鉆頭優(yōu)選及現(xiàn)場使用技術(shù)

,江漢鉆頭使用與失效分析技術(shù),提綱,第一部分：牙輪鉆頭使用方法一、鉆頭優(yōu)選技術(shù)介紹二、牙輪鉆頭使用技術(shù)介紹第二部分：牙輪鉆頭失效分析一、2007年失效鉆頭簡介二、典型失效鉆頭案例介紹三、IADC三牙輪鉆頭磨損分級方法,第一部分：牙輪鉆頭使用方法一、鉆頭優(yōu)選技術(shù),在旋轉(zhuǎn)鉆井中，鉆頭是破巖造孔的主要工具，它的質(zhì)量優(yōu)劣及其與地層、巖性和鉆井工藝條件的適應(yīng)程度，直接影響著鉆井速度的高低，因而根據(jù)地層條件合理選擇鉆頭類型和鉆井參數(shù)，則是提高鉆速、降低鉆井成本地重要技術(shù)環(huán)節(jié)。在深井鉆井過程中鉆頭要鉆遇、鉆穿多套地層中和多種巖石，由于巖石是具各向異性的非均質(zhì)體，其品種極多且性質(zhì)各異，因而鉆頭選型工作面對的是一龐大而復(fù)雜的集合體。,（一)經(jīng)驗(yàn)鉆頭選型法本方法俗稱現(xiàn)場鉆井資料選型法,是一套行之有效的實(shí)用方法，目前現(xiàn)場鉆井技術(shù)人員多采用該方法選型。技術(shù)路線為：以現(xiàn)場鉆井資料為基礎(chǔ)，通過統(tǒng)計(jì)分析目標(biāo)井所在地區(qū)大量的鄰井實(shí)鉆資料，按照各種類型鉆頭在相同地區(qū)、相同地質(zhì)層段、相同井深條件下，其平均進(jìn)尺多、平均機(jī)械鉆速較高的理念選型。本方法具有簡單實(shí)用、在相同地區(qū)和相同地質(zhì)層段適用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。江鉆使用該方法選型較多。,（二）參比鉆頭選型法本方法是在經(jīng)驗(yàn)鉆頭選型方法基礎(chǔ)上，為克服經(jīng)驗(yàn)鉆頭選型方法的上述不足，引入間接地層因素聲波測井資料，使鉆頭選型方法向科學(xué)化方面發(fā)展而研發(fā)的一種新方法。本方法之所以稱之為參比法，是因?yàn)樽罱K參與鉆頭選型的地層參數(shù)為聲波測井?dāng)?shù)據(jù)，鉆頭供應(yīng)商獲取這些數(shù)據(jù)資料后，必須經(jīng)與標(biāo)準(zhǔn)化鉆頭選型模板的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對后，才能選定和推薦出的鉆頭類型。江鉆有該選型軟件，但測井?dāng)?shù)據(jù)少。,（三)等概鉆頭選型方法,技術(shù)路線為：1.應(yīng)用試驗(yàn)法或預(yù)測法或檢測法，獲取地層可鉆性級值；2.應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對試驗(yàn)獲取得的巖石可鉆性數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲取地層整體的量化信息并確定出各地質(zhì)層段的地層可鉆性代表值均值Kd和標(biāo)準(zhǔn)誤差S；3.選取各地質(zhì)層段地層可鉆性代表值均值Kd和標(biāo)準(zhǔn)誤差S，應(yīng)用勝利鉆井院根據(jù)休斯鉆速預(yù)測諾模圖版編制的、以地層可鉆性級值界定區(qū)間的IDAC編碼鉆頭選型對照表，就可以按地層可鉆性級值界定區(qū)間值的范圍，合理選定出適應(yīng)各地質(zhì)層段的鉆頭類型。,（四）全層位鉆進(jìn)基礎(chǔ)技術(shù)參數(shù)推薦合理的鉆頭類型選擇與合理的使用相配合，即配以適當(dāng)?shù)你@進(jìn)技術(shù)參數(shù)，才能有效的發(fā)揮其技術(shù)性能。,四川盆地鉆頭選型推薦方案,通過對普光1、普光3、普光5、普光6四口井的完井地質(zhì)報(bào)告和完井測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，應(yīng)用“JX=VL=平均機(jī)械鉆速鉆頭進(jìn)尺”的“鉆頭技術(shù)效益指數(shù)”計(jì)算法，對上述井中各種型號(hào)鉆頭的實(shí)鉆數(shù)據(jù),歸類進(jìn)行了分地質(zhì)層段和分井眼尺寸的統(tǒng)計(jì)分析，利用地層級別鉆頭類型等概關(guān)系進(jìn)行鉆頭選型。（1）地層與巖性剖面:列出普光地區(qū)全層位名稱及其厚度和鉆遇的巖性；（2）地層可鉆性剖面與等概鉆頭選型推薦方案:依據(jù)地層可鉆性級值界定的普光地區(qū)歸類到系的全層位IADC編碼鉆頭選型推薦方案；（3）經(jīng)驗(yàn)鉆頭選型方案:統(tǒng)計(jì)分析該地區(qū)鉆頭使用資料，獲取660.4311.2215.9和444.5+311.2+215.9經(jīng)驗(yàn)鉆頭選型推薦方案；（4）鉆井工程基礎(chǔ)技術(shù)參數(shù)推薦數(shù)據(jù):用巖石可鉆性級值計(jì)算獲取鉆壓、轉(zhuǎn)速、水功率指數(shù)和門限鉆壓推薦值。,（五）普光構(gòu)造地層可鉆性剖面與鉆頭選型推薦方案,各地質(zhì)層段鉆頭型號(hào)選擇結(jié)果,（六）鉆頭合理選擇與使用注意事項(xiàng),1.應(yīng)基于地層巖性和地層可鉆性級別選擇鉆頭，但在使用過程中，應(yīng)根據(jù)巖性剖面類型區(qū)別對待。2.應(yīng)基于地層類別選擇使用鉆頭，總體上PDC鉆頭適用于軟至中硬地層。（1）對于塑性系數(shù)大的軟地層，應(yīng)選擇大直徑PDC片，且齒的出露高度應(yīng)高的鉆頭，以利于提高破碎巖石效率；（2）對于塑性系數(shù)小的中至中硬地層，應(yīng)選擇小直徑PDC片，且齒出露低的鉆頭，以防止崩齒損壞，影響使用效果。3.應(yīng)基于鉆頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和鉆井實(shí)際地層及巖性情況，合理選定鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)，但應(yīng)嚴(yán)格按鉆頭推薦使用的技術(shù)參數(shù)范圍進(jìn)行操作。4.應(yīng)基于鉆進(jìn)工程設(shè)計(jì)合理選擇鉆井方式，應(yīng)對不同井深、不同井型及不同井身結(jié)構(gòu)區(qū)別對待：（1）在深部地層施工中，建議PDC鉆頭與井下動(dòng)力鉆具配套使用，以發(fā)揮其適用高轉(zhuǎn)速的技術(shù)優(yōu)勢；（2）在中深部大尺寸井眼施工中，建議適當(dāng)提高鉆壓、降低轉(zhuǎn)速。,二、牙輪鉆頭使用技術(shù)（一）、使用步驟與技術(shù)要求鉆頭下井前的檢查,）鉆頭外觀檢查與記錄：鉆頭直徑測量；絲扣連接螺紋有無損傷；牙齒和密封是否完好；轉(zhuǎn)動(dòng)牙輪有無互相碰撞；鉆頭焊縫有無裂紋、氣孔缺陷。）噴嘴安裝：安裝時(shí)應(yīng)保證噴嘴和殼體清潔，嚴(yán)禁用榔頭敲打，以免損壞噴嘴和密封圈。,鉆頭裝卸,）上扣時(shí)要使用合適的鉆頭接頭和裝卸器，以免造成絲扣、噴嘴和鉆頭體的損傷；）裝卸時(shí)防止井口工具落井；）涂絲扣油；）按推薦扭矩參數(shù)上扣：171/2鉆頭：牙輪:46.154.2KN.m;PDC:65.571.9KN.m.121/4鉆頭：牙輪:37.943.3KN.m;PDC:50.357.5KN.m.8鉆頭：牙輪:16.321.7KN.m;PDC:1726.4KN.m.,下鉆，劃眼,）通過防噴器組，套管頭，縮徑井段，大狗腿度，臺(tái)肩及套管鞋處要控制下放速度；）輕劃通過縮徑井段，PDC鉆頭更要小心，劃眼前必須開泵；）下鉆要平穩(wěn)，避免壓力激動(dòng)；）最后一個(gè)單根或立柱要大排量劃眼到井底。,探井底,）劃眼接近井底時(shí)，監(jiān)測鉆壓和扭矩，如鉆壓和扭矩增加時(shí)，表明已接觸井底或沉沙；）若有沉沙，提起鉆具，大排量旋轉(zhuǎn)鉆具劃到井底，確保沉沙或落物已清洗；）在清洗沉沙后上下活動(dòng)鉆具；）無動(dòng)力鉆具，劃眼81/2按17KN、12按25KN，轉(zhuǎn)速按40-60轉(zhuǎn)/分鐘要求操作；）動(dòng)力鉆具，劃眼81/2按17KN、12按25KN及盡量慢的轉(zhuǎn)速操作。,鉆水泥塞及套管附件,）在循環(huán)和旋轉(zhuǎn)鉆具時(shí)要經(jīng)常上下活動(dòng)鉆具以利于清洗鉆頭；）控制鉆壓，避免鉆頭損壞，如切削齒及軸承密封；）監(jiān)測泵壓變化，防止堵噴嘴；）當(dāng)跳鉆或扭矩變化劇烈時(shí)，調(diào)整轉(zhuǎn)速；）小鉆壓，低轉(zhuǎn)速，穩(wěn)定扭矩：動(dòng)力鉆具，適當(dāng)排量；非動(dòng)力鉆具，大排量；6).鉆水泥塞每45米上提劃眼23次，每2530米大排量洗井12周，將水泥屑充分循環(huán)出地面。,井底造型,）小鉆壓，低轉(zhuǎn)速，大排量，小扭矩；）井底造型與鉆頭類型及鉆具組合等有關(guān)；）牙輪鉆頭，轉(zhuǎn)速按40-60轉(zhuǎn)/分鐘，鉆壓171/2按35KN、121/4按24KN、81/2按17KN的要求操作，至少鉆進(jìn)30分鐘；）PDC鉆頭，按低于2噸鉆壓及60100轉(zhuǎn)/分鐘要求操作，至少鉆進(jìn)11.5米后方可合理增加鉆壓和調(diào)整轉(zhuǎn)速。,試鉆確定最佳鉆井參數(shù),）試鉆是確定最優(yōu)鉆壓和轉(zhuǎn)速組合獲得很快機(jī)械鉆速的有效手段；）在地層變化，機(jī)械鉆速變化，扭矩變化，人員變化以及作業(yè)參數(shù)變化如泥漿性能，水力學(xué)變化時(shí)要進(jìn)行試鉆；）試鉆轉(zhuǎn)速從低轉(zhuǎn)速開始，鉆壓以推薦的鉆頭所承受的最大鉆壓為上線；）在不同的鉆壓和轉(zhuǎn)速組合都能獲得很高的機(jī)械鉆速時(shí)，取不跳鉆的低鉆壓轉(zhuǎn)速組合以延長鉆頭壽命；）最優(yōu)的鉆壓和轉(zhuǎn)速以線性終點(diǎn)和扭矩的限制為佳。,試鉆步驟,）鉆頭提離井底，在給定的排量，轉(zhuǎn)速條件下校核鉆井儀表；）鉆頭吃入地層，變換鉆壓，給定轉(zhuǎn)速，給定時(shí)間（5分鐘），記錄在不同鉆壓下的機(jī)械鉆速，鉆壓增幅為2噸左右；）逐漸增加轉(zhuǎn)速，給定鉆壓，給定時(shí)間（5分鐘），記錄在不同轉(zhuǎn)速下的機(jī)械鉆速，硬地層轉(zhuǎn)速增幅為10轉(zhuǎn)/分鐘左右，軟地層轉(zhuǎn)速增幅為20轉(zhuǎn)/分鐘左右；）比較不同的鉆壓和轉(zhuǎn)速組合獲得的機(jī)械鉆速，得到最優(yōu)的鉆壓轉(zhuǎn)速組合。,試鉆步驟,接單根步驟防鉆頭渦動(dòng),）降低鉆壓50%左右；）降低轉(zhuǎn)速50%左右，并保持60轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速；）鉆具提離井底，停轉(zhuǎn)盤，并停泵；）接單根，緩慢開泵，泵壓正常后緩慢下放鉆具至離井底0.51米；）啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具劃眼至井底慢慢將鉆壓加至指定鉆壓。注意：鉆頭接觸井底后不允許調(diào)整轉(zhuǎn)速。,9.與鉆頭有關(guān)的鉆井現(xiàn)象機(jī)械鉆速降低,）泥包；刺鉆具；）軸承，密封失效；）跳鉆；）切削結(jié)構(gòu)損壞或磨損；）地層變化；）落物；）偏心轉(zhuǎn)動(dòng)；）鉆壓低于最優(yōu)鉆壓；）轉(zhuǎn)速低于最優(yōu)值。,9.與鉆頭有關(guān)的鉆井現(xiàn)象機(jī)械鉆速增加,）地層變化；）最優(yōu)鉆壓；）最優(yōu)轉(zhuǎn)速；）鉆頭清洗好。,9.與鉆頭有關(guān)的鉆井現(xiàn)象扭矩增加,）軸承，密封失效；）鉆頭振動(dòng)渦動(dòng)；）井眼清洗不好；）切削結(jié)構(gòu)損壞或磨損；）地層變硬；）落物；）鉆壓過大。,9.與鉆頭有關(guān)的鉆井現(xiàn)象扭矩波動(dòng),）切削結(jié)構(gòu)損壞或磨損；）地層變化；）地層有夾層；）鉆頭振動(dòng)粘貼滑動(dòng)；）落物；）送鉆不均勻，鉆壓忽大忽小。,9.與鉆頭有關(guān)的鉆井現(xiàn)象扭矩減小,）鉆頭泥包；）切削結(jié)構(gòu)損壞或磨損；）地層變化；）鉆壓過??；5）轉(zhuǎn)速過低。,9.與鉆頭有關(guān)的鉆井現(xiàn)象泵壓增加,）鉆頭泥包；）水力清洗不好；）堵噴嘴；）切削結(jié)構(gòu)損壞或磨損；）粘度增加；）固相含量過高；）泥漿加重，密度增加；8）.泵排量增加。,9.與鉆頭有關(guān)的鉆井跡象泵壓下降,1）.掉噴嘴；2）.噴嘴座刺漏；3）.刺鉆具；4）.井漏。,起鉆時(shí)機(jī),）經(jīng)濟(jì)方面原因；）機(jī)械鉆速降低，齒磨損，泥包等；）井眼軌跡控制方面原因；）泵壓降低，掉噴嘴或刺鉆具；）PDC鉆頭，泵壓增加，磨損嚴(yán)重；）牙輪鉆頭，扭矩波動(dòng)過大，密封失效。,起鉆時(shí)機(jī)軸承可靠性,鉆頭軸承/密封可靠性，IADC415517（19982001年216mm鉆頭記錄）,軸承/密封可靠性,鉆頭的轉(zhuǎn)數(shù)（1000）,起鉆及鉆頭磨損分級,）鉆頭有倒劃眼功能，有利于起鉆；）牙輪鉆頭，起鉆時(shí)，操作要平穩(wěn)；）起鉆到井口時(shí)，立即蓋好井口，防止井口工具落井；）在清洗鉆頭之前，仔細(xì)觀察鉆頭是否泥包，堵噴嘴等現(xiàn)象；）把鉆頭編號(hào)，按IADC磨損鉆頭分級標(biāo)準(zhǔn)，對鉆頭進(jìn)行磨損評價(jià)；）根據(jù)磨損情況，進(jìn)行歸類，按鉆頭存放要求存放鉆頭。,（二）鉆頭使用與起鉆技術(shù),1、選型：針對地層巖性特點(diǎn)，盡量選用對路的鉆頭；2、合理選用鉆井參數(shù)，根據(jù)鉆頭的結(jié)構(gòu)、巖性特點(diǎn)和鉆井條件、設(shè)備、鉆具等優(yōu)選鉆壓和轉(zhuǎn)速，在易斜井段鉆進(jìn)要按防斜設(shè)計(jì)執(zhí)行；3、使用噴射鉆頭，在正常井段下，不允許取掉噴嘴入井，必須進(jìn)行水力參數(shù)設(shè)計(jì)，達(dá)到高壓噴射鉆井指標(biāo)來優(yōu)選噴嘴組合，并滿足入口流速小于21.4米/秒條件；4、噴嘴安裝前，先清洗噴嘴內(nèi)外面，涂抹潤滑脂，再輕壓裝入，防止損壞密封圈，禁止使用有缺陷的噴嘴；,5、井底必須清潔，當(dāng)井下有碎鐵和硬質(zhì)合金碎斷齒較多時(shí)，要磨銑和打撈干凈，新鉆頭要帶隨鉆撈杯方能入井；6、有條件時(shí)使用減振器；7、采用優(yōu)質(zhì)洗井液，搞好泥漿凈化，含砂量小于0.3%，在管線上必須安裝過濾裝置，防止堵噴嘴；8、上卸鉆頭必須使用鉆頭盒，用吊鉗緊扣和松扣，緊扣要適當(dāng)，不允許用轉(zhuǎn)盤上卸扣。上緊后上提，檢查鉆頭外觀上有無損傷；,9、下鉆速度不得過快，特別是不規(guī)則和復(fù)雜井段；10、下鉆完或鉆進(jìn)時(shí)上提鉆具后恢復(fù)鉆井時(shí)，鉆頭距井底至少2米，開泵沖洗井底，然后旋轉(zhuǎn)下放到底；11、新鉆頭入井，應(yīng)輕壓、低轉(zhuǎn)速，鉆進(jìn)0.3-0.5米，跑合牙輪后再逐漸加至所需鉆壓；12、要精心操作，做到不溜、不頓，送鉆平穩(wěn)均勻。嚴(yán)禁加壓啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤和猛停、猛合轉(zhuǎn)盤。新鉆頭到底、井下不正常、鉆頭使用到后期，必須司鉆操作；,13、鉆進(jìn)中要注意鉆壓、轉(zhuǎn)速、泵壓、機(jī)械進(jìn)尺和井下情況的變化，發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)分析處理，特別要加強(qiáng)鉆頭使用后期的判斷，正確決定起鉆時(shí)間，起出的鉆頭應(yīng)控制在10%-20%范圍內(nèi)，深井、復(fù)雜井起出的鉆頭新度不低于20%-30%；14、起鉆時(shí)首先減小鉆壓再停轉(zhuǎn)停泵，防止鉆具拉伸使鉆頭加壓，損壞軸承。鉆頭起至復(fù)雜井段，應(yīng)采用低速；遇卡應(yīng)倒劃眼上提，不得硬起；,15、鉆進(jìn)中起鉆依據(jù)與新度控制：1）鉆頭成本曲線開始上升；2）用于擴(kuò)眼鉆頭，使用時(shí)間已接近該井段同類鉆頭正常使用時(shí)間1/4（研磨性地層）-1/2（非研磨性地層）；3）鉆頭在非研磨性地層鉆進(jìn)，其使用時(shí)間已到該地層同類鉆頭平均鉆時(shí)2/3，再鉆遇研磨性的砂巖、黃鐵礦和燧石時(shí)；4）鉆井參數(shù)和地層巖性未變，鉆時(shí)超過上1米的1.5倍；,5）轉(zhuǎn)盤扭矩增加；6）正常鉆進(jìn)中出現(xiàn)蹩跳鉆；7）正常鉆進(jìn)中發(fā)現(xiàn)