钻头优选及现场使用技术

,江汉钻头使用与失效分析技术,提纲,第一部分：牙轮钻头使用方法一、钻头优选技术介绍二、牙轮钻头使用技术介绍第二部分：牙轮钻头失效分析一、2007年失效钻头简介二、典型失效钻头案例介绍三、IADC三牙轮钻头磨损分级方法,第一部分：牙轮钻头使用方法一、钻头优选技术,在旋转钻井中，钻头是破岩造孔的主要工具，它的质量优劣及其与地层、岩性和钻井工艺条件的适应程度，直接影响着钻井速度的高低，因而根据地层条件合理选择钻头类型和钻井参数，则是提高钻速、降低钻井成本地重要技术环节。在深井钻井过程中钻头要钻遇、钻穿多套地层中和多种岩石，由于岩石是具各向异性的非均质体，其品种极多且性质各异，因而钻头选型工作面对的是一庞大而复杂的集合体。,（一)经验钻头选型法本方法俗称现场钻井资料选型法,是一套行之有效的实用方法，目前现场钻井技术人员多采用该方法选型。技术路线为：以现场钻井资料为基础，通过统计分析目标井所在地区大量的邻井实钻资料，按照各种类型钻头在相同地区、相同地质层段、相同井深条件下，其平均进尺多、平均机械钻速较高的理念选型。本方法具有简单实用、在相同地区和相同地质层段适用性强的优点。江钻使用该方法选型较多。,（二）参比钻头选型法本方法是在经验钻头选型方法基础上，为克服经验钻头选型方法的上述不足，引入间接地层因素声波测井资料，使钻头选型方法向科学化方面发展而研发的一种新方法。本方法之所以称之为参比法，是因为最终参与钻头选型的地层参数为声波测井数据，钻头供应商获取这些数据资料后，必须经与标准化钻头选型模板的数据进行比对后，才能选定和推荐出的钻头类型。江钻有该选型软件，但测井数据少。,（三)等概钻头选型方法,技术路线为：1.应用试验法或预测法或检测法，获取地层可钻性级值；2.应用数理统计方法对试验获取得的岩石可钻性数据进行统计分析，获取地层整体的量化信息并确定出各地质层段的地层可钻性代表值均值Kd和标准误差S；3.选取各地质层段地层可钻性代表值均值Kd和标准误差S，应用胜利钻井院根据休斯钻速预测诺模图版编制的、以地层可钻性级值界定区间的IDAC编码钻头选型对照表，就可以按地层可钻性级值界定区间值的范围，合理选定出适应各地质层段的钻头类型。,（四）全层位钻进基础技术参数推荐合理的钻头类型选择与合理的使用相配合，即配以适当的钻进技术参数，才能有效的发挥其技术性能。,四川盆地钻头选型推荐方案,通过对普光1、普光3、普光5、普光6四口井的完井地质报告和完井测井数据进行分析，应用“JX=VL=平均机械钻速钻头进尺”的“钻头技术效益指数”计算法，对上述井中各种型号钻头的实钻数据,归类进行了分地质层段和分井眼尺寸的统计分析，利用地层级别钻头类型等概关系进行钻头选型。（1）地层与岩性剖面:列出普光地区全层位名称及其厚度和钻遇的岩性；（2）地层可钻性剖面与等概钻头选型推荐方案:依据地层可钻性级值界定的普光地区归类到系的全层位IADC编码钻头选型推荐方案；（3）经验钻头选型方案:统计分析该地区钻头使用资料，获取660.4311.2215.9和444.5+311.2+215.9经验钻头选型推荐方案；（4）钻井工程基础技术参数推荐数据:用岩石可钻性级值计算获取钻压、转速、水功率指数和门限钻压推荐值。,（五）普光构造地层可钻性剖面与钻头选型推荐方案,各地质层段钻头型号选择结果,（六）钻头合理选择与使用注意事项,1.应基于地层岩性和地层可钻性级别选择钻头，但在使用过程中，应根据岩性剖面类型区别对待。2.应基于地层类别选择使用钻头，总体上PDC钻头适用于软至中硬地层。（1）对于塑性系数大的软地层，应选择大直径PDC片，且齿的出露高度应高的钻头，以利于提高破碎岩石效率；（2）对于塑性系数小的中至中硬地层，应选择小直径PDC片，且齿出露低的钻头，以防止崩齿损坏，影响使用效果。3.应基于钻头结构特点和钻井实际地层及岩性情况，合理选定钻进技术参数，但应严格按钻头推荐使用的技术参数范围进行操作。4.应基于钻进工程设计合理选择钻井方式，应对不同井深、不同井型及不同井身结构区别对待：（1）在深部地层施工中，建议PDC钻头与井下动力钻具配套使用，以发挥其适用高转速的技术优势；（2）在中深部大尺寸井眼施工中，建议适当提高钻压、降低转速。,二、牙轮钻头使用技术（一）、使用步骤与技术要求钻头下井前的检查,）钻头外观检查与记录：钻头直径测量；丝扣连接螺纹有无损伤；牙齿和密封是否完好；转动牙轮有无互相碰撞；钻头焊缝有无裂纹、气孔缺陷。）喷嘴安装：安装时应保证喷嘴和壳体清洁，严禁用榔头敲打，以免损坏喷嘴和密封圈。,钻头装卸,）上扣时要使用合适的钻头接头和装卸器，以免造成丝扣、喷嘴和钻头体的损伤；）装卸时防止井口工具落井；）涂丝扣油；）按推荐扭矩参数上扣：171/2钻头：牙轮:46.154.2KN.m;PDC:65.571.9KN.m.121/4钻头：牙轮:37.943.3KN.m;PDC:50.357.5KN.m.8钻头：牙轮:16.321.7KN.m;PDC:1726.4KN.m.,下钻，划眼,）通过防喷器组，套管头，缩径井段，大狗腿度，台肩及套管鞋处要控制下放速度；）轻划通过缩径井段，PDC钻头更要小心，划眼前必须开泵；）下钻要平稳，避免压力激动；）最后一个单根或立柱要大排量划眼到井底。,探井底,）划眼接近井底时，监测钻压和扭矩，如钻压和扭矩增加时，表明已接触井底或沉沙；）若有沉沙，提起钻具，大排量旋转钻具划到井底，确保沉沙或落物已清洗；）在清洗沉沙后上下活动钻具；）无动力钻具，划眼81/2按17KN、12按25KN，转速按40-60转/分钟要求操作；）动力钻具，划眼81/2按17KN、12按25KN及尽量慢的转速操作。,钻水泥塞及套管附件,）在循环和旋转钻具时要经常上下活动钻具以利于清洗钻头；）控制钻压，避免钻头损坏，如切削齿及轴承密封；）监测泵压变化，防止堵喷嘴；）当跳钻或扭矩变化剧烈时，调整转速；）小钻压，低转速，稳定扭矩：动力钻具，适当排量；非动力钻具，大排量；6).钻水泥塞每45米上提划眼23次，每2530米大排量洗井12周，将水泥屑充分循环出地面。,井底造型,）小钻压，低转速，大排量，小扭矩；）井底造型与钻头类型及钻具组合等有关；）牙轮钻头，转速按40-60转/分钟，钻压171/2按35KN、121/4按24KN、81/2按17KN的要求操作，至少钻进30分钟；）PDC钻头，按低于2吨钻压及60100转/分钟要求操作，至少钻进11.5米后方可合理增加钻压和调整转速。,试钻确定最佳钻井参数,）试钻是确定最优钻压和转速组合获得很快机械钻速的有效手段；）在地层变化，机械钻速变化，扭矩变化，人员变化以及作业参数变化如泥浆性能，水力学变化时要进行试钻；）试钻转速从低转速开始，钻压以推荐的钻头所承受的最大钻压为上线；）在不同的钻压和转速组合都能获得很高的机械钻速时，取不跳钻的低钻压转速组合以延长钻头寿命；）最优的钻压和转速以线性终点和扭矩的限制为佳。,试钻步骤,）钻头提离井底，在给定的排量，转速条件下校核钻井仪表；）钻头吃入地层，变换钻压，给定转速，给定时间（5分钟），记录在不同钻压下的机械钻速，钻压增幅为2吨左右；）逐渐增加转速，给定钻压，给定时间（5分钟），记录在不同转速下的机械钻速，硬地层转速增幅为10转/分钟左右，软地层转速增幅为20转/分钟左右；）比较不同的钻压和转速组合获得的机械钻速，得到最优的钻压转速组合。,试钻步骤,接单根步骤防钻头涡动,）降低钻压50%左右；）降低转速50%左右，并保持60转/分钟的转速；）钻具提离井底，停转盘，并停泵；）接单根，缓慢开泵，泵压正常后缓慢下放钻具至离井底0.51米；）启动转盘转动钻具划眼至井底慢慢将钻压加至指定钻压。注意：钻头接触井底后不允许调整转速。,9.与钻头有关的钻井现象机械钻速降低,）泥包；刺钻具；）轴承，密封失效；）跳钻；）切削结构损坏或磨损；）地层变化；）落物；）偏心转动；）钻压低于最优钻压；）转速低于最优值。,9.与钻头有关的钻井现象机械钻速增加,）地层变化；）最优钻压；）最优转速；）钻头清洗好。,9.与钻头有关的钻井现象扭矩增加,）轴承，密封失效；）钻头振动涡动；）井眼清洗不好；）切削结构损坏或磨损；）地层变硬；）落物；）钻压过大。,9.与钻头有关的钻井现象扭矩波动,）切削结构损坏或磨损；）地层变化；）地层有夹层；）钻头振动粘贴滑动；）落物；）送钻不均匀，钻压忽大忽小。,9.与钻头有关的钻井现象扭矩减小,）钻头泥包；）切削结构损坏或磨损；）地层变化；）钻压过小；5）转速过低。,9.与钻头有关的钻井现象泵压增加,）钻头泥包；）水力清洗不好；）堵喷嘴；）切削结构损坏或磨损；）粘度增加；）固相含量过高；）泥浆加重，密度增加；8）.泵排量增加。,9.与钻头有关的钻井迹象泵压下降,1）.掉喷嘴；2）.喷嘴座刺漏；3）.刺钻具；4）.井漏。,起钻时机,）经济方面原因；）机械钻速降低，齿磨损，泥包等；）井眼轨迹控制方面原因；）泵压降低，掉喷嘴或刺钻具；）PDC钻头，泵压增加，磨损严重；）牙轮钻头，扭矩波动过大，密封失效。,起钻时机轴承可靠性,钻头轴承/密封可靠性，IADC415517（19982001年216mm钻头记录）,轴承/密封可靠性,钻头的转数（1000）,起钻及钻头磨损分级,）钻头有倒划眼功能，有利于起钻；）牙轮钻头，起钻时，操作要平稳；）起钻到井口时，立即盖好井口，防止井口工具落井；）在清洗钻头之前，仔细观察钻头是否泥包，堵喷嘴等现象；）把钻头编号，按IADC磨损钻头分级标准，对钻头进行磨损评价；）根据磨损情况，进行归类，按钻头存放要求存放钻头。,（二）钻头使用与起钻技术,1、选型：针对地层岩性特点，尽量选用对路的钻头；2、合理选用钻井参数，根据钻头的结构、岩性特点和钻井条件、设备、钻具等优选钻压和转速，在易斜井段钻进要按防斜设计执行；3、使用喷射钻头，在正常井段下，不允许取掉喷嘴入井，必须进行水力参数设计，达到高压喷射钻井指标来优选喷嘴组合，并满足入口流速小于21.4米/秒条件；4、喷嘴安装前，先清洗喷嘴内外面，涂抹润滑脂，再轻压装入，防止损坏密封圈，禁止使用有缺陷的喷嘴；,5、井底必须清洁，当井下有碎铁和硬质合金碎断齿较多时，要磨铣和打捞干净，新钻头要带随钻捞杯方能入井；6、有条件时使用减振器；7、采用优质洗井液，搞好泥浆净化，含砂量小于0.3%，在管线上必须安装过滤装置，防止堵喷嘴；8、上卸钻头必须使用钻头盒，用吊钳紧扣和松扣，紧扣要适当，不允许用转盘上卸扣。上紧后上提，检查钻头外观上有无损伤；,9、下钻速度不得过快，特别是不规则和复杂井段；10、下钻完或钻进时上提钻具后恢复钻井时，钻头距井底至少2米，开泵冲洗井底，然后旋转下放到底；11、新钻头入井，应轻压、低转速，钻进0.3-0.5米，跑合牙轮后再逐渐加至所需钻压；12、要精心操作，做到不溜、不顿，送钻平稳均匀。严禁加压启动转盘和猛停、猛合转盘。新钻头到底、井下不正常、钻头使用到后期，必须司钻操作；,13、钻进中要注意钻压、转速、泵压、机械进尺和井下情况的变化，发现异常，及时分析处理，特别要加强钻头使用后期的判断，正确决定起钻时间，起出的钻头应控制在10%-20%范围内，深井、复杂井起出的钻头新度不低于20%-30%；14、起钻时首先减小钻压再停转停泵，防止钻具拉伸使钻头加压，损坏轴承。钻头起至复杂井段，应采用低速；遇卡应倒划眼上提，不得硬起；,15、钻进中起钻依据与新度控制：1）钻头成本曲线开始上升；2）用于扩眼钻头，使用时间已接近该井段同类钻头正常使用时间1/4（研磨性地层）-1/2（非研磨性地层）；3）钻头在非研磨性地层钻进，其使用时间已到该地层同类钻头平均钻时2/3，再钻遇研磨性的砂岩、黄铁矿和燧石时；4）钻井参数和地层岩性未变，钻时超过上1米的1.5倍；,5）转盘扭矩增加；6）正常钻进中出现蹩跳钻；7）正常钻进中发现