以滿足鉆進過程排屑要求;（3）在鉆頭流道設計時，排屑角設計不合理，排屑槽過窄，阻礙了巖屑的運移脫離井底，在防泥包技術上不過關。

2.4鉆井液性能因素

（1）鉆井液潤滑性能差，無法在鉆頭表面形成有效的保護膜，鉆井液中的劣質固相易吸附在鉆頭及扶正器上;（2）鉆井液密度偏高，失水較大，鉆進過程中容易在井壁形成過厚的粗糙泥餅;（3）鉆井液抑制性差，無法有效控制泥頁巖的水化分解;（4）固相含量過高，粘切力過大，鉆出的巖屑難以及時清除，易吸附于鉆頭表面。

3 PDC鉆頭泥包處理措施

3.1改善鉆井液性能

在易發生泥包地層鉆進時，及時對鉆井液性能進行有效調整是預防泥包的有效途徑。主要方法有以下幾種： （1）提高鉆井液潤滑性，混油或增加潤滑劑的使用量，在鉆頭表面形成一層保護膜使鉆屑不易粘附于鉆頭上;嚴格控制鉆井液失水，加大鉆井液中聚合物的使用量，提高泥餅質量;（2）提高鉆井液抑制性，控制泥頁巖的水化分解;（3）降低鉆井液粘度、切力，及時清除鉆井液中有害固相;（4）在高滲砂層鉆進時，可使用屏蔽暫堵技術，減少鉆進中的滲透性漏失;（5）在含膏巖層鉆進時，應提前加堿，防止鉆井液污染;（6）PDC鉆頭入井后，到底開泵前，配置適量的表面活性劑對鉆頭進行清洗。

3.2合理確定鉆井工藝參數及操作方法

（1）下鉆時采用分段循環鉆井液，防止堵水眼。（2）在軟泥巖中鉆進時，應盡量采用低鉆壓、高轉速、 大排量鉆進;（3）進行短起下鉆，對井壁泥餅進行刮削、擠壓，將厚泥餅拉薄、壓實，盡量保證井眼暢通、消除阻卡。（4）鉆頭下到井底前，必須先開泵循環泥漿，并提高排量充分沖洗井底和鉆頭，轉盤必須在排量滿足要求后才能開。控制好機械鉆速，或增加鉆井液循環時間，其目的是為了降低鉆井液中的巖屑濃度。（5）避免在易產生泥包的純泥巖段起鉆，可選擇鉆時相對較高的砂巖段或含泥質砂巖段起鉆，避免長時間未循環泥漿。

3.3開發新型防泥包PDC鉆頭

PDC鉆頭設計的好壞，直接影響到鉆頭的使用效果，對鉆頭是否容易產生泥包有很大的影響。通過優化水力設計、布齒設計、結構設計、涂層使用等方法，提高PDC鉆頭防泥包性能。例如，對于水眼及流道設計應利于排屑;合理布置噴嘴數量及角度，達 到充分冷卻刀翼復合片并避免井底產生渦流的目的，可避免巖屑重復破碎、攜帶不干凈等問題，從而避免產生泥包。在保證不平衡力要求的前提下，合理設計各刀翼問排屑槽的夾角，避免因排屑槽夾角過小而導致泥包。

4結束語

綜上所述，PDC鉆頭具有鉆速高、進尺長、井下事故少等特點，綜合性能優異，得到了越來越廣泛的應用。但在使用過程中易產生鉆頭泥包問題，其原因主要包括地質因素、工程因素、鉆頭因素和鉆井液性能因素等四個方面， 可以通過改善鉆井液性能、合理確定鉆井工藝參數及操作方法和開發新型防泥包PDC鉆頭等措施減少PDC泥包的產生，提高鉆井效率。

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