浅析钻井过程中钻头泥包原因及预防措施

浅析钻井过程中钻头泥包原因及预防措施

栾国兴

大庆钻探工程公司钻井三公司

摘要：现阶段为了实现快速钻进，提升钻井效益,钻井过程中越来越多地使用PDC钻头。由于各种因素的影响,经常发生PDC钻头泥包的现象,影响机械钻速，给钻井安全造成影响,导致起钻次数增多。因此，加强对钻头泥包原因分析，采取有效措施预防钻头泥包，对于安全高效钻井具有重要意义。

关键词：钻头泥包；原因分析；技术对策

1 前言

为了实现快速钻进，钻井过程中越来越多地使用PDC钻头。由于各种因素的影响，经常发生PDC钻头泥包的现象，导致起钻次数增多，甚至被迫使用牙轮钻头。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，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。有必要对PDC钻头泥包的影响因素进行分析，并制订相应的对策。

2 钻头泥包现象

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。钻头泥包是指钻头表面被泥团包裹着，发生钻头泥包后，PDC钻头钻进困难，吃入地层难度增加，导致机械钻速下降，钻头泥包严重时，会导致钻头包死，水眼堵住，使得泵压升高，钻进困难甚至无法正常钻进，起下钻过程中发生泥包可能导致环空堵塞。钻头泥包可以从以下几个方面判断：(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。

3 钻头泥包原因分析

造成PDC钻头泥包的原因主要有以下几个方面因素：

（1）地质方面原因。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。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。

（4）钻井设备影响。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。

（5）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。

（6）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。

（7）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。

（8）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。

4 钻头泥包对策分析

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。

4.1 合理配置钻井液性能

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。

4.2 工程措施预防

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：低排量只适于牙轮钻头，而不适应钻井速度较快的PDC钻头。对于PDC钻头要加大钻井液排量，降低钻头泥包风险。

（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，避免送钻不均匀造成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1～2ｍ，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。

5 结束语

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。

参考文献：

[1]邓传光,朱明玉,黄焰,等．PDC 钻头泥包原因分析及对策［J］．钻采工艺,2006,29（6）：127-129．

[2]屈沅治,孙金声,苏义脑．快速钻进钻井液技术新进展 ［J］．钻井液与完井液,2004,21（3）：68-70．