浅谈东台地区PDC钻头防泥包技术

摘 要：在实践中我们发现PDC钻头的使用可以有效提高机械钻速，可降低钻头事故发生的机率。今年我队在东台地区共施工5口井，在这5口井中我们多次尝试使用不同型号的PDC钻头，发现PDC钻头的使用要求比牙轮钻头使用的要求更为严格，PDC钻头泥包是制约PDC钻头使用的主要因素之一。通过不断的对比分析，我们总结出一些适用于东台地区地层的PDC钻头使用方法。

关键词：钻头泥包 PDC钻头 钻头选型 机械钻速

一、东台地区的地质简述

东台地区盐城组较长，砂砾岩多，地层缺失戴南组。三垛组以软泥岩为主，底部有含砾砂岩。阜宁组以灰黑、深灰色泥岩为主，阜一段底部有含砾砂岩，阜二段存在白云岩等硬度较高的岩石。结合邻井资料和现场实际我们发现，东台地区三垛组软泥岩易水化膨胀、缩径严重，阜宁组上部地层岩性较粘，易粘附在钻头上，因此这两个井段是泥包现象易发井段。

下面我针对今年施工的5口井中存在泥包现象的情况进行一下简单的分析。

井号 钻进井段 所在地层 钻头型号 钻进井段 所在地层 钻头型号

台16 2836-2929 阜二段 M3235AL

台X17 2161-2179 阜四段 M3235AL 2179-2181 阜四段 M3235AL

堡5-1 1807-1850 垛一段 M4466CS 2032-2047 阜三段 M3235AL

台14-1 1634-1864 垛一段 M4466CS

富安3 无

我队今年在东台施工的5口井中多次尝试使用了不同型号的PDC钻头，其中311mm、241mm、222mm的PDC钻头型号为FL1955M，未发生泥包现象。215.9mm的PDC钻头主要型号有五刀翼的M3235AL、五刀翼的FL1955M、四刀翼的M4466CS、四刀翼的FL1654M四种PDC钻头，FL1955M钻头仅使用一只，在台16井连续下井两次后损坏，FL1654M钻头在富安3井入井3次未发生泥包。

由上表我们可以看出，泥包发生井段主要集中在垛一段和阜四段，不论是四刀翼的M4466CS钻头还是五刀翼的M3235AL钻头都曾发生过泥包现象，可见是否发生泥包取决的因素很多，仅仅依靠使用四刀翼PDC企图降低泥包概率的观点是错误的。下面我们具体分析一下PDC钻头泥包的原因和解决办法。

二、泥包的概念和钻头发生泥包时的常见现象

钻头泥包是指钻头表面为泥团所包被，在钻进、起下钻过程中都会发生。发生钻头泥包后，PDC钻头牙齿受泥包影响“吃入”地层程度减小，导致其攻击力不能正常发挥、钻速变慢，严重时包死钻头、堵死水眼，导致泵压升高，甚至无进尺，如果是在起下钻时发生，还有可能造成环空阻塞。钻井过程中，如果出现下列现象，则说明钻头可能泥包了：（1）钻进时进尺明显变慢，或者说钻时明显升高；（2）增大钻压或减小钻压对钻速无明显影响；（3）地层变化时对钻速的影响不大；（4）一般情况下泵压略有升高或无明显变化；但有时也会有高泵压，甚至堵死钻头水眼，阻塞循环通道；（5）钻头牙齿不能有效“吃入”地层，表现出扭矩变小或扭矩波动范围减小；（6）起下钻出现“拔活塞”现象；（7）短起下过后钻速明显变慢，继续钻进可能会逐渐恢复钻速而泥包解除，或者继续变慢造成严重泥包致无法正常钻进；（8）钻井中发生钻具刺漏、循环出现短路，处理完后钻速明显变慢[1]。

三、造成钻头泥包的原因

1.地质因素：所钻地层为上部不成岩的软泥，极易粘贴钻头表层，压实后造成钻头泥包；地层中的泥页岩虽成岩，但易于水化分散，使井眼内泥质或固相含量大增，吸附于钻头表面造成钻头泥包；或者地层中含有分散状石膏，造成泥浆污染后，泥浆中的有害固相相当难于清除，使钻头被泥包的机率大增；地层中的渗透率高，在压差作用下，吸附井筒内的有害固相及未及时携带出的岩屑，形成厚泥饼，起下钻时在PDC钻头下方堆积造成钻头泥包。

2.泥浆性能因素：泥浆抑制性差，无法控制泥页岩的水化分散度；固相含量和粘切过高，钻出的岩屑难于清除，易吸附在钻头表面，如果使用的是无固相钻井液，钻头是绝对不会发生泥包的；泥浆比重偏高，失水大，易形成过厚的粗糙泥饼；性能差，钻头表面无法形成有效的保护膜，钻井液中劣质固相易吸附在钻头上。

3.工程技术因素：钻进中排量小，不能有效清洗井底及钻头，将钻出的岩屑冲离井底，同时上返速度不足，岩屑在井内潜留时间长，粘附于井壁形成厚泥饼，尤其是中上部钻速高时这种现象更为严重；在软泥岩地层，施加的钻压过大，地层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越积越多，越压越实，则会钻头泥包。

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。

5.操作水平因素：下钻速度过快，钻头不是顺着螺旋型轨道向下滑行，而是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；在软地层钻进时，送钻不均匀造成钻头泥包[1]。

四、防止钻头泥包的具体措施

针对东台地区地层的特殊性和以前钻井施工中的出现的问题导致钻头泥包，我们专门制定了对策。

1.进入三垛组之前提前加好防泥包剂，进入阜宁组之前提前加好剂，从而提高钻井液表面活性。增强泥浆抑制性，改善泥饼质量，控制滤失量，适当提高密度，尽量减少缩径的程度，保证起下钻正常。使用好固控设备，尤其是离心机，有效去除有害固相，使钻井液达到低固含、低粘切。在不使用动力钻具时可以加入300-500KG核桃壳来破坏早期形成的泥包。

2.全井保证排量不低于32L/s，控制好井身轨迹，避免起下钻时在大小台阶或方位变化太快的井段形成泥包。定向前必须提高排量充分洗井，并进行短起下。在进入阜宁组后为防止垮塌不能大排量洗井时，要提前一至两个单根开泵，小排量开平稳后再增大排量，并逐步下探清洗井底。下钻到底后不急于启动转盘，等返砂正常再进行井底塑型。

3.选择PDC钻头时尽可能的选用四刀翼的PDC钻头，刀翼间隔大有利于岩屑返出；选择水眼多且均匀分布的PDC钻头，有利于清洗井底不留死角。

4.严格把好操作关，①严格控制好起下钻速度，操作要平稳，不可以强压硬冲，防止在下钻过程中突然遇阻造成钻头泥包；②正常钻进时必须保证均匀送钻；尤其在软泥岩地层之中，钻压不可太大；③每次接完单根、测斜完、短起下到底时，一定要先开泵先清洗井底，然后逐渐加至正常钻压钻进。④钻进时发现钻时突然变慢或指针突然不回时，排除了地层岩性的变化后，有可能是因为井底岩屑浓度过高、岩性较粘，形成粘在钻头刀翼上形成的早期泥包，要求立即上提钻具脱离井底3-5米，提高排量，提高转速，高速旋转钻具1-3min，并快速上下大幅度活动钻具，然后下压至井底不开转盘5-10min，将上述过程反复操作。

五、应用效果

今年我队在东台地区共施工5口井，在这期间PDC钻头一共入井36次，钻头泥包次数6次。通过不断总结经验、完善措施，我队在富安3井实施上述办法，使得富安3井未发生泥包现象，减少了起下钻的次数和成本的消耗。主要原因有两个：1.措施执行的较好；在钻井液方面，从一开到完井都制订了具体的性能指标，超前谋划、落实到位，对有害固相的清除和钻井液性能的维护不遗余力，尽可能的做到最好。在工程方面，优选钻头和钻井参数，严格把好操作关，发现异常及时处理，有效避免了泥包现象的发生。2.选用四刀翼FL1654M钻头；该钻头刀翼间隙大，方便岩屑及时返出，水眼分布均匀，有利于抑制泥岩粘附，单个刀翼牙齿上下落差较大，岩屑不易堆积积压，可进一步试用和验证。下表为富安3井PDC钻头使用表，由于东台地区三垛组下部、阜宁组极易泥包，所以在富安3井从1981-2889m均使用FL1654M这只钻头，未发现泥包。

六、认识和建议

1.东台地区盐城组下部、三垛组软泥岩易缩径，处理好该缩径井段有利于PDC钻头的下一步使用。

2.使用PDC钻头前要考虑该井段地层是否满足使用条件，如东台地区三垛组、阜四段交界面极易发生泥包，应该尽量避免使用PDC钻头。

3.良好的井身轨迹和满足携砂要求的排量有利于防止钻头泥包。

4.维护好钻井液性能、去除有害固相是防止钻头泥包的重要措施之一。

5.良好的操作习惯可以降低发生钻头泥包的概率，及时发现并正确的处理可以解除一些初期泥包现象。

6.四刀翼的FL1654M钻头可进一步试用和验证。

参考文献：

[1] 张金龙、于占国等. 钻头泥包原因及其对策. 石油地质与工程. 第22卷第3期. 2008. 97-98