三牙輪鉆頭使用技術(shù)及鉆井工藝

1、三牙輪鉆頭使用技術(shù)及鉆井工藝時間:2009-12-11 10:40 作者:發(fā)達鉆井設(shè)備 點擊: 125次目前油用鉆頭市場已不再混亂而變得規(guī)范有序，市場競爭向產(chǎn)品差異性和品牌、售后服務(wù)的競爭方向發(fā)展。市場竟爭力兩大基石之一，鉆頭技術(shù)服務(wù)的作用將會越來越顯著。一、三牙輪鉆頭使用資料收集內(nèi)容1、地層巖性地層的巖性和軟硬不同，巖石破碎機理不同，造成鉆頭失效的形式也各異。我國各油田鉆井中常見的地層巖性，其巖石物理機械性質(zhì)均有測定。根據(jù)現(xiàn)場收集的地層巖性及每米巖性鉆時記錄，進行地層巖石的硬度、塑性、脆性、研磨性和可鉆性分析，對照鉆頭的失效形式，確認鉆頭選型及使用是否合理。2、井段位置在地殼中處于不同位置的

2、巖石，其巖石的機械性質(zhì)變化很大。埋藏較深的巖石，處于多向壓縮應(yīng)力狀態(tài)，使巖石孔隙減小，強度增加。上部井段一般巖石膠結(jié)疏松、質(zhì)軟，鉆頭轉(zhuǎn)速高、鉆壓低。下部井段一般巖石質(zhì)硬、研磨性大，鉆頭轉(zhuǎn)速低、鉆壓高、使用時間長。根據(jù)收集的井段位置及每米巖性鉆時記錄，分析地層巖石的硬度、塑性、脆性、研磨性和可鉆性特點，對照鉆頭的失效形式，確認鉆頭選型及使用是否合理。3、井身結(jié)構(gòu)不同的井身結(jié)構(gòu)，對鉆頭的尺寸、型號和使用等均有特殊要求。如造斜鉆頭一般要求帶修邊齒或保徑結(jié)構(gòu)，使用要求高轉(zhuǎn)速、低鉆壓等。收集井身結(jié)構(gòu)及鉆頭選型、使用參數(shù)等資料，根據(jù)鉆頭失效的形式，確認鉆頭選型及使用是否合理。4、鉆井參數(shù) 鉆壓和轉(zhuǎn)速的確定

3、，既決定著鉆頭破碎巖石的效率，又影響到鉆頭牙齒、軸承的磨損。淺井、軟地層，鉆頭以剪切作用為主，一般采用高轉(zhuǎn)速、低鉆壓。中硬地層，鉆頭產(chǎn)生剪切、沖擊、壓碎綜合作用，一般采用中等轉(zhuǎn)速和中、高鉆壓。深井、硬地層，鉆頭以壓碎、沖擊為主，一般采用較高鉆壓、低轉(zhuǎn)速。鉆井參數(shù)的合理選擇，很大程度上決定了鉆頭的失效形式。收集班報表和指重表記錄，分析所用鉆井參數(shù)及其變化，根據(jù)鉆頭失效形式確定使用的合理性。5、泥漿性能 噴射鉆井要求泥漿具有：1）低失水、低含砂、適當?shù)那辛蚉H值，能有效保護井壁、懸浮巖屑；2）低比重、低粘度，能降低循環(huán)系統(tǒng)壓力、功率損耗；3）在低返速下能有效攜帶巖屑；4）有良好地剪切稀釋特性。地

4、層的地質(zhì)條件不同，選用泥漿的類型及相關(guān)性能不同，影響著鉆壓、轉(zhuǎn)速、水力參數(shù)的配合和鉆頭的失效形式。泥漿性能是鉆頭磨損的重要因素，如泥漿含砂對鉆頭流道沖蝕影響很大。6、泥漿參數(shù)鉆進不同井段，所使用的泥漿排量、缸套直徑，噴嘴直徑、型號及其組合，對選擇鉆頭壓力降和鉆頭水馬力具有實際意義。噴射鉆井在強化鉆頭水力效果的同時，造成了鉆頭流道的損壞。泥漿參數(shù)及變化記錄，是鉆頭失效分析的重要依據(jù)。如鉆頭流道沖蝕失效、牙輪基體沖蝕引起掉齒、斷齒等破壞與泥漿參數(shù)直接相關(guān)。7、鉆柱組合鉆柱是聯(lián)通地面與井下的樞紐。不同的鉆柱結(jié)構(gòu)及在井下的受力狀態(tài)，決定了鉆頭所受鉆壓的大小和方向。如定向鉆進或井斜較大時，鉆頭所受實際鉆

5、壓比鉆壓表顯示的數(shù)據(jù)要小，若鉆柱組合中帶有扶正器，實際鉆壓更小。同時，由于扶正器與井壁的磨擦作用，使得鉆頭工作平穩(wěn)性增強，有利于鉆頭的使用。8、鉆頭質(zhì)量鉆頭質(zhì)量是鉆頭使用的根本。入井前檢查鉆頭質(zhì)量、新度，以及噴嘴安裝可靠性，對鉆頭的使用至關(guān)重要。檢查鉆頭入井前質(zhì)量記錄，可區(qū)分鉆頭失效屬質(zhì)量原因還是使用原因。9、上只鉆頭每只鉆頭的失效，均影響到井底的環(huán)境和下只鉆頭的使用。收集上只鉆頭失效描述記錄，分析上只鉆頭的失效原因，可確定所用鉆頭在井下的使用環(huán)境，判斷井下落物、井徑、井底形狀等對鉆頭失效造成的影響。二、與鉆頭使用相關(guān)的知識(一、地層巖性地層由巖石組成，巖石主要由石英、長石、云母、方解石、粘士

6、礦物等十幾種礦物組成，按照成因巖石分為三大類：火成巖、變質(zhì)巖和沉積巖。1、地層巖性的種類和特點粘士和黃土：由直徑0.01mm以下的粘土礦物微粒組成的沉積巖。泥巖及頁巖：粘土類的沉積物經(jīng)成巖作用而形成的巖石。成塊狀為泥巖，呈薄片層狀的為頁巖。含石油瀝清豐富，可提煉石油的頁巖為油頁巖。砂巖：砂粒經(jīng)膠結(jié)在一起形成的巖石。直徑為0.51mm叫粗砂巖，直徑為0.250.5mm的叫中砂巖，直徑為0.10.25 mm的叫細砂巖，直徑為0.010.1mm的叫粉砂巖。按膠結(jié)物的不同，砂巖分為硅質(zhì)、鈣質(zhì)等。砂巖有孔隙，可儲存流體?？紫洞蟮纳皫r與裂縫發(fā)育的灰?guī)r是滲透性好巖石。礫巖：巖石的顆粒大于1mm叫礫石。由礫石

7、和膠結(jié)物形成的巖石叫礫巖。按礫石的大小不同，又分為粗礫巖、中礫巖和細礫巖三種。形狀不一且?guī)в欣饨堑慕薪堑[巖。石灰?guī)r：主要成分為碳酸鈣，由化學沉積作用，在海洋或陸地湖泊內(nèi)生成，呈塊狀，比較致密和堅硬。按成分不同，石灰?guī)r又可分為石灰?guī)r、泥灰?guī)r、砂質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、白云巖和介殼灰?guī)r（生物骸殼沉積成巖）。含泥質(zhì)的灰?guī)r塑性較大，質(zhì)純的灰?guī)r脆硬。2、地層巖石可鉆性與分級巖石的可鉆性是決定鉆進效率的基本因素，它反映了鉆進時巖石破碎的難易程度，是合理選擇鉆進方法、鉆頭結(jié)構(gòu)及鉆進規(guī)程參數(shù)的依據(jù)。對鉆頭鉆遇地層巖石可鉆性進行分析，能了解鉆頭選型的合理性和對地層的適應(yīng)能力。一般以鉆頭的機械鉆速和進尺的乘積作為衡量的

8、指標。影響巖石可鉆性的巖石基本屬性有：巖石的礦物成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造、密度、孔隙度、含水性及透水性；力學性質(zhì)有硬度、強度、彈性、脆性、塑性和研磨性等。一般造巖礦物中石英多、膠結(jié)牢固、顆粒細小、結(jié)構(gòu)致密、未經(jīng)風化和蝕變時，巖石可鉆性差；而巖石的硬度和強度高、研磨性強，巖石可鉆性差。影響巖石可鉆性的工藝因素有：加在鉆頭上的壓力、轉(zhuǎn)速、泥漿類型和井底排屑情況等。影響巖石可鉆性的技術(shù)條件有：鉆探設(shè)備、鉆孔直徑和深度，鉆進方法，破巖工具的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量等。巖石可鉆性分級的觀點有四種，其劃分方法也有四類。由于工藝技術(shù)水平的不斷提高，各級巖石可鉆性等級間的相對和絕對關(guān)系也有變動。3、地層巖性資料的收集鉆井過程中收集地

9、層巖性資料的工作叫錄井工作。因此，地層巖性資料的收集應(yīng)注重地質(zhì)錄井原始資料的收集砂樣錄井：又稱巖屑錄井。新探區(qū)一般每米取砂樣一次，生產(chǎn)井一般在地層分界處或標準層，油、氣層處取樣。通過砂樣錄井資料可判斷鉆遇地層巖性。鉆時錄井：記錄每鉆一米所需的時間，按井的深度繪成曲線，與其它資料綜合使用，作為判斷地層的參考。地層的軟硬直接影響鉆進的速度，通過記錄鉆時的快慢也可了解地層變化情況，鉆頭在井下的工作情況。泥漿錄井：鉆進中泥漿性能的變化常與所遇地層的性質(zhì)有關(guān)。如鉆遇石膏層，泥漿粘度會增大、失水量增加，含鈣量增大，硫酸根增加；鉆遇油、氣層，泥漿槽和池上會出現(xiàn)大量油花、氣泡，粘度增加，比重下降。通過泥漿錄井

10、資料判斷鉆遇地層巖性。4、地層巖性與鉆頭使用鉆頭選型和鉆頭使用的依據(jù)是巖石的機械物理性能和地層條件。與鉆頭使用密切相關(guān)的巖石性質(zhì)是：硬度、塑性和研磨性。巖石的硬度是指巖石抵抗鉆頭切削件壓入的能力。巖石的硬度與巖石顆粒的成分、大小及顆粒間的膠結(jié)物性質(zhì)有關(guān)。比較級別為：1級滑石；2級石膏；3級方解石；4級螢石；5級磷灰石；6級正長石；7級石英；8級黃玉；9級剛玉；10級金剛石。級數(shù)越高，硬度越大，鉆速越慢。巖石的塑性與脆性是兩個對立的概念，物體在破壞前呈塑性變形的性質(zhì)叫塑性，物體在破壞前不發(fā)生塑性變形的性質(zhì)叫脆性。塑性大的物體沒有脆性或脆性很小，反之，脆性大的物體沒有塑性或塑性很小。對巖石而言，可

11、分為三類，一類是在破壞前不發(fā)生塑性變形的脆性巖石，如花崗巖、石英砂巖；二類是在破壞前塑性變形很大的塑性巖石，如泥巖；三類是在破壞前呈現(xiàn)不大的塑性變形后即破碎的塑脆性巖石，如泥質(zhì)膠結(jié)的砂巖。巖石的研磨性指在巖石與鉆頭接觸的表面上，巖石和巖屑對鉆頭的磨損作用。巖石磨損鉆頭的能力叫巖石的研磨性，與巖石本身的成分、顆粒大小和形狀等有關(guān)。巖石的研磨性越大，鉆頭磨損越嚴重，鉆頭總進尺就越少。按單位磨擦路程磨損把各種巖石按研磨性由小到大共分為12級。1級泥巖和碳酸鹽巖；2級石灰?guī)r；3級白云巖；4級硅質(zhì)巖石；5級含鐵-鎂巖石及含5%石英的低研磨性巖石；6級長石巖；7級含石英多于15%的長石巖及含石英顆粒10%

12、的較低研磨性巖；8級石英晶質(zhì)巖石；9級石英碎屑巖，硬度PY350Kg/mm2；10級石英碎屑巖，硬度PY =100200Kg/mm2及含石英顆粒1020%的巖石；11級石英碎屑巖，硬度PY =200250Kg/mm2及含石英顆粒30%的巖石；12級石英碎屑巖，硬度PY 100Kg/mm2。鹽巖、泥巖和一些硫酸鹽、碳酸鹽巖等不含石英顆粒時是研磨性最小的巖石；石灰?guī)r、白云巖等是低研磨性巖石；火成巖中含長石及石英少，粒度細，礦物間的硬度差小研磨性小5、地層巖性對鉆頭失效的影響地層巖性對鉆頭失效的影響表現(xiàn)在鉆井工藝上：影響鉆進速度、鉆頭進尺；使鉆井過程出現(xiàn)井漏、井噴、井塌和卡鉆等復雜情況；使泥漿性能發(fā)

13、生變化；影響井眼質(zhì)量，如井斜、井徑不規(guī)則，進而影響固井質(zhì)量。通過分析地層巖性及其對鉆井工藝的影響，可對鉆頭選型和使用的合理性進行判斷。粘土、泥巖和頁巖層影響：極易吸收泥漿中的自由水而膨脹，使井徑縮小，造成下鉆遇阻，甚至卡鉆，隨著浸泡時間的延長，又會產(chǎn)生掉塊剝落，使井徑擴大，造成井塌。應(yīng)盡量使用清水或低比重低粘度的泥漿鉆進。炭質(zhì)頁巖聯(lián)接力弱，容易垮塌。泥質(zhì)巖層質(zhì)軟，鉆速快，也容易泥包。砂巖：其性質(zhì)依顆粒的大小、成分以及膠結(jié)物的不同有很大差別。顆粒越細、石英顆粒越多、硅質(zhì)和鐵質(zhì)膠結(jié)物越多則越硬，對鉆頭磨損越大，如石英砂巖；泥質(zhì)膠結(jié)物越多，云母和長石的成分越多則較軟易鉆；顆粒越粗，膠結(jié)物越少，滲透性

14、越好，易產(chǎn)生泥漿的滲透性漏失，并在井壁上形成較厚的泥餅，引起粘附卡鉆等復雜情況，造成鉆頭的非正常使用。礫巖：在礫巖層中鉆進易產(chǎn)生跳鉆、蹩鉆和井壁垮塌；當泵排量小或泥漿粘度低時，礫石顆粒不易上返，對鉆頭牙輪體和牙齒損壞較大。石灰?guī)r：一般質(zhì)硬，鉆速慢、進尺少。有的有縫縫洞洞發(fā)育，鉆遇縫洞時，會引起蹩鉆、放空、泥漿漏失等，井漏后有時還會發(fā)生井噴。石灰?guī)r地層對鉆頭進尺、機械鉆速和鉆頭失效影響很大。另外，當?shù)貙榆浻步诲e，如泥巖與較硬的砂巖相間，易產(chǎn)生井斜；地層傾角較大時易產(chǎn)生井斜。鉆頭在斜井中鉆進易造成損壞。當巖層中含有可溶性鹽類，如石膏層、巖鹽層等，會破壞泥漿的性能，影響到鉆頭的正常使用。（二）、鉆井

15、工藝一般指鉆壓、轉(zhuǎn)速和泥漿排量三個鉆進過程中可控制的工藝參數(shù)。在實際應(yīng)用中，鉆井工藝應(yīng)根據(jù)地層條件、鉆頭類型、鉆井設(shè)備和操作人員技術(shù)水平制定。按其要求和條件的不同，鉆井工藝分有：1）優(yōu)化鉆井工藝：在一定條件下，能達到最好經(jīng)濟指標的鉆井工藝參數(shù)。2）強化鉆井工藝：為達到更高的鉆進速度，采用比一般鉆井參數(shù)高的鉆井參數(shù)。3）特殊鉆井工藝：為了特殊目的而采用特殊措施或受限制的鉆井參數(shù)。不同的鉆井參數(shù)要求選用不同規(guī)格、型號的鉆頭，鉆進中其鉆頭失效形式也各具特點，應(yīng)區(qū)別對待。1、鉆壓對鉆進的影響鉆壓是井底破巖的必要條件。鉆壓的大小決定著破巖的方式和特點，直接影響到鉆進速度和鉆頭的破壞形式。在鉆進中，鉆頭受

16、軸向壓力和回轉(zhuǎn)力的作用，切削齒在壓入、剪切巖石的過程中被磨損、變鈍或損壞，必然影響鉆進速度。隨著鉆壓的增加，鉆速會不斷提高，而鉆頭的軸承和切削齒等部件也會加速磨損，影響到鉆速。鉆壓與鉆速的關(guān)系變化有三個不同階段。表面破碎階段：當鉆壓小于巖石壓入硬度時，切削齒不能切入巖石，只能在巖石表面以磨擦形式破碎巖石，對切削齒磨損較大，雖然鉆速也隨鉆壓的加大而正比增加，但鉆速很低；疲勞破碎階段：當鉆壓接近巖石壓入硬度時，切削齒雖未切入巖石，但在巖面產(chǎn)生許多裂紋，經(jīng)切削齒的反復作用，也產(chǎn)生體積破碎；體積破碎階段：當鉆壓加到大于巖石壓入硬度以上時，切削齒切入巖石產(chǎn)生體積破碎，鉆進效果才能明顯，才屬正常鉆進。因此

17、，施加在牙輪鉆頭上的鉆壓必須滿足切削齒能壓入巖石，使巖石產(chǎn)生體積破碎。通過提高一倍鉆壓，試驗牙輪鉆頭鉆進不同級別的巖石，結(jié)果表明：不同的巖石，對增大鉆壓時所獲得的鉆速是不相同的。其中以中硬巖層（巖石級別67級）鉆速的增長率較高，而較軟（巖石級別45級）和較硬（巖石級別89級）的巖層則相對增長不大。鉆進粘結(jié)性軟巖時，易產(chǎn)生堵水糊鉆，鉆壓應(yīng)選得小些。鉆進研磨性較大的巖層時，鉆壓不足易造成鉆頭早期磨損，鉆壓要適當加大。鉆遇裂隙巖層時，易產(chǎn)生跳鉆，鉆壓應(yīng)適當降低，避免崩、斷切削齒。鉆壓是鉆進的重要參數(shù)，即要有利充分發(fā)揮切削齒切入巖層的能力，又要最大限度地降低切削齒的磨損。、轉(zhuǎn)速對鉆進的影響轉(zhuǎn)速表示直徑

18、一定的鉆頭旋轉(zhuǎn)的快慢，是鉆進過程中用以衡量回轉(zhuǎn)速度的指標。鉆進時，不同硬度巖石的破巖狀態(tài)不同，鉆壓對其影響也不相同，因而鉆頭轉(zhuǎn)速對破巖過程和機械鉆速的影響，要考慮巖性與破巖時間因素。（1）軟地層鉆進中的轉(zhuǎn)速在軟而塑性大、研磨性小的巖層（如粘土類巖層）中鉆進時，切削齒切削下來的巖屑厚度等于切削齒切入巖石的深度，且鉆進中切削齒的磨損很小。因此，在軟地層中鉆進，當鉆壓一定時，轉(zhuǎn)速與機械鉆速成正比增長。（2）中硬及硬地層鉆進中的轉(zhuǎn)速中硬及硬地層壓入硬度較大、研磨性較高，切削齒在鉆進中不斷被磨鈍，齒與巖石接觸面積也不斷增大，使得巖石破碎時變形和裂隙發(fā)育時間延長，難度增加，鉆速變慢，而需要更大的鉆壓。隨著

19、地層硬度的提高，鉆頭破巖時間延長，增大鉆速，會使巖石破碎過程發(fā)育不能完全，切削齒還未充分破碎巖石，就與巖石分離開，引起破巖深度減小。因此，受破巖時間的限制，為避免切削齒較快磨損，在中硬及硬地層中鉆進時不能過分增大轉(zhuǎn)速。（3）不同巖石中鉆進的轉(zhuǎn)速不同的巖石，鉆速隨轉(zhuǎn)速增長均有一定的變化曲線和極限轉(zhuǎn)速。在粘土類巖石中鉆進，鉆速隨轉(zhuǎn)速成正比增長；在堅硬的、高研磨性巖石中鉆進，鉆速隨轉(zhuǎn)速增加而增長相對緩慢，由于破巖時間延長，極限轉(zhuǎn)速比其它類巖石要小，當轉(zhuǎn)速超過極限轉(zhuǎn)速，將導致鉆速下降。通過提高一倍轉(zhuǎn)速，試驗牙輪鉆頭鉆進不同級別的巖石，結(jié)果表明：巖石級別為4級的大理石，鉆速增長率為93%，巖石級別為9級

20、的斑狀花崗巖，鉆速增長率僅為28%，從4級到9級，鉆速增長率呈遞減曲線。因此，對較軟的研磨性地層，提高轉(zhuǎn)速有利，而對堅硬的高磨性地層，則意義不大。在實際工作中，提高轉(zhuǎn)速受到鉆桿柱強度、長度和鉆頭性能及鉆井設(shè)備能力的限制。現(xiàn)階段，隨著小井眼鉆井技術(shù)的發(fā)展，以及鉆桿柱在井內(nèi)工作狀態(tài)的改善和采用先進的潤滑劑以減小回轉(zhuǎn)磨阻的研究，高轉(zhuǎn)速將得到充分應(yīng)用。3、鉆井液對鉆進的影響鉆井液除有清洗、冷卻鉆頭，攜帶巖屑和輔助破巖的功用外，主要目的是保護井壁。鉆井液排量、壓力的大小，以及選用清水、泥漿還是乳化液等都對洗井效果產(chǎn)生很大的影響。隨著排量的增加，井底清洗巖屑和冷卻鉆頭的能力增加，清潔的井底不僅能提高鉆進速

21、度，而且可減少鉆頭的磨損。在比較松軟的地層中鉆進，一定噴速下的鉆井液可以起到噴射破巖的作用。即使在較硬的地層也能起到輔助破巖的作用。一般采用大排量是有益于鉆進的。因此，鉆井液參數(shù)存在優(yōu)選的問題。研究結(jié)果表明：井徑越大，巖石可鉆性級別越低，鉆速越高，選用的排量應(yīng)越大；鉆井液比重的增大，使作用在井底巖面上的壓力增大，會增加破巖的困難而降低鉆進速度；鉆井液粘度增大時，井底流動的粘滯阻力會增大，對鉆頭切削齒的冷卻不利，也會導致鉆速下降。一般使用清水比使用泥漿容易獲得較高鉆速。4鉆頭的合理選用和使用情況。（1）鉆頭選型充分了解所鉆地層巖石的機械物理性能和鉆頭的工作原理和結(jié)構(gòu)特點以后，結(jié)合鄰井相同底層已用

22、過的鉆頭資料，結(jié)合本井的具體情況來選型。軟地層應(yīng)選擇兼有移軸，超頂，復錐，牙齒齒形大，齒數(shù)少的鋼齒或鑲齒鉆頭，以充分發(fā)揮鉆頭的剪切破巖作用。隨著巖石硬度增大，移軸，超頂，復錐值應(yīng)相應(yīng)減小，牙齒應(yīng)相應(yīng)減短或加密；研磨性地層，特別容易磨損牙輪的保徑齒，背錐及牙掌尖，使鉆頭直徑磨小，井眼縮徑和密封失效，應(yīng)選掌背加強的特殊保徑結(jié)構(gòu)；易斜地層防斜鉆井，應(yīng)選擇不移軸或移軸量小的鉆頭，減少鉆頭在井底的滑移，防止井斜; 軟硬交替的地層，應(yīng)選擇這套地層中較硬巖石的鉆頭類型。（2）鉆井參數(shù)優(yōu)選在允許范圍內(nèi)對鉆井參數(shù)優(yōu)選，可獲得最佳的機械鉆速。當?shù)貙踊驒C械鉆速發(fā)生顯著變化時，都應(yīng)進行鉆井參數(shù)優(yōu)選實驗，以保持最佳鉆井

23、效果。方法是初選一個合適的鉆壓和中等轉(zhuǎn)速，定時記錄機械鉆速，保持鉆速不變，改變鉆壓，定時記錄高鉆壓和低鉆壓下的機械鉆速，選出機械鉆速最高的鉆壓；在最佳鉆壓下，改變轉(zhuǎn)速，定時記錄高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速下的機械鉆速，選出機械鉆速最高的轉(zhuǎn)速；然后將鉆井參數(shù)調(diào)整到最佳值進行鉆進。(3鉆井情況分析地面設(shè)備的運轉(zhuǎn)巖屑與鉆壓扭矩機械鉆速壓力等地面儀表都能直接反映井下情況，應(yīng)密切注視，特別是扭矩泵壓機械鉆速和巖屑。扭矩變化取決于井底情況和轉(zhuǎn)速變化，正常扭矩值相對穩(wěn)定，在軟或塑性均質(zhì)地層扭矩值較低，中軟到中硬均質(zhì)地層扭矩值居中，硬地層扭矩值較大并存在一定范圍的波動。扭矩變化可能存在：扶正器劃眼鉆頭保徑磨損出現(xiàn)夾層井底有

24、落物井身出現(xiàn)鍵槽或狗腿鉆壓過大轉(zhuǎn)速變化鉆頭或井底總成泥包鉆具刺漏或干鉆等。泵壓不穩(wěn)定存在：鉆頭泥包環(huán)空內(nèi)巖屑堆積流量波動鉆到破碎地層或團塊狀地層扶正不良。機械鉆速變化可能：地層變化泥漿性能變化鉆壓或轉(zhuǎn)速變化鉆頭磨損或泥包清洗效果變化鉆具刺漏。通過巖屑可了解：地層類型和巖性變化壓力帶井眼是否坍塌鉆頭工作狀況和磨損情況，鉆井參數(shù)是否合理。泥包：頁巖或泥灰?guī)r從泥漿中吸水后變粘，極易粘附在鉆頭上造成泥包。鉆頭蹩跳表現(xiàn)為轉(zhuǎn)盤負荷異常扭矩大鉆具振動劇烈，儀表顯示不穩(wěn)定。原因有：塑性地層摩擦扭矩過大而振動；鉆遇軟硬交錯地層裂縫地層破碎性地層；井底有落物斷齒掉齒等。（二）、鉆井復雜與事故鉆井過程中井下復雜情況

25、和事故的發(fā)生，不僅給鉆井帶來很大困難，而且會直接造成鉆頭的嚴重損壞。、泥餅粘附卡鉆在滲透性地層，因泥漿的失水在井壁上形成泥餅，使得鉆具粘附在井壁上造成卡鉆；因鉆具長時間在井中靜止，由于泥漿柱壓力與地層壓力差，使鉆具壓在井壁上造成卡鉆。這種卡鉆本身不會對鉆頭產(chǎn)生損害，但活動鉆具解卡的瞬間，由于懸重的突然變化，鉆頭會受到很大的沖擊力而損傷牙齒和軸承。、井徑縮小卡鉆在膨脹性地層；在滲透性、孔隙度良好的井段，以及泥漿排量小、失水大，泥餅厚，上返速度低時，井壁易形成很稠的膠糊狀的東西，將粘土顆粒、巖屑和加重劑等粘附在井壁上，使井徑縮小造成卡鉆。這種卡鉆位置固定，泵壓增大，上提困難，下放較容易，在上提鉆具

26、解卡的瞬間，由于懸重的突然變化，鉆頭上部會受到很大的沖擊力撞擊井壁，造成鉆頭掌背、掌尖、軸承密封和牙輪背錐的損傷。、沉砂卡鉆在清水快速鉆進中當循環(huán)停止時，巖屑大量下沉，堵塞環(huán)形空間，埋住鉆頭和部分鉆具造成卡鉆。這種卡鉆在上提鉆具時有拔活塞現(xiàn)象，會造成鉆頭軸承密封的損害，甚至有少量砂粒擠入，造成軸承的早期失效。地層坍塌卡鉆一般發(fā)生在吸水膨脹的頁巖、泥巖、膠結(jié)不好的礫巖、砂巖等地層。在處理這類卡鉆時，易造成鉆頭牙齒折斷和掌背、掌尖、軸承密封、牙輪背錐的損傷，嚴重時會將三牙輪向內(nèi)擠造成牙輪打架。5、鍵槽卡鉆多發(fā)生在硬地層井斜角或井斜方位角變化大，形成急彎的井段，鉆進時，由于鉆桿的上下刮拉，在急彎井壁

27、上磨出了一條細槽，它比鉆桿接頭稍大而小于鉆頭直徑，起鉆時鉆頭拉入了鍵槽就會發(fā)生卡鉆，特點是鉆具能下放不能上提，在處理這類卡鉆時，易造成鉆頭掌背、掌尖、軸承密封和牙輪背錐的損傷，嚴重時會造成軸承失效或受力最大的牙輪落井事故。6、泥包卡鉆由于泵上水不好等造成干鉆；在粘性大的泥巖地層鉆進，排量不足、粘度高，造成鉆頭干鉆，起鉆到小井眼處遇卡。干鉆和泥包都會引起鉆頭軸承密封燒傷，以及牙齒的熱龜裂。泥包還會造成局部齒的嚴重磨損。7、井內(nèi)落物引起的卡鉆由于操作不小心將卡瓦或其它小工具落入井中?？ㄓ诰谂c鉆具之間。處理這類卡鉆后井內(nèi)落物或多或少最終都要落入井底造成鉆頭齒的損傷，若落物卡于鉆頭處，則會對鉆頭掌背

28、、掌尖、軸承密封、牙輪背錐和外排齒的損傷。發(fā)生卡鉆后，硬處理時一般均要上提、下壓、下砸、倒劃眼、倒扣，軟處理時一般均為泡油、泡酸、清水循環(huán)、放噴解卡等，有時要軟硬兼施，均會造成鉆頭的不同程度的損害，應(yīng)詳細收集資料，具體分析。三、鉆井新技術(shù)新工藝介紹（一）、多目標定向井鉆井工藝技術(shù)多目標井即在斷塊油田上鉆一口可以穿過非垂直剖面上的多套含油、氣層（多個目標區(qū)），起到一口井頂替多口直井的作用，具有很好的經(jīng)濟效益。多目標定向井有以下特點：1、由垂直井眼變成傾斜（水平）井眼帶來的特性鉆具貼井壁，帶來磨阻（起下）和扭矩的增大（旋轉(zhuǎn)）；形成偏心環(huán)空，在下井壁形成巖屑床，給施工帶來威脅；被鉆開的巖層（如易吸水

29、膨脹的泥巖層）暴露面積增大，受垂直壓力影響，容易吸水膨脹，剝蝕掉塊，造成井壁不穩(wěn)定；形成橢圓井眼、產(chǎn)生鍵槽，使井徑擴大，循環(huán)上返速度降低，不利于洗井；形成“鍵槽”和“臺階”，造成復雜情況和事故；對懸重和鉆壓有很大影響，躺在下井壁的鉆具使懸重變“輕”，上提鉆具時磨阻使得懸重增加，下放則懸重減小，鉆壓的確定也要考慮摩阻的影響。2、由井身軌跡控制需要帶來的特性增加定向作業(yè)工作量以調(diào)整定向和方位角，使用彎曲馬達定向、調(diào)方位時，鉆柱不旋轉(zhuǎn)，由于使用彎接頭或彎外殼動力鉆具，使得下部鉆具彎曲。增加測量工作量，一般測量間隔不超過50m。軌跡控制需要比直井更多的起下鉆更換鉆具組合，往往鉆頭用不到家，多發(fā)生起下鉆

30、作業(yè)、多消耗鉆頭。使用滿眼扶正器的下部結(jié)構(gòu)帶來的“滿眼”問題，下鉆易發(fā)生遇阻，起鉆易帶來抽吸（拔活塞）問題。定向井鉆井基本上為兩種方式：一是以轉(zhuǎn)盤鉆為主，二是與導向鉆井系統(tǒng)比較接近的以動力鉆具為主。（二）、分支井鉆井技術(shù)分支井即在一個主井筒中鉆出2口或2口以上定向井或水平井的井。分支井鉆井技術(shù)是20世紀20年代興起的一項鉆井工藝技術(shù)，是水平井鉆井技術(shù)的最新代表，于80年代中后期趨于成熟。分支井鉆井技術(shù)適應(yīng)性廣，既可以在老井中側(cè)鉆分支井，也可以采用預開窗系統(tǒng)在新井中側(cè)鉆分支井。與目前比較成熟的側(cè)鉆定向井、水平井技術(shù)相比，分支井一方面可以發(fā)揮高效、高產(chǎn)的優(yōu)勢，增加瀉油面積，挖掘剩余油潛力，提高采收

31、率改善油田開發(fā)效果；另一方面可供一個直井段同時開采兩個或兩個以上的油層或不同方向的同一油層，在更好動用儲量的同時節(jié)約了油田開發(fā)資金1、分支井側(cè)鉆方法包括裸眼側(cè)鉆、磨銑套管或開窗側(cè)鉆后下入造斜器鉆分支井段、以及短半徑或超短半徑水平井鉆井等方法。側(cè)鉆方法目前有套管開窗側(cè)鉆和套管預留窗口直接側(cè)鉆兩種，其中套管開窗又分為段銑開窗與套管內(nèi)下斜向器開窗兩種工藝。（1）下套管井側(cè)鉆段銑套管側(cè)鉆：先用段銑主井眼的套管銑掉一段后打水泥塞，然后再用井下馬達側(cè)鉆出新井眼。下斜向器開窗側(cè)鉆：在主井眼中下入可回收式斜向器，用開窗工具在套管上段銑一窗口之后，再用井下馬達側(cè)鉆出新井眼。取出套管裸眼側(cè)鉆：將主眼套管取出割斷取

32、出，然后根據(jù)主井眼的條件和底層特點，采用打水泥塞或下斜向器的方法側(cè)鉆出新井眼。（2）裸眼側(cè)井鉆主井眼為裸眼，可采用打水泥塞，下斜向器及裸眼懸空側(cè)鉆方式鉆進。（3）預留窗口側(cè)鉆指在主井眼下下套管施工時，在分支井眼位置下入留有窗口的特殊套管（其位置應(yīng)在分支井眼的側(cè)鉆點位置）。在施工分支井眼時，可直接將預留窗口的特殊材料鉆掉，側(cè)鉆出新井眼。2中短半徑分支井鉆井技術(shù)如果井下存在可能造成井下復雜的地層（如膨脹性粘土層），而且老井眼中的相應(yīng)井段已經(jīng)下入套管封固，此時應(yīng)用中短半徑分支井技術(shù)進行老井側(cè)鉆作業(yè)已經(jīng)證明是成熟的且特別有效。目前采用一種特殊的“柔性”泥漿馬達和MWD系統(tǒng)可以鉆狗腿度高達60°

33、;/ 30m（垂深）或半徑為28.6m的井段。這種泥漿馬達和MWD系統(tǒng)借助壓縮式鉆鋌下到井內(nèi)。當狗腿超過60°/ 30m時須采用鉸接系統(tǒng)；采用此種鉸接系統(tǒng)可以鉆出范圍在60°/ 30m或23°/ 0.3048m（垂深或半徑小于8.1m）的井段。3、分支井鉆井作業(yè)分支井鉆井作業(yè)包括：分支井段準備、開窗、造斜、鉆各分支井段。鉆分支井眼的關(guān)鍵工具是可回收式斜向器。利用可回收式斜向器可以從一個直井眼或水平井眼中定向鉆出多個分支井眼。分為帶封隔器的斜向器、接箍觸發(fā)式斜向器、空心可回收式斜向器和徑向斜向器。分支井段的鉆進與常規(guī)定向井和水平井沒有太大的區(qū)別，應(yīng)采用盡可能在產(chǎn)層中

34、鉆進較長的井段，多鉆幾個分支井段以及確保盡可能在產(chǎn)層中延伸等做法。（三）、復合鉆井技術(shù)復合鉆井技術(shù)由高效鉆頭、大功率直螺桿或單彎螺桿作為井下工具，再加以常規(guī)鉆具組合，鉆具以適當轉(zhuǎn)速（6080RPM）旋轉(zhuǎn)，配合井下動力鉆具迭加鉆井，實現(xiàn)直線鉆井，是提高機械鉆速的一種新的鉆井方法。井下動力鉆具導向鉆井系統(tǒng)入井后可一次性完成包括造斜、增斜、穩(wěn)斜、降斜和扭方位等各項作業(yè)，大大減少了起下鉆更換鉆具組合的次數(shù)，提高鉆井速度。1、復合鉆井鉆頭的優(yōu)選實現(xiàn)復合鉆井系統(tǒng)在井下保持長時間運轉(zhuǎn)，需要優(yōu)選能適應(yīng)在不同地質(zhì)條件下使用，能完成大段井眼鉆進的優(yōu)質(zhì)高效聚晶金剛石鉆頭和性能可靠性良好的三牙輪鉆頭。金剛石鉆頭能適應(yīng)長時間使用高轉(zhuǎn)速，但對地層的選擇性較強。使用較好有：B441、B441-1、BH441-1L、F645、F545等系列PDC鉆頭。牙輪鉆頭能適應(yīng)在不同地層使用高轉(zhuǎn)速，但相對于PDC鉆頭使用時間較短。使用較好有：HA437、HJ437和HJ517、FA517