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地层推荐钻头类型剖面可钻性级别岩性占地层％井眼直径(mm)IADC编码国产牙轮进口牙轮侏罗系上沙溪庙组砂岩50444.50GA535HP53AF3D311.15HJT537G泥岩50215.90下沙溪庙组4.719砂岩48444.50617GA535HP61AF4D311.15HJT617LG泥岩52215.90千佛崖组4.486砂岩60444.50617GA535311.15HJT617LG泥岩40215.90自流井组5.272砂岩44444.50627GA535P62AF5311.15HJT637G泥岩49215.90HJ637G三叠系须家河组6.213砂岩71311.15637HJT637GHP63F57D泥岩28215.90HJT637GH雷口坡组7.361碳酸盐岩81311.15727HJT637GHP73F7其他19215.90HJT737G嘉陵江组6.602碳酸盐岩68311.15647HJT637GF670D其他32215.90HJT637GH152.40HA637飞仙关组6.443碳酸盐岩95215.90647HJT637GH其他5152.40HA637二叠系长兴组6.725碳酸盐岩100215.90647HJT637G其他0152.40HA637龙潭组4.279碳酸盐岩24215.90547HJ547GHHP54F35A泥岩72152.40HA617茅口组6.691碳酸盐岩100215.9717HJT737GH83F其他0152.40HA637栖霞组7.196碳酸盐岩215.9727HJT737GHP73F7其他152.40HA637梁山组4.366碳酸盐岩215.9547HJ547GHHP54F35A石炭系黄龙组6.426碳酸盐岩215.9637HJT637GHP63F57D其他152.40HA637志留系龙马溪组4.232碳酸盐岩215.9547HJ547GHHP54F35A其他152.40HA617奥陶系7.093215.9717HJT737GH83F152.40HA637寒武系7.79215.9737HJT737GHP73F7152.40HA637震旦系7.909215.9737HJT737G152.40HA637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φ660.4＋φ311.2＋φ215.9和φ444.5+φ311.2+φ215.9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层位井眼尺寸钻头型号数量进尺m纯钻时间h蓬莱组660.4PC2122.0022.22444.5GA515G193.0038.75遂宁组660.4PC2121.003.00444.5GA515G4433.60153.33311.2SHT22RG13.401.08上沙溪庙组660.4PC2123.103.00444.5GA515G1143.2543.17311.2HJ517G3360.5380.66下沙溪庙组311.2HJ517G1277.4681.58千佛崖组311.2HJT537GK121160.83918.24自流井组311.2HJT537G1103.2762.21须家河组311.2HJT537GK16789.91755.27215.9HJ537GHK164.0435.67雷口坡组215.9HJT537GK3298.99220.42BD446D1295.2658.93嘉陵江组215.9HJT537192.8868.92BD446D2456.86104.07飞仙关组215.9HJT547GDG1143.0064.71BD435D1417.60117.25长兴组215.9HJT537GK5316.96202.80HMQ3842146.0130.42龙潭组215.9HJT617G134.0014.33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１．钻头下井前的检查１）．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。２）．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。２．钻头装卸１）．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；２）．装卸时防止井口工具落井；３）．涂丝扣油；４）．按推荐扭矩参数上扣：171/2钻头：牙轮:46.1—54.2KN.m;PDC:65.5—71.9KN.m.121/4钻头：牙轮:37.9—43.3KN.m;PDC:50.3—57.5KN.m.8½钻头：牙轮:16.3—21.7KN.m;PDC:17—26.4KN.m.３．下钻，划眼１）．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；２）．轻划通过缩径井段，PDC钻头更要小心，划眼前必须开泵；３）．下钻要平稳，避免压力激动；４）．最后一个单根或立柱要大排量划眼到井底。４．探井底１）．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；２）．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；３）．在清洗沉沙后上下活动钻具；４）．无动力钻具，划眼81/2按17KN、12¼按25KN，转速按40-60转/分钟要求操作；５）．动力钻具，划眼81/2按17KN、12¼按25KN及尽量慢的转速操作。５．钻水泥塞及套管附件１）．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；２）．控制钻压，避免钻头损坏，如切削齿及轴承密封；３）．监测泵压变化，防止堵喷嘴；４）．当跳钻或扭矩变化剧烈时，调整转速；５）．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4~5米上提划眼2~3次，每25~30米大排量洗井1~2周，将水泥屑充分循环出地面。６．井底造型１）．小钻压，低转速，大排量，小扭矩；２）．井底造型与钻头类型及钻具组合等有关；３）．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；４）．PDC钻头，按低于2吨钻压及60~100转/分钟要求操作，至少钻进1~1.5米后方可合理增加钻压和调整转速。７．试钻确定最佳钻井参数１）．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；２）．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；３）．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；４）．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；５）．最优的钻压和转速以线性终点和扭矩的限制为佳。７．试钻步骤１）．钻头提离井底，在给定的排量，转速条件下校核钻井仪表；２）．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；３）．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；４）．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。７．试钻步骤试钻曲线0510152050-4545-4040-3535-3030-25钻压钻速100RPM70RPM60RPM50RPM８．接单根步骤－防钻头涡动１）．降低钻压50%左右；２）．降低转速50%左右，并保持60转/分钟的转速；３）．钻具提离井底，停转盘，并停泵；４）．接单根，缓慢开泵，泵压正常后缓慢下放钻具至离井底0.5—1米；５）．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１）．泥包；刺钻具；２）．轴承，密封失效；３）．跳钻；４）．切削结构损坏或磨损；５）．地层变化；６）．落物；７）．偏心转动；８）．钻压低于最优钻压；９）．转速低于最优值。9.与钻头有关的钻井现象－机械钻速增加１）．地层变