PDC 鑽頭泥包原因分析及對策

為了實現快速鑽進，鑽井過程中越來越多地使用PDc 鑽頭。由于各種因素的影響，經常發生PDC鑽頭泥包的現象，導緻起鑽次數增多，甚至被迫使用牙輪鑽頭。PDc 鑽頭泥包，嚴重制約了公司總包井鑽井速度的提高，影響了公司綜合效益和鑽井市場的形象。有必要對PDC 鑽頭泥包的影響因素進行分析，并制訂相應的對策。

一、PDC 鑽頭泥包的現象

鑽進過程中，PDC 鑽頭使用沒到期且所鑽地層岩性沒發生變化，如果出現以下情況，就說明鑽頭被泥包了：(1)鑽進中，鑽時明顯增加，從每米幾分鐘上漲至幾十分鐘；(2 ）下鑽或短起下後，鑽時較快，鑽進幾米後，鑽時明顯變慢；( 3 ）鑽進中，其它參數不變的情況下，泵壓上漲，扭矩變小；起出鑽頭後，切削齒、流道槽、保徑部分有濾餅，說明在鑽進過程中發生了泥包。

二、造成PDC 鑽頭泥包的原因造成PDC 鑽頭泥包的原因主要有以下幾個方面因素：（ 1）鑽井液性能方面：鑽井液性能差，如失水大、濾餅厚、抑制性差、潤滑性能差等。

( 2 ）鑽進地層特性方面：軟泥岩地層、易吸水膨脹的地層或軟硬交錯的地層，易形成泥包。

( 3 ）鑽進參數方面：鑽進中排量較小，未能将鑽屑及時帶離井底，造成重複切削。鑽進中鑽壓不均勻，使切削齒瞬間切人地層的深度不一緻，特别是鑽時變慢後，盲目加大鑽壓，會迅速包死PDC 鑽頭。

( 4 ) PDC 鑽頭選型方面：選用中心孔流道較小的PDC 鑽頭，容易導緻鑽屑堵在底部，造成泥包。近年使用中DBS 的PDC 鑽頭泥包很少，而其它PDC 鑽頭或試驗用鑽頭較易泥包。

三、預防PDC 鑽頭泥包的技術對策使用PDC 鑽頭對鑽井液和工程措施都提出了比牙輪鑽頭更高的要求，不能将适合牙輪鑽頭的參數用到PDC 鑽頭使用上。根據對PDC 鑽頭泥包原因的分析，除地層原因是無法進行人為調整控制的外，其它幾方面的因素都是人為可控的，主要采取以下措施來預防PDC 鑽頭泥包。

1 ．下入PDC 鑽頭前維護處理好鑽井液性能鑽井液性能是否良好是防PDC 鑽頭泥包的重要因素。可以想象兩種極端情況，一是PDC 鑽頭放人泥漿罐中，一是PDC 鑽頭放人淤泥罐中，前者肯定不會泥包，而後者肯定會泥包。要達到不泥包的狀态，應調整好鑽井液性能。調整鑽井液性能又主要是控制鑽井液的失水，提高鑽井液的抑制性、潤滑性。

（ 1）鑽進中，應降低鑽井液失水，避免地層吸水後形成厚濾餅阻卡等。

（2 ）抑制性：加人大分子包被劑、聚合醇等，抑制泥岩地層造漿、分散。

（3 ）潤滑性：做到粘性泥岩的鑽屑在PDC 鑽頭上粘不起，必須加足潤滑劑、清潔劑，加量與當時鑽井液密度等有關系。清潔劑加足是以鑽井液不起泡為準，潤滑劑加量一般為1 ％一3 ％。

（4 ）鑽進中，應加強固相控制，隻有盡量清除劣質固相，才能實現優良的鑽井液性能。

2 ．工程措施

工程措施也是防PDC 鑽頭泥包的重要因素。PDC 鑽頭鑽速快、鑽屑多，必須要有足夠的排量，迅速帶出鑽屑；否則重複切削會形成淤泥而泥包鑽頭。同時，對其它措施也有較高要求。

（l ）排量：倪16 井眼中應盡量提高排量，應保持在30 - 35 口。之間，而現場實際排量一般在25一28 口s 之間，低排量隻适于牙輪鑽頭，而不适應鑽井速度較快的PDC 鑽頭。( 2 ）鑽壓：在不井斜的情況下，加大鑽壓有利于提高鑽速，但在軟泥岩地層加大鑽壓易形成泥包，送鑽均勻，避免送鑽不均勻造成PDC 鑽頭泥包。

（3 ）下PDC 前進行短起下，消除厚濾餅、阻卡，有利于防泥包。

（4 ）适當地層下PDC ，防止因地層原因造成的泥包。加強PDC 鑽頭選型，以适應新鑽地層。

（5 ）鑽進中，鑽時變慢，懷疑PDC 鑽頭泥包，應将PDC 鑽頭上提，離井底1 一2m ，增大排量，提高轉速，争取将部分泥包的鑽屑甩掉，便于繼續鑽進。

（6 ）下PDC 鑽頭前應測量起出的牙輪鑽頭外徑，防止PDC 鑽頭下人小井眼遇卡，同時預防PDC鑽頭下人井徑變小的井眼段，減少鑽頭泥包。

（7 ）下人PDC 鑽頭，由于有保徑部位接觸井周，相當于一個小扶正器，改變了鑽具的結構，導緻剛性增強。因此，在厚濾餅段、井斜率變化大的井段要用牙輪鑽頭通井，應有耐心堅持劃眼，待井眼暢通後再下PDC 鑽頭。

( 8 ）優選PDC 鑽頭，在易泥包地層選用排水槽大的PDC，使鑽屑能容易及時地排出，減少發生泥包。

3 ．現場實例

( l ）某井硯16 井眼因溢流導緻井下垮塌，埋鑽具，被迫側鑽。井深2 635 . 00 一5 050 . 34m 為側鑽段，其中2 660m 為井斜最大點，5 . 540 ，後逐步降斜。井深4 631 . 08m 下入PDC 鑽頭，鑽時慢，gh 鑽進3 . 37m 至4 634 . 45m 。起鑽發現鑽頭底部形成墊層狀泥包，水眼堵3 個。分析原因為PDC 鑽頭在下鑽中刮劃造斜段井壁，在未下到井底前已形成泥包，即先期泥包。後通過遇阻劃眼，分段循環，下人PDC 鑽頭正常鑽進，日進尺40 一60m 。

( 2 ）某井311 mm井眼，鑽井液密度1 . 82 cm ，深4 164 . 55m 下人PDC 鑽頭，鑽時慢，1 : 30鑽進0 . 7m ，鑽頭發生泥包現象。多次采用鑽頭提離井底0 . 2 、0 . 4m 循環，鑽井液沖洗PDC 鑽頭後逐漸恢複正常，平均鑽速1 . 5m /h 。該井由于使用0127 鑽杆，排量受機泵條件限制，隻有30 一32 L/s ；後在同構造上使用140 鑽杆，排量達40 一42 L/s ，同井段使用同型号鑽頭，無泥包現象，并且機械鑽速高，可見排量小也是造成PDC 鑽頭泥包主要因素。

四、結論

( l ）維護處理好鑽井液性能是預防PDC 鑽頭泥包的主要技術措施之一。

( 2 ）優化鑽井參數，特别是采用大排量及時清除鑽屑和下人PDC 鑽頭前使井眼暢通，也是有效預防PDC 鑽頭泥包的主要措施。

( 3 ）使用PDC 鑽頭有利于快速鑽進，但是必須考慮到使用PDC 鑽頭特殊性，克服按使用牙輪鑽頭操作PDC 鑽頭的慣性思維，認真解決各種不利的影響因素，才能真正将這一先進工具轉化為生産力。

一、造成牙輪鑽頭泥包的原因

1、地質因素：所鑽地層為上部不成岩的軟泥，極易粘帖于鑽頭表層，壓實後造成鑽頭泥包；地層中的泥頁岩雖成岩，但易于水化分散，使井眼内泥質或固相含量大增，吸附于鑽頭表面造成鑽頭泥包；或者地層中含有分散狀石膏，造成泥漿污染後，泥漿中的有害固相難于清除，使鑽頭被泥包的機率大增；地層滲透率高，在壓差作用下，吸附井筒内有害固相及未及時攜帶出的岩屑，形成厚泥餅，起下鑽時在PDC鑽頭下方堆積造成鑽頭泥包。

2、泥漿性能因素：泥漿抑制性差，無法控制泥頁岩的水化分散；固相含量和粘切過高，鑽出的岩屑難于清除，易吸附在鑽頭表面，如果使用的是無固相鑽井液，鑽頭是絕對不會發生泥包的；泥漿比重偏高，失水大，易形成過厚的粗糙泥餅；潤滑性能差、鑽頭表面無法形成有效的保護膜，鑽井液中的劣質固相易吸附在鑽頭上。

3、工程技術因素：鑽進中排量小，不能有效清洗井底及鑽頭，同時上返速度不足，岩屑在井内滞留時間長，粘附于井壁形成厚泥餅，尤其是中上部鑽速高時更為嚴重；在軟泥岩地層，鑽壓過大，地層或鑽屑與鑽頭表面形成直接接觸，造成鑽頭泥包；長裸眼下鑽未進行中途循環，從井壁上刮下的泥餅或鑽屑則會泥包鑽頭。

4、鑽頭選型因素：水眼設計無法滿足排屑要求；流道排屑角阻礙了鑽屑順利脫離井底。

5、操作水平因素：下鑽速度過快，鑽頭不是在順着螺旋型軌道向下滑行，而是在井壁上不斷刮削泥餅或鑽屑，極易造成鑽頭泥包；下鑽時遇阻不是接方鑽杆循環劃眼沖洗鑽頭，而是下壓或下沖，從井壁上刮下的泥餅或鑽屑則會泥包鑽頭；下鑽到底時操作方法有誤，如果先啟動轉盤，後啟動泵，同樣也會造成鑽頭泥包；在軟地層中鑽進時，送鑽不均勻。

二、PDC鑽頭泥包的常見現象1、鑽進時進尺明顯變慢，或者說鑽時明顯升高；2、增大鑽壓或減小鑽壓對鑽速無明顯影響；3、地層變化時對鑽速影響不大；4、一般情況下泵壓略有升高或無明顯變化；但有時也會出現高泵壓，甚至堵死鑽頭水眼，阻塞循環通道；5、鑽頭牙齒不能有效吃入地層，表現出扭矩變小或扭矩波動範圍減小；6、起下鑽出現“拔活塞”現象；7、短起下鑽過後鑽速明顯變慢，繼續鑽進可能會逐漸恢複原鑽速而泥包解除,或者繼續變慢造成嚴重泥包緻無法鑽進；8、鑽井中發生鑽具刺漏、循環出現短路，處理完後鑽速明顯變慢。

三、PDC鑽頭泥包的預防

1、泥漿性能的調整

1）、混油或增加潤滑劑投入量，使鑽屑不易粘附到鑽頭上；

2）、加大鑽井液中聚合物含量，控制失水，提高泥餅質量；

3）、提高鑽井液抑制性，減少泥頁岩的水化分散；

4）、降低鑽井液粘度、切力，及時清除劣質固相；

5）、對高滲砂層，可使用屏蔽暫堵技術，減少滲透性漏失；

6）、對含膏岩層，應提前加堿，防止其污染泥漿。

7）、維護處理好泥漿性能，在PDC鑽頭入井前後對預防鑽頭泥包都是有效的；PDC入井後，開泵前，配置一定量的清潔劑（表面活性劑）對鑽頭加以清洗也有一定效果。

2、工程技術措施石油鑽井裝備

1）、首先做好PDC鑽頭的選型工作，鑽頭水眼、流道設計應利于排屑；

2）、下入PDC鑽頭之前，應充分循環泥漿，清洗井眼，防止起鑽後滞留在井眼内的鑽屑繼續水化分散；

3）、下入PDC前先短起下鑽，對井壁泥餅進行刮削、擠壓，将厚泥餅拉薄、壓實，盡量保證井眼暢通、消除阻卡；在鑽頭泥包高發區，如果采用了所有方法也無法避免PDC鑽頭泥包，那麼先使用牙輪通一趟井就成了必要手段

4）、下鑽時在鑽頭流道表面塗滿黃油，形成一層保護膜，減少鑽頭與泥漿中的劣質固相直接接觸的時間，或者把鑽頭包起來，這樣做既便在深井中也是有一定作用的；

5)、下鑽時鑽頭不斷刮削井壁，井壁上的泥餅或滞留于井内的鑽屑會在鑽頭下堆積，到一定程度便會壓實在鑽頭上，那麼下鑽中途進行循環，将鑽頭沖洗幹淨也是有其必要的；

6）、下鑽過程中還應适當控制速度，防止鑽頭突然沖入砂橋，鑽進一堆爛泥中；另外如果速度恰當，PDC鑽頭會順着上一隻鑽頭所鑽的螺旋形井眼軌道行進，而不是在井壁上劃拉下大量泥餅。

6）、每次下鑽到底時必須先開泵，盡量提高排量充分沖洗井底和鑽頭，等排量滿足要求後再輕壓旋轉鑽進0.5-1m，這也是PDC鑽頭造型的要求。

7）、盡量采用大排量鑽進，保證PDC鑽頭的充分清洗與冷卻；

8）、在軟泥岩中鑽進，應盡量采用低鑽壓、高轉速、大排量，沒有必要盲目使用高鑽壓去追求那僅高一小點的鑽速，那隻是牙輪鑽頭的使用方式；

9）、操作要精細，送鑽加壓一定要均勻，不能忽大忽小。

四、PDC鑽頭泥包的處理

1、處理鑽頭泥包的第一條原則就是：不要急于打鑽，因為越打包的越厲害；

2、停止鑽進，提高排量加強水力沖洗效果，上提鑽頭脫離井底，提高轉速增大離心力使泥塊易于甩出，并上下大幅度活動幾次，然後下壓至井底不開轉盤循環5-10分鐘，将上述過程反複操作；如果在2個循環周内無效，就應當考慮起鑽了。

3、無論預防或處理鑽頭泥包，調整泥漿性能都是必然的，發現鑽頭有泥包迹象，應立即停鑽并配置清潔劑在第一時間打入井内對鑽頭進行清洗。(end)

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