淺談東臺地區(qū)PDC鉆頭防泥包技術(shù)

一、東臺地區(qū)的地質(zhì)簡述
　　東臺地區(qū)鹽城組較長，砂礫巖多，地層缺失戴南組。三垛組以軟泥巖為主，底部有含礫砂巖。阜寧組以灰黑、深灰色泥巖為主，阜一段底部有含礫砂巖，阜二段存在白云巖等硬度較高的巖石。結(jié)合鄰井資料和現(xiàn)場實際我們發(fā)現(xiàn)，東臺地區(qū)三垛組軟泥巖易水化膨脹、縮徑嚴重，阜寧組上部地層巖性較粘，易粘附在鉆頭上，因此這兩個井段是泥包現(xiàn)象易發(fā)井段。
　　下面我針對今年施工的5口井中存在泥包現(xiàn)象的情況進行一下簡單的分析。
　　井號 鉆進井段 所在地層 鉆頭型號 鉆進井段 所在地層 鉆頭型號
　　臺16 2836-2929 阜二段 M3235AL
　　臺X17 2161-2179 阜四段 M3235AL 2179-2181 阜四段 M3235AL
　　堡5-1 1807-1850 垛一段 M4466CS 2032-2047 阜三段 M3235AL
　　臺14-1 1634-1864 垛一段 M4466CS
　　富安3 無
　　我隊今年在東臺施工的5口井中多次嘗試使用了不同型號的PDC鉆頭，其中311mm、241mm、222mm的PDC鉆頭型號為FL1955M，未發(fā)生泥包現(xiàn)象。215.9mm的PDC鉆頭主要型號有五刀翼的M3235AL、五刀翼的FL1955M、四刀翼的M4466CS、四刀翼的FL1654M四種PDC鉆頭，F(xiàn)L1955M鉆頭僅使用一只，在臺16井連續(xù)下井兩次后損壞，F(xiàn)L1654M鉆頭在富安3井入井3次未發(fā)生泥包。
　　由上表我們可以看出，泥包發(fā)生井段主要集中在垛一段和阜四段，不論是四刀翼的M4466CS鉆頭還是五刀翼的M3235AL鉆頭都曾發(fā)生過泥包現(xiàn)象，可見是否發(fā)生泥包取決的因素很多，僅僅依靠使用四刀翼PDC企圖降低泥包概率的觀點是錯誤的。下面我們具體分析一下PDC鉆頭泥包的原因和解決辦法。
　　二、泥包的概念和鉆頭發(fā)生泥包時的常見現(xiàn)象
　　鉆頭泥包是指鉆頭表面為泥團所包被，在鉆進、起下鉆過程中都會發(fā)生。發(fā)生鉆頭泥包后，PDC鉆頭牙齒受泥包影響“吃入”地層程度減小，導致其攻擊力不能正常發(fā)揮、鉆速變慢，嚴重時包死鉆頭、堵死水眼，導致泵壓升高，甚至無進尺，如果是在起下鉆時發(fā)生，還有可能造成環(huán)空阻塞。鉆井過程中，如果出現(xiàn)下列現(xiàn)象，則說明鉆頭可能泥包了：（1）鉆進時進尺明顯變慢，或者說鉆時明顯升高；（2）增大鉆壓或減小鉆壓對鉆速無明顯影響；（3）地層變化時對鉆速的影響不大；（4）一般情況下泵壓略有升高或無明顯變化；但有時也會有高泵壓，甚至堵死鉆頭水眼，阻塞循環(huán)通道；（5）鉆頭牙齒不能有效“吃入”地層，表現(xiàn)出扭矩變小或扭矩波動范圍減小；（6）起下鉆出現(xiàn)“拔活塞”現(xiàn)象；（7）短起下過后鉆速明顯變慢，繼續(xù)鉆進可能會逐漸恢復鉆速而泥包解除，或者繼續(xù)變慢造成嚴重泥包致無法正常鉆進；（8）鉆井中發(fā)生鉆具刺漏、循環(huán)出現(xiàn)短路，處理完后鉆速明顯變慢[1]。
　　三、造成鉆頭泥包的原因
　　1.地質(zhì)因素：所鉆地層為上部不成巖的軟泥，極易粘貼鉆頭表層，壓實后造成鉆頭泥包；地層中的泥頁巖雖成巖，但易于水化分散，使井眼內(nèi)泥質(zhì)或固相含量大增，吸附于鉆頭表面造成鉆頭泥包；或者地層中含有分散狀石膏，造成泥漿污染后，泥漿中的有害固相相當難于清除，使鉆頭被泥包的機率大增；地層中的滲透率高，在壓差作用下，吸附井筒內(nèi)的有害固相及未及時攜帶出的巖屑，形成厚泥餅，起下鉆時在PDC鉆頭下方堆積造成鉆頭泥包。
　　2.泥漿性能因素：泥漿抑制性差，無法控制泥頁巖的水化分散度；固相含量和粘切過高，鉆出的巖屑難于清除，易吸附在鉆頭表面，如果使用的是無固相鉆井液，鉆頭是絕對不會發(fā)生泥包的；泥漿比重偏高，失水大，易形成過厚的粗糙泥餅；潤滑性能差，鉆頭表面無法形成有效的保護膜，鉆井液中劣質(zhì)固相易吸附在鉆頭上。
　　3.工程技術(shù)因素：鉆進中排量小，不能有效清洗井底及鉆頭，將鉆出的巖屑沖離井底，同時上返速度不足，巖屑在井內(nèi)潛留時間長，粘附于井壁形成厚泥餅，尤其是中上部鉆速高時這種現(xiàn)象更為嚴重；在軟泥巖地層，施加的鉆壓過大，地層與鉆頭表面形成直接接觸，造成鉆頭泥包，長裸眼下鉆未進行中途循環(huán)，從井壁上刮下的泥餅或鉆屑越積越多，越壓越實，則會鉆頭泥包。
　　4.鉆頭選型因素：水眼設計無法滿足排屑要求；流道排屑角阻礙了鉆屑順利脫離井底。
　　5.操作水平因素：下鉆速度過快，鉆頭不是順著螺旋型軌道向下滑行，而是在井壁上不斷刮削泥餅或鉆屑，極易造成鉆頭泥包；下鉆時遇阻不是接方鉆桿循環(huán)劃眼沖洗鉆頭，而是下壓或下沖，從井壁上刮下的泥餅或鉆屑則會泥包鉆頭；下鉆到底時操作方法有誤，如果先啟動轉(zhuǎn)盤后啟動泵，同樣也會造成鉆頭泥包；在軟地層鉆進時，送鉆不均勻造成鉆頭泥包[1]。
　　四、防止鉆頭泥包的具體措施
　　針對東臺地區(qū)地層的特殊性和以前鉆井施工中的出現(xiàn)的問題導致鉆頭泥包，我們專門制定了對策。
　　1.進入三垛組之前提前加好防泥包劑，進入阜寧組之前提前加好潤滑劑，從而提高鉆井液表面活性。增強泥漿抑制性，改善泥餅質(zhì)量，控制濾失量，適當提高密度，盡量減少縮徑的程度，保證起下鉆正常。使用好固控設備，尤其是離心機，有效去除有害固相，使鉆井液達到低固含、低粘切。在不使用動力鉆具時可以加入300-500KG核桃殼來破壞早期形成的泥包。 　　2.全井保證排量不低于32L/s，控制好井身軌跡，避免起下鉆時在大小臺階或方位變化太快的井段形成泥包。定向前必須提高排量充分洗井，并進行短起下。在進入阜寧組后為防止垮塌不能大排量洗井時，要提前一至兩個單根開泵，小排量開平穩(wěn)后再增大排量，并逐步下探清洗井底。下鉆到底后不急于啟動轉(zhuǎn)盤，等返砂正常再進行井底塑型。
　　3.選擇PDC鉆頭時盡可能的選用四刀翼的PDC鉆頭，刀翼間隔大有利于巖屑返出；選擇水眼多且均勻分布的PDC鉆頭，有利于清洗井底不留死角。
　　4.嚴格把好操作關(guān)，①嚴格控制好起下鉆速度，操作要平穩(wěn)，不可以強壓硬沖，防止在下鉆過程中突然遇阻造成鉆頭泥包；②正常鉆進時必須保證均勻送鉆；尤其在軟泥巖地層之中，鉆壓不可太大；③每次接完單根、測斜完、短起下到底時，一定要先開泵先清洗井底，然后逐漸加至正常鉆壓鉆進。④鉆進時發(fā)現(xiàn)鉆時突然變慢或指針突然不回時，排除了地層巖性的變化后，有可能是因為井底巖屑濃度過高、巖性較粘，形成粘在鉆頭刀翼上形成的早期泥包，要求立即上提鉆具脫離井底3-5米，提高排量，提高轉(zhuǎn)速，高速旋轉(zhuǎn)鉆具1-3min，并快速上下大幅度活動鉆具，然后下壓至井底不開轉(zhuǎn)盤5-10min，將上述過程反復操作。
　　五、應用效果
　　今年我隊在東臺地區(qū)共施工5口井，在這期間PDC鉆頭一共入井36次，鉆頭泥包次數(shù)6次。通過不斷總結(jié)經(jīng)驗、完善措施，我隊在富安3井實施上述辦法，使得富安3井未發(fā)生泥包現(xiàn)象，減少了起下鉆的次數(shù)和成本的消耗。主要原因有兩個：1.措施執(zhí)行的較好；在鉆井液方面，從一開到完井都制訂了具體的性能指標，超前謀劃、落實到位，對有害固相的清除和鉆井液性能的維護不遺余力，盡可能的做到最好。在工程方面，優(yōu)選鉆頭和鉆井參數(shù)，嚴格把好操作關(guān)，發(fā)現(xiàn)異常及時處理，有效避免了泥包現(xiàn)象的發(fā)生。2.選用四刀翼FL1654M鉆頭；該鉆頭刀翼間隙大，方便巖屑及時返出，水眼分布均勻，有利于抑制泥巖粘附，單個刀翼牙齒上下落差較大，巖屑不易堆積積壓，可進一步試用和驗證。下表為富安3井PDC鉆頭使用表，由于東臺地區(qū)三垛組下部、阜寧組極易泥包，所以在富安3井從1981-2889m均使用FL1654M這只鉆頭，未發(fā)現(xiàn)泥包。
　　六、認識和建議
　　1.東臺地區(qū)鹽城組下部、三垛組軟泥巖易縮徑，處理好該縮徑井段有利于PDC鉆頭的下一步使用。
　　2.使用PDC鉆頭前要考慮該井段地層是否滿足使用條件，如東臺地區(qū)三垛組、阜四段交界面極易發(fā)生泥包，應該盡量避免使用PDC鉆頭。
　　3.良好的井身軌跡和滿足攜砂要求的排量有利于防止鉆頭泥包。
　　4.維護好鉆井液性能、去除有害固相是防止鉆頭泥包的重要措施之一。
　　5.良好的操作習慣可以降低發(fā)生鉆頭泥包的概率，及時發(fā)現(xiàn)并正確的處理可以解除一些初期泥包現(xiàn)象。
　　6.四刀翼的FL1654M鉆頭可進一步試用和驗證。