PDC钻头泥包原因分析及对策

PDC钻头泥包原因分析及对策

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

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PDC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Φ311.15井眼,钻井液密度1.82g/cm。井深4164.55m下入PDC钻头,钻时慢,1∶30钻进0.7m,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PDC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。