塔河油田PDC钻头泥包原因分析及对策

塔河油田PDC钻头泥包原因分析及对策

杜清松1,何　昊2

(1.中石化西北油田分公司监督中心生产办,新疆轮台481600;

2.中石化石油工程西南公司重庆钻井分公司70820XNC井队,新疆轮台481600)

摘　要:塔河油田区块不同,钻头泥包程度不同,钻井中经常遇到钻头被泥包现象,尤其在塔河油田12区、AD区块,上部地层不成岩的软泥易粘附于钻头表面,下部地层中的泥页岩于水化分散,吸附于钻头表面造成钻头泥包;针对这种现象认真分析了原因和提出了相应对策,对塔河油田为避免这种情况,提出了相应的工程、泥浆措施,对于提高机械钻速和缩短钻井周期具有非常重要的意义。

关键词:塔河油田;钻头;泥包;泥浆性能;工程措施

中图分类号:TE242　文献标识码:B　文章编号:1004—5716(2009)03—0107—02

塔河油田上部地层(4000m以上)欠压实,地层胶结不好,下部地层泥岩易水化膨胀,剥落掉块;为提高钻速,减少起下钻次数,防止掉牙轮事故的发生,故选择使用PDC钻头,PDC钻头在使用过程中相比牙轮钻头而言,唯一缺点就自洗能力差、易泥包。在塔河工区的钻井中经常遇到钻头被泥包现象,主要表现在井下的软泥、泥饼、钻屑粘附在钻头或扶正器周围,有的填塞在钻头刀片或牙齿间隙中间,尤其是PDC钻头,泥包表现更突出,产生严重影响机械钻速,在提下钻时增大阻力,容易发生井下抽吸等负作用,造成了极大的不安全隐患。针对塔河油田来说,造成钻头泥包有以下几个方面原因:

(1)地质因素:塔河油田区块不同,钻头泥包程度不同,在塔河油田12区、沙参、雅克拉、AD区块,上部地层不成岩的软泥易粘附于钻头表面,压实后易造成钻头泥包;地层中的泥页岩虽成岩,但易于水化分散,吸附于钻头表面造成钻头泥包;地层渗透率高,在压差作用下,吸附井筒内有害固相及未及时携带出的岩屑,形成虚厚泥饼,起下钻时在PDC钻头下方堆积造成钻头泥包。

(2)工程技术因素:钻进中排量小,不能有效清洗井底及钻头,同时上返速度不足,岩屑在井内滞留时间长,造成重复切削,尤其是中上部(4000m以上)钻速高时尤为严重;在软泥岩地层,钻压过大,地层或钻屑与钻头表面形成直接接触,造成钻头泥包;长裸眼下钻未进行中途循环,从井壁上刮下的泥饼或钻屑则会泥包钻头。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,盲目加压,造成泥包。

(3)泥浆性能因素:泥浆抑制性差,无法控制泥页岩的水化分散;固含和粘切过高,钻出的岩屑难于清除,易吸附在钻头表面;泥浆比重偏高,失水大,易形成过厚的粗糙泥饼;润滑性能差、钻头表面无法形成有效的保护膜,钻井液中的劣质固相易吸附在钻头上;坂含高,形成过厚的粗糙泥饼,起下钻易造成钻头泥包。例如,一颗直径100μm的钻屑从井底被携带到地面后,未被清除而留在钻井液中,经过泥浆泵的多次循环和钻头的重复破碎后,就有可能变成12.5万个直径约2μm的小颗粒,严重影响机械钻速。井队固控设备达不到快速钻井要求,尤其是除泥器和除砂器,尽管钻进中开动率达100%,但除砂除泥效果差,由于固控问题导致钻井液密度上升快,粘度增加,失水上升,不能有效的实现钻井液的低粘低切,减弱了相同排量下钻井液对井壁的冲刷;同样,固相的增加和密度的升高为高渗透性砂岩地层形成厚泥饼创造了条件。从而增加了泥包的可能。

(4)钻头选型因素:水眼设计无法满足排屑要求;流道排屑角阻碍了钻屑顺利脱离井底,防泥包技术不过关。

(5)操作水平因素:下钻速度过快,在井壁上不断刮削泥饼或钻屑,极易造成钻头泥包;下钻时遇阻不是接方钻杆循环划眼冲洗钻头,而是下压或下冲,从井壁上刮下的泥饼或钻屑则会泥包钻头;下钻到底时操作方法有误,如果先启动转盘,后启动泵,同样也会造成钻头泥包;在软地层中钻进时,送钻不均匀。

(6)井身质量问题,由于井身质量控制不好,出现严重狗腿情况,造成下钻中钻头在该段贴靠井壁,发生PDC钻头堵水眼,泥包。

(7)其它因素:井内钻具被刺穿等造成循环短路,而未及时发现造成钻头泥包;干钻,由于泵上水不好,甚

701

2009年第3期 西部探矿工程

至是不上水,停泵后还在钻进。

钻头泥包除地质因素不能避免外。其它因素都是可以避免的。所以根据以上情况,结合本地区施工实际,应采取以下措施。

1　下入PDC钻头前维护处理好泥浆性能是预防钻头泥包的重要因素之一

(1)在上部地层(4000m以上)采用低粘、低切、低固含、控制适当失水的钻井液钻进,用好固控设备,加强固相控制,尽量消除劣质固相对钻井液的影响,实现优良的钻井液性能,能有效的预防钻头泥包。粘切过高,钻井液内部结构力强,可能引起泵压过高。

(2)加大钻井液中聚合物、泥页岩抑制剂的含量,提高钻井液的抑制性,减少泥页岩水化分散,提高泥饼质量,现场一般使用DB F-2、KPAM、PM HC等通过抑制粘土水化和塑性变形减少钻头泥包的可能性。

(3)在快速钻井液中加入防泥包剂,增加清洁剂、润滑剂的加量,可以在金属表面形成憎水膜,从而降低甚至清除水化粘土和钻头、扶正器等金属表面的粘附,同时由于润湿反转作用,使钻屑不易凝聚,进一步提高井眼清洁效率。

(4)对高渗砂层,可使用屏蔽暂堵技术,加入QS-2、FD-1、PB-1等,提高滤饼质量,减少渗透性滤失,减少钻头泥包的可能性。

(5)维护处理好钻井液性能,维护强于处理,将任何事故扼杀在摇篮中是最理想的,钻井液性能的调整要做好小型实验,不要盲目处理,使预处理做到心中有数,处理有据。

(6)在易发生泥包现象的井段,维持良好的钻井液流变性能,控制低粘度、低切力、低固相含量、低坂土含量;为控制钻屑的水化分散,必须加足高分子聚合物的含量,充分包被钻屑,必要时还要加入清洁剂或抑制剂等。

(7)选用阳离子悬乳液钻井液体系,通过改变钻井液连续相和电性来提高钻井液的抑制性、润滑性,改善流变性达到防止PDC钻头泥包。

2　工程技术措施

(1)首先做好PDC钻头的选型工作,优选适合地层的钻头,钻头水眼、流道设计、以及防泥包能力、扶正器应利于排屑。

(2)下入PDC钻头之前,应充分循环泥浆,清洗井眼,防止起钻后滞留在井眼内的钻屑继续水化分散;进行短起下钻,对井壁泥饼进行刮削、挤压,将厚泥饼拉薄、压实,尽量保证井眼畅通、消除阻卡;在钻头泥包高发区,如果采用了所有方法也无法避免PDC钻头泥包,那么可以先使用牙轮通一趟井。

(3)下钻时在钻头流道表面涂满黄油,形成一层保护膜,减少钻头与泥浆中的劣质固相直接接触的时间,或者用160目以上筛布把钻头包起来,这样做既便在深井中也是有一定作用的。

(4)下钻时钻头不断刮削井壁,井壁上的泥饼或滞留于井内的钻屑会在钻头下堆积,到一定程度便会压实在钻头上,采用分段循环钻井液,防止堵水眼。

(5)下钻过程中还应适当控制速度,防止钻头突然冲入砂桥,钻进一堆烂泥中;另外如果速度恰当,PDC 钻头会顺着上一只钻头所钻的螺旋形井眼轨道行进,而不是在井壁上划拉下大量泥饼。

(6)每次下钻到底时必须先开泵,尽量提高排量充分冲洗井底和钻头,等排量满足要求后再开转盘。

(7)塔河区块上部坚持用大排量钻进;如果开钻前期排量太小,井壁冲刷不够从而引起环空间隙小导致泵压升高,上部地层由于钻时快,若排量太小,环空岩屑浓度大,清除不及时,对井壁冲刷不够,岩屑会附于井壁上,使得环空间隙减小,泵压会及时升高,以后由于高泵压排量进一步减小,最终导致高泵压及钻时变慢,甚至严重影响机械钻时。甚至在易泥包井段使PDC钻头泥包。这种情况在AD14井钻进中就曾经发生。

(8)软泥岩中钻进,应尽量采用低钻压、高转速、大排量钻进;控制好机械钻速,或增加钻井液循环时间,其目的是为了降低钻井液中的岩屑浓度。

(9)操作要精细,送钻加压一定要均匀,不能忽大忽小。

(10)严禁低于设计排量钻进。在钻进中要加强巡回检查,监控好排量和泵压的变化,如遇泥浆泵上水不好或被刺漏,必须及时修护好后再钻进,有的为盲目抢时间,单泵或小排量钻进,将影响岩屑的携带,甚至发生重复剪切破碎现象,产生的细小岩屑可能泥包钻头,粘附井壁形成虚假泥皮。

(11)如以上措施还未取得效果,可考虑用牙轮钻头过渡,水眼尽量用不同尺寸,以不等速射流保持钻头清洁。

3　小结

因此,预防PDC钻头泥包总的来说,使用优质钻井液,大排量钻进,操作精细。使用PDC钻头有利于快速钻进,但是必须考虑到使用PDC钻头的特殊性,克服使用牙轮钻头操作PDC钻头的惯性思维,认真解决各种不利的影响因素,加强工程、地质、泥浆等各方面的沟通与配合。

801 西部探矿工程 2009年第3期