探析PDC钻头钻井泥包原因及处理措施

李文庆

摘要：随着钻井工艺与技术的发展，PDC 钻头在世界范围内的石油钻井工程中得到了广泛应用，具有结构简单、钻速快、单只钻头进尺长、可减少起下钻等特点。但PDC 钻头在泥页岩地层钻进时极易发生钻头泥包，严重影响了PDC钻头的使用效率。本文主要对PDC钻头产生泥包的原因进行了分析，并提出了PDC 钻头泥包的处理措施，以期能够改进和避免PDC钻头泥包情况的出现，提高钻井效率。

关键词：PDC钻头;泥包;原因;处理措施

钻头泥包是指在钻井过程中，大量的泥土黏贴包裹在钻头之上，从而降低钻头的破岩能力，导致钻头不能正常发挥其功能的现象。如果出现钻头泥包，钻头就会出现转速下降、破岩能力不足、钻井速度缓慢等现象，甚至有可能会堵塞钻头水眼，继而引起泵压升高，有时甚至会出现憋泵现象，泥包的产生严重影响了钻头的正常使用。 因此，对 PDC 钻头泥包的原因进行分析，并结合实际的钻井工作给出相应的处理措施，对于提高钻井质量与效益具有极其重要的意义。

1 PDC钻头出现泥包的现象

PDC钻头在钻进过程中如果产生泥包，将出现如下现象：（1） 钻进过程中，在地层无明显变化时，钻速明显变慢，钻时增高，同时扭矩变小并稳定在一个比较小的数值，通过改变钻压对钻速及扭矩没有影响;（2）当地层岩性发生变化时，在钻速上没有反应;（3）泥包严重时，造成水眼堵死或循环通道阻塞，出现泵压升高;（4）短起下后钻速明显变慢，继续钻进一段时间后可能恢复钻速而泥包解除或者继续变慢，泥包严重时将会导致无法正常钻进;（5）钻进过程中由于泵效过低或钻具刺漏、循环短路，造成钻头干钻，处理完后钻速明显变慢。

2 PDC钻头产生泥包的原因

2.1地质因素

（1）上部地层不成岩的软泥易粘附于钻头表面，压实后易造成钻头泥包。（2）所钻地层中含膏质，处理不及时造成钻井液污染，钻井液中的有害固相难以及时清除，易造成钻头泥包;（3）地层渗透率高，在压差作用下，井眼内的有害固相及未及时携带出的岩屑吸附井壁形成厚泥饼，起下钻过程中在钻头下方堆积造成钻头泥包;（4）地层中的泥页岩易水化分解，使井眼内固相含量与泥质含量增多，吸附于钻头及扶正器表面后造成泥包。

2.2工程因素

（1）在软泥岩地层钻进中，施加的钻压过大，地层与钻头表面将长时间直接接触，易造成钻头泥包;（2）钻进中由于井队设备原因或者喷嘴大小选择错误，导致排量跟不上，清洗能力不足，携屑能力达不到要求，钻井液上返速度过慢，岩屑在井眼内滞留时间长，粘附于井壁形成厚泥饼;（3）长裸眼井下钻中途未进行循环，钻头及扶正器从井壁上刮下的泥饼与钻屑包被于钻头上，越积越厚、越压越实，最终导致泥包钻头。

2.3钻头因素

（1）在钻头喷嘴选择时，喷嘴选择尺寸过小，钻头压降大，导致排量过低，无法达到携屑要求，影响岩屑的上返运移;（2）钻头水眼对喷射位置与角度的设计不合理，会在钻进过程中产生涡流，无法充分有效清洗各复合片及刀翼，难以满足钻进过程排屑要求;（3）在钻头流道设计时，排屑角设计不合理，排屑槽过窄，阻碍了岩屑的运移脱离井底，在防泥包技术上不过关。

2.4钻井液性能因素

（1）钻井液润滑性能差，无法在钻头表面形成有效的保护膜，钻井液中的劣质固相易吸附在钻头及扶正器上;（2）钻井液密度偏高，失水较大，钻进过程中容易在井壁形成过厚的粗糙泥饼;（3）钻井液抑制性差，无法有效控制泥页岩的水化分解;（4）固相含量过高，粘切力过大，钻出的岩屑难以及时清除，易吸附于钻头表面。

3 PDC钻头泥包处理措施

3.1改善钻井液性能

在易发生泥包地层钻进时，及时对钻井液性能进行有效调整是预防泥包的有效途径。主要方法有以下几种： （1）提高钻井液润滑性，混油或增加润滑剂的使用量，在钻头表面形成一层保护膜使钻屑不易粘附于钻头上;严格控制钻井液失水，加大钻井液中聚合物的使用量，提高泥饼质量;（2）提高钻井液抑制性，控制泥页岩的水化分解;（3）降低钻井液粘度、切力，及时清除钻井液中有害固相;（4）在高渗砂层钻进时，可使用屏蔽暂堵技术，减少钻进中的渗透性漏失;（5）在含膏岩层钻进时，应提前加碱，防止钻井液污染;（6）PDC钻头入井后，到底开泵前，配置适量的表面活性剂对钻头进行清洗。

3.2合理确定钻井工艺参数及操作方法

（1）下钻时采用分段循环钻井液，防止堵水眼。（2）在软泥岩中钻进时，应尽量采用低钻压、高转速、 大排量钻进;（3）进行短起下钻，对井壁泥饼进行刮削、挤压，将厚泥饼拉薄、压实，尽量保证井眼畅通、消除阻卡。（4）钻头下到井底前，必须先开泵循环泥浆，并提高排量充分冲洗井底和钻头，转盘必须在排量满足要求后才能开。控制好机械钻速，或增加钻井液循环时间，其目的是为了降低钻井液中的岩屑浓度。（5）避免在易产生泥包的纯泥岩段起钻，可选择钻时相对较高的砂岩段或含泥质砂岩段起钻，避免长时间未循环泥浆。

3.3开发新型防泥包PDC钻头

PDC钻头设计的好坏，直接影响到钻头的使用效果，对钻头是否容易产生泥包有很大的影响。通过优化水力设计、布齿设计、结构设计、涂层使用等方法，提高PDC钻头防泥包性能。例如，对于水眼及流道设计应利于排屑;合理布置喷嘴数量及角度，达 到充分冷却刀翼复合片并避免井底产生涡流的目的，可避免岩屑重复破碎、携带不干净等问题，从而避免产生泥包。在保证不平衡力要求的前提下，合理设计各刀翼问排屑槽的夹角，避免因排屑槽夹角过小而导致泥包。

4結束语

综上所述，PDC钻头具有钻速高、进尺长、井下事故少等特点，综合性能优异，得到了越来越广泛的应用。但在使用过程中易产生钻头泥包问题，其原因主要包括地质因素、工程因素、钻头因素和钻井液性能因素等四个方面， 可以通过改善钻井液性能、合理确定钻井工艺参数及操作方法和开发新型防泥包PDC钻头等措施减少PDC泥包的产生，提高钻井效率。

参考文献：

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[2]黄志军. PDC钻头泥包原因分析及对策[J]. 中国石油和化工标准与质量. 2012（04）

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