不同钻井参数,不同磨损期PDC钻头岩屑分析(精)

1、不同钻井参数,不同磨损期 PDC 钻头岩屑分析关键词：岩屑；录井；PDC 钻头；提高；符合率1 PDC 钻头特点及造屑机理1.1 PDC 钻头的主要特点PDC 全称为 Polycrystalline Diamond Compact（聚晶金刚合金片）,这类钻头是油气钻井中针对中软地层而开发的新型钻头。近几年 ,PDC 钻头被越来越广泛地 应用,PDC 钻头的优越性显而易见,与传统的牙轮钻头相比,PDC 钻头有着明显的 优势：钻井速度快,可以提高机械钻速 ,降低钻井成本；使用寿命长 ,减少起下钻次 数,降低工人劳动强度 ,辅助时间少；适应地层广。适合川西气田特殊地质特征 , 低钻压剪切均匀破碎 ,

2、有利于防斜；安全系数大。没有掉牙轮风险 ,事故发生概率 较小。不过 PDC钻头存在一些缺点：钻头成本高，要求井底干净，禁止井下有金属 落物；对井壁进行修复的功能不如牙轮钻头；PDC 钻头所钻的岩屑细小，虽便于泥 浆携带, 保持井底干净 ,但给岩屑录井工作带来很大困难。1.2 PDC 钻头造屑机理PDC 钻头破碎岩石的方式主要是剪切作用。从岩石破碎强度可知，岩石抗剪切强 度远低于岩石的抗压强度（为抗压强度的 0.090.15 倍）,PDC 钻头正是利用岩 石的这一特征实现其高速钻进。PDCB头在扭矩力的作用下，复合片刮切岩石时 生成的岩屑会沿着金刚石表面上移 , 直至与复合片脱离 ,通过岩石在切

3、削齿边缘 处的破碎 ,钻头的切削能量得到高效释放。然而 , 在很多情况下 ,岩屑所承受的压 力过大使其紧贴切削齿表面 , 从而生产阻碍岩屑移动的摩擦力。这种摩擦力往往 可以积累到相当高的程度 , 以至于会造成岩屑在切削齿边缘的堆积。这种现象一 旦发生,井底岩石的运移就不再是直接依靠切削齿的边缘 , 而是通过切削齿表面 积累的岩屑自身来完成。这种现象在钻头后期表现的尤为突出。2 PDC 钻头使用对岩屑录井质量的影响高转速、低钻压、高排量钻头的使用提高了钻井的速度、降低了钻井的成本、 明显增加了钻井的经济效益 , 但与此同时却给地质录井中工作带来诸多困难 , 钻 头钻出的岩屑极其细小 , 给地质资

4、料的录取质量带来了较大的影响。钻井地质录 井主要工作之一是通过岩屑建立岩性剖面、划分地层 , 钻井岩屑细小 , 无疑是对 岩性剖面的恢复带来极大的影响。首先：岩屑取、洗样的难度加大。由于所钻岩屑细小 , 甚至部分岩屑呈粉沫状 , 在 钻井液中较少通过振动筛从钻井液中分离出来 ,导致捞取到的岩屑数量较少。其 次：加大了岩屑观察、描述、分层定名、百分比估计的难度。由于岩屑细小, 有的甚至为粉末状 , 给正确的岩屑描述观察、挑样、定名等判定带来了很大的难度 严重影响岩性剖面符合率。另外砂、泥岩钻时区别不大 （特别是浅层 ）, 因此钻时在剖面恢复的过程中的作用明显较牙轮钻头的钻时要小。再次: 捞砂时间

5、与钻进时间搭配不合理。在川西浅层中软地层，PDC 钻头钻时较快，1500m 以前平均钻时 14min/m,快的时候不足 1min 钻进一米，而采集、 清洗一包岩屑样一般需要 510min左右,即使按照 4m 的采样间距也无法跟上钻头,如果是勘探井或油气 显示加密段 , 当采样间距缩小时 , 采样就更无法跟上钻头进尺 , 从而造成采样困难 砂样的质量及代表性变差。PDCB头钻出的岩屑极其细小，给地质剖面的恢复带 来了较大的影响。如何识别不同磨损时期、不同钻井参数条件下PDC 钻头的岩屑,保证岩屑录井的质量 ,笔者就在川西孝泉、新场等构造现场录井工作中所遇 到的情况及采取的处理方法来浅谈解决细小岩

6、屑录井的问题 , 以供大家探讨。3 不同钻井参数、不同磨损期 PDC 钻头岩屑的分析识别根据川孝 169 从式井组、川孝 452 井、川孝 464 井等十余口的岩屑来看 ,钻头使 用的时期不同 , 钻头本身磨损程度肯定不同 , 在相同钻井参数下钻进返出的岩屑 大小不同。同样 , 钻头磨损程度一定 , 而钻井参数不同 , 所钻岩屑大小也肯定不 同。因此在对岩屑代表性进行判定时，地质工作者必须将 PDCB头使用的时期及 钻井参数相结合来综合考虑问题。3.1 使用早期的 PDCB头在不同钻井参数下的岩屑分析识别高转速、低钻压、低排量。在这种钻井参数条件下使用磨损程度小的PDC 钻头钻进,钻速相对较慢

7、 ,掉块多,转盘负荷较大。由于泥浆对地层岩屑的冲刷破碎力 小, 钻头破碎的岩屑未被进一步破碎 , 因此所钻岩屑颗粒较大 , 但是由于排量低 , 岩屑上返不及时 , 井筒内岩屑多 , 部分岩屑又受钻头及高速旋转钻杆的剧烈搅拌 造成重复性碾磨而变小 , 最终导致岩屑情况复杂 , 观察发现所得岩屑总体新鲜感 降低，粒径最大 45mm 一般在 23mn 之间，最小为 12mm 以 2mnj 筛层岩屑 （大小 23mm 代表性最好。低转速、低钻压、高排量。这种钻井参数组合很少见，在这种条件下使用磨损程 度小的 PDC 钻头钻进，钻速较慢。钻盘转速低，钻头对已破碎的岩屑未造成重复 性碾磨，并且岩屑上返过程

8、中也未受钻杆高速旋转的剧烈搅拌，从而使返出的岩 屑颗粒相对较大。粒径最大 46mm 一般在 24mm 之间，最小达 1.0mm，以 2mm 筛层岩屑（大小 24mm 代表性最好，1mm 筛层岩屑（大小 12mm 代表性略次。低转速、低钻压、低排量。尚未遇到在这种钻井参数条件下使用磨损程度小的 PDC钻头钻进的情况。3.2 进入晚期的 PDC 钻头在不同钻井参数下的岩屑分析识别高转速、低钻压、高排量。在这种钻井参数组合下使用磨损程度较高的 PDCf 占 头钻进所得岩屑，钻速变得很慢，岩屑变得很细，粒径最大 23mm 一般在 0.5 1mm之间或呈粉末状。此时岩屑很细，筛样要特别注意，筛样时要前后

9、对比岩屑，看暗色岩屑（泥岩）与浅色岩屑（砂岩）的增减量,使用 125mn 四层选样筛选样 如浅色岩屑（砂岩）增加,则漏过 1mm 筛层的粉末状岩屑代表性最好；如暗色岩屑 （泥岩）增加,则漏过 1mm 筛层岩屑（大小 0.51mm 代表性最好,1mm 筛层岩屑（大 小 12mm 代表性次之,2mm 筛层以上岩屑代表性就非常差了。高转速、高钻压、高排量。在川西，井队当 PDC 钻头使用到晚期后，由于钻头昂 贵 ,为节约钻头成本 , 一般都要加大钻井参数 , 特别是加大钻压继续维持钻进 , 因 此这种钻井参数组合使用较多。此时使用磨损程度高的PDC 钻头钻进，钻速仍然很慢。井下岩屑由于所承受的压力过

10、大而使其紧贴切削齿表面 ,从而生产阻碍岩 屑移动的摩擦力。这种摩擦力往往可以积累到相当高的程度 , 以至于会造成岩屑 在切削齿边缘的堆积。井底岩石的运移就不再是直接依靠切削齿的边缘 , 而是通 过切削齿表面积累的岩屑自身来完成 ,如果排量减小 ,这种现象将更加严重。低转速、低钻压、高排量。在这种钻井参数条件下使用高磨损程度PDC 钻头钻进, 钻速非常慢 , 井队基本都会起钻换钻头 低转速、低钻压、低排量。尚未遇到在这种钻井参数条件下使用高磨损程度的 PDC 钻头钻进的情况。综上所述,在川西孝泉、新场等构造的中软地层,PDC 钻头在钻井过程中形成的 岩屑与PDCB头的磨损程度及钻井参数的使用有密切关系。不同的钻井参数、 不同的钻头磨损程度对岩屑的大小、形状有着重要影响 , 作为地质工作者在使用