钻头泥包原因及对策分析

为满足快速钻进的需要，钻井工程现场越来越多地使用PDC钻头，但在实际应用中PDC钻头时有泥包现象。在分析PDC钻头泥包原因的基础上，结合现场实际对PDC钻头泥包的现象、预防及处理进行了总结。     

钻头泥包原因及对策分析

为满足快速钻进的需要,钻井工程现场越来越多地使用PDC钻头,但在实际应用中PDC钻头时有泥包现象。在分析PDC钻头泥包原因的基础上,结合现场实际对PDC钻头泥包的现象、预防及处理进行了总结。     

PDC钻头泥包原因分析及对策

为满足快速钻进的需要，钻井工程现场越来越多地使用PDC钻头，提高钻井速度，减少起下钻次数，避免掉牙轮等复杂事故．但在应用中经常有PDC钻头泥包的现象。在分析泥包原因的基础上，从改善钻井液性能、改变钻井参数、精心操作等方面，提出了预防PDC钻头泥包的技术措施，有助于解决PDC钻头泥包的问题。     

工程参数录井在钻井工程中的应用

综合录井包括气测、钻时、钻井液、钻井工程参数等多方面录井技术，是及时发现异常情况的重要手段。其中工程参数录井能够利用多种参数及时分析钻进过程中钻头、钻具、钻井液、地层压力、循环系统等设备状态，并在事故发生前提供事故预报。     

基于泥包最小化的PDC钻头水力参数优选

PDC钻头在泥页岩地层中钻进时,如果水力参数选择不当,极易形成泥包,严重影响钻井效率。现有水力参数优选标准并不适用于PDC钻头,且对特殊工况(如钻头泥包)没有针对性。为此,在对PDC钻头泥包机理及井底水力性能对其影响规律分析的基础上,推导了井底岩屑输运率公式,建立了基于泥包最小化(井底岩屑输运率最大化)的PDC钻头水力参数优选标准,给出了水力参数优选步骤,并进行了实例应用分析。研究发现:输运岩屑的能量主要来源于井底漫流水功率;无论是原始泥包还是二次泥包,提高井底岩屑输运效率,都能够预防或减少PDC钻头泥包现象。     

应用录井参数综合判别岩性

使用PDC钻头钻进时，机械钻速快，岩屑细小，钻时变化不明显，造成地质录井困难，因此，必须找出更直观，快捷的方法判别岩性，以适应现代录井之要求，东海西湖凹陷几口钻井实践表明，扭矩曲线和顶驱转速曲线形态的变化，气测值的变化与岩性有着密切关系。这些录井参数的综合应用，对快速建立岩性剖面，及时发现油气层，卡准取心层位有着重要意义。     

PDC钻头泥页岩地层钻进泥包机理及对策研究进展

PDC钻头发生泥包时,切削齿和钻头体上会黏附大量的泥页岩切屑,影响破岩效率,弄清泥包机理是了解泥包影响因素、预防和清除泥包的前提。为此,通过调研、分析近年来国内外PDC钻头泥页岩地层钻进泥包发生机理、防止和清除泥包等方面的大量文献,从钻井液类型及性能、钻头结构、钻头水力学参数和PDC钻头其他处理等4项技术方面,总结论述了预防和减少PDC钻头泥包的新成果、新方法和新动态。进而认识到:①从微观层面研究泥页岩岩屑与钻头表面的黏附机理是研究泥包机理的未来方向;②通过向水基钻井液中添加化学添加剂以使其具有油基钻井液的性能的方法具有可取性;③预测泥包的钻头结构参数和水力学参数的确定需要大量的实验研究;④建立井底流场特点与钻头泥包的量化关系是今后数值模拟的研究方向。     

应用录井参数综合判别岩性

使用PDC钻头钻进时,机械钻速快、岩屑细小、钻时变化不明显,造成地质录井困难,因此,必须找出更直观、快捷的方法判别岩性,以适应现代录井之要求。东海西湖凹陷数口井实践表明,扭矩曲线和顶驱转速曲线形态的变化、气测值的变化与岩性有着密切关系,这些录井参数的综合应用,对快速建立岩性剖面、及时发现油气层、卡准取心层位有着重要意义。     

应用录井参数综合判别岩性

使用PDC钻头钻进时，机械钻速快、岩屑细小、钻时变化不明显，造成地质录井困难，因此，必须找出更直观、快捷的方法判别岩性，以适应现代录井之要求。东海西湖册陷数口井实践表明，扭矩曲线和顶驱转速曲线形态的变化、气测值的变化与岩性有着密切关系，这些录井参数的综合应用，对快速建立岩性剖面、及时发现油气层、卡准取心层位有着重要意义。     

PDC钻头选型及岩屑录井

塔北地区雅轮构造带中、新生界以泥质岩为主的地层厚达6000余米，岩石可钻性差，使用PDC钻头可提高钻井速度、降低钻井成本、增加经济效益。但由于PDC钻头本身造价较高，对不同地层的适应性存在较大差异，如选型不当则达不到其应有的效果。并且PDC钻头在提高钻井速度的同时，却给钻时、岩屑、油气录井带来负面影响。总结S84井的施工经验发现：在中软地层中使用大齿形PDC钻头钻进，其钻屑的颗粒相对较大，砂样中真岩屑的比例相对升高，为保证岩屑录井质量创造了必要条件。“大套观察、高中求低、低中求高、幅低看岩屑”的钻时录井方法很好地解决了PCD钻头的钻时卡层问题；多点、多次取样法，镜下观察描述法有效地保证了PCD钻头钻进的岩屑录井质量；综合分析法，确保了油气发现率100％的行业目标的实现。正确的钻头选型和切实可行的录井措施的完美结合，能够实现“高效钻井”与“优质录井”的和谐统一，收到事半功倍的效果。     

长庆气田水平井PDC钻头防泥包技术

为实现长庆气田水平井钻井提速的目的,在斜井段中试验了PDC钻头,但均不同程度地发生了钻头泥包的问题。经过广泛的调研分析,找到了导致PDC钻头泥包的主要因素--钻井液问题,另外还有地层、钻井参数、PDC钻头流场设计等影响因素。为此,从强化钻井液抑制性出发,研制出了双钾盐聚合物钻井液体系并在现场应用获得成功,较好地解决了PDC钻头泥包问题。其中GP12 6井实现了斜导眼水平井单只PDC钻头穿越5套地层,平均机械钻速达11.25 m/h,起下钻、电测和下套管等作业均安全顺利完成。     

塔河10、12区三叠系地层PDC钻头防泥包技术研究

近年来,PDC钻头在新疆塔河油田10、12区的钻井过程中大都不同程度地出现过泥包现象,且其中以三叠系地层的泥包问题尤为突出,而泥包后往往严重制约提速及可能导致钻头损坏。本文从地质岩性、钻井液性能、钻头设计、工程参数及操作水平等方面入手,深入分析了PDC钻头钻遇三叠系地层时泥包问题频发的主要原因,并结合本地区现场实际施工情况,提出了针对性防泥包的技术措施及优化方向。     

定向喷嘴PDC钻头井底流场特性研究

对PDC钻头水力结构的优化是控制泥包生成和发展的有效手段。基于计算流体力学理论,针对PDC钻头在使用过程易产生泥包的问题,建立了带有侧向射流喷嘴的PDC钻头井底结构的物理模型,采用k?ε双方程模型封闭N?S湍流方程,使用SIMPLEC算法对该条件下的物理模型进行数值模拟计算,并定性研究了井底流场特性及刀翼表面速度、压力分布特征。研究结果表明:侧向射流形成新的射流区,减小了井底漩涡的覆盖面积,对井底清岩能起到积极作用;在侧向射流带动下,刀翼切削面的剪切力、压力梯度增大,利于抑制泥包的成长和冷却刀翼,提高钻头性能。该结论为PDC钻头水力结构的优化提供了新的思路。     

桥古1井快速钻进PDC钻头优化设计与效果分析

为了提高桥古1井山前构造地层中的钻进速度,对拟用于该井的PDC钻头进行了优化设计。在详细分析该井的地层特点以及邻近区块相似层位井段钻头使用资料的基础上,提出了针对性的优化方案,采用了力平衡布齿设计、等切削轮廓、CFD优化水力结构等现代PDC钻头设计技术,对常规PDC钻头在山前构造中易磨损、易泥包、机械钻速慢等缺陷进行了设计改进。所设计的钻头在桥古1井共使用了2只,使用井段为2 075.12~4 959.00 m,总进尺2 883.88 m,纯钻时间519.2 h,平均钻速5.55 m/h,比设计预期的3.50 m/h提高了58.57%,比预计的工期缩短了30 d。桥古1井的钻井实践表明,提出的钻头选型和优化设计方案可行,同时为山前构造地层优快钻井积累了宝贵经验。      

新型钻井提速工具在龙岗气田软硬交替地层中的成功应用

自21世纪初在四川盆地发现龙岗气田以来,机械钻速低、钻井周期长等问题长期制约着该气田勘探开发的进度和效益。为此,对该气田的钻井地质特点和影响钻井周期的因素进行了系统分析,认识到该气田侏罗系沙溪庙组、自流井组中的砂泥岩软硬交替频繁造成钻头泥包和PDC崩齿,以及上三叠统须家河组定向钻进托压严重是使机械钻速变慢最重要的影响因素。进而提出了不同地层的针对性提速技术方案,即侏罗系采用旋转冲击器带专用PDC钻头钻进,配合钻井液性能调整、钻井参数优化等专项技术措施的应用来预防处理PDC钻头泥包,实现侏罗系快速钻进;在三叠系须家河组的定向钻进井段,采用高速弯涡轮带孕镶金刚石钻头进行高转速低钻压快速钻进,该钻进方式充分利用孕镶金刚石钻头切削齿自锐的特点,以延长钻头使用寿命。最后,在该气田的2口井上进行了现场应用试验,大幅度提高了应用井段的机械钻速、缩短了钻井周期,取得了良好的试验效果。     

PDC钻头水力学研究初探

借助计算流体商业软件NUMECA和预处理方法 ,对某厂 2 15 9mmPDC钻头采用结构化网格模型 ,由计算机模拟了钻头井下旋转射流流场 (A、B、C、D、E、F等 6个区域 ) ,并分析了流场的形成过程和主要特征。分析研究表明 ,现有PDC钻头井下流场出现了滞流和回流 ,这是钻井过程中产生“泥包钻头”的重要原因。另外 ,通过显示不同设计情况下对钻头流场总能量损失的影响 ,说明了钻头水力设计的重要性     

中心分区式PDC钻头流场数值模拟

为证实Φ215.9 mm中心分区式PDC钻头具有更好的冷却和携岩性能,根据钻头底部轮廓包络面建立了Φ215.9 mm中心分区式与常规PDC钻头刀翼流道流场模型,对模型大压力梯度区域运用非均匀结构网格技术进行了局部细化,模拟了两种水力结构对井底流场及各流道内流量的影响。结果表明,中心分区水力结构形成的弱连通区域,使各流场区域的流量分配更加合理,并可缓解流体对钻头冠部的冲蚀,有利于流体及时冷却切削齿,减小钻头热磨损可能性,提高携岩能力和降低原生泥包发生概率。PDC钻头采用中心分区水力结构不会增加钻头布齿及刀翼等结构设计和加工制造的难度,并能提高水力效率,推荐在适用PDC钻头地层的中深井段常规钻井和复合钻井中使用。      

为PDC钻头连续钻进进行钻井液性能控制

PDC钻头具有钻进时间长、机械钻速高、起下钻次数少等特点,使用PDC钻头可大大提高钻井速度。但PDC钻头的使用效果与PDC钻头在钻进过程中短程起下钻的次数有很大关系,每次短程起下钻后机械钻速都要明显地降低。吐哈中原钻井公司通过在钻井液上做文章,围绕如何形成薄滤饼和如何减薄滤饼上下功夫,基本解决了PDC钻头起下钻阻卡问题,实现了PDC钻头连续钻进(中途不用短程起下钻),充分发挥了PDC钻头使用效果。