埕北1FA―P3井鉆頭選擇的幾點認識

　　鉆頭是破碎巖石的主要工具。鉆頭作為鉆井作業(yè)中最重要的工具，其工作性能直接影響到鉆井作業(yè)的質(zhì)量、成本和效率。
　　一、PDC鉆頭與牙輪鉆頭的結(jié)構特點
　　1.1PDC鉆頭結(jié)構特點
　　PDC鉆頭，就是聚晶金剛石復合片鉆頭，它是以金剛石為原料加人粘結(jié)劑高溫下燒結(jié)而成。復合片為圓片狀，金剛石層厚度一般小于1mm，切削巖石時作為工作層，碳化鎢基體對聚晶金剛石薄層起支撐作用。PDC無活動部件的整體式鉆頭，由鋼體、胎體（冠部和保徑部分）、水眼及水槽、金剛石切削刃等部分組成。
　　PDC既具有金剛石的硬度和耐磨性，又具有碳化鎢合金的結(jié)構強度和抗沖擊能力。弱點是熱穩(wěn)定性差，350℃以上加速磨損?？箾_擊能力較差。
　　1.2牙輪鉆頭結(jié)構特點
　　牙輪鉆頭由殼體（牙爪）、巴掌、牙輪、軸承和水眼等部件組成。牙輪裝在牙輪軸上，牙輪帶有牙齒，用以破碎巖石；每個牙輪與牙輪軸之間都有軸承。水眼（噴嘴）是鉆井液的通道；儲油密封補償系統(tǒng)儲存和向軸承腔內(nèi)補充潤滑油脂，同時可以防止鉆井液進入軸承腔和防止漏失潤滑脂。
　　二、PDC鉆頭與牙輪鉆頭的性能特點
　　2.1破巖機理
　　2.1.1牙輪鉆頭破巖機理
　?。?）牙齒的公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)
　　牙輪鉆頭依靠牙齒破碎巖石，牙輪鉆頭工作時，固定在牙輪上的牙齒隨鉆頭一起繞鉆頭軸線坐順時針方向的旋轉(zhuǎn)運動，這種運動稱作公轉(zhuǎn)。公轉(zhuǎn)的速度就是轉(zhuǎn)盤或井下動力鉆具的旋轉(zhuǎn)速度。
　　鉆頭工作時，牙齒繞牙輪軸線坐逆時針方向旋轉(zhuǎn)稱為自轉(zhuǎn)。牙輪以及牙輪上牙齒的自轉(zhuǎn)是破碎巖石時牙齒與地層巖石之間相互作用的結(jié)果。
　　（2）鉆頭縱向振動及對地層的沖擊、壓碎作用
　　鉆井時，鉆頭上承受的鉆壓經(jīng)牙齒作用在巖石上，除此靜載之外還有一沖擊載荷，這是由于鉆頭縱向振動產(chǎn)生的。牙輪在滾動過程中牙輪中心的位置不斷上下交換，使鉆頭沿軸向作上下往復運動，這就是鉆頭的縱向振動。
　　鉆頭在井底的縱向振動，使鉆柱不斷的壓縮和伸張，下部鉆柱就把這種周期性變化的彈性變形能通過鉆頭牙齒轉(zhuǎn)化為對地層的沖擊作用力用以破碎巖石，與靜載壓入力一起形成了鉆頭對地層巖石的沖擊、壓碎作用，這種作用是牙輪鉆頭破碎巖石的主要方式。
　?。?）牙齒對底層的剪切作用
　　剪切作用主要是通過牙輪在井底滾動的同時還產(chǎn)生牙齒對井底的滑動實現(xiàn)的，產(chǎn)生滑動的原因是由于牙輪鉆頭的超頂、復錐和移軸三種結(jié)構特點引起的。
　　2.1.2PDC鉆頭破巖機理
　　PDC鉆頭由于巖石性能及工作條件的復雜性，國內(nèi)外對其破巖機理存在不同的觀點，如研磨、剪切、壓碎、犁削、切削等，至今沒有統(tǒng)一結(jié)論，但可以歸納出以下要點：
　　在堅硬巖石（如燧石、硅質(zhì)白云巖、硅質(zhì)石灰?guī)r等）中，一般均采用細顆粒的金剛石制成孕鑲式金剛石鉆頭來鉆進，其特點是靠金剛石的棱角實現(xiàn)微切削、刻畫等方式來破碎巖石。
　　故對于硬度小的塑性巖石，在鉆壓的作用下，這種鉆頭的刀翼或齒極易吃入地層，與此同時刀翼刃前的巖石，在扭轉(zhuǎn)力的作用下不斷產(chǎn)生塑性流動而實現(xiàn)切削破碎，而對于硬度較大的塑脆性巖石，在鉆壓和扭轉(zhuǎn)力的同時作用下，這種鉆頭的刀翼或齒沿設計的切削角切入巖石，使其產(chǎn)生體積破碎而實現(xiàn)剪切或擠壓破碎。
　　剪切破巖是PDC鉆頭的主要工作方式，而實現(xiàn)剪切破巖的前提條件，是鉆頭切削齒必須能有效的吃入巖石。因此巖石可鉆性的高低、硬度大小及其塑脆性，是決定PDC鉆頭是否與地層適應的基本因素。
　　2.2參數(shù)要求
　　牙輪鉆頭主要靠敲擊、壓碎破巖、輔以剪切破巖，而金剛石鉆頭主要靠剪切、切削破巖，輔以壓碎破巖、齒出露短，刃口鋒利，PDC鉆頭無活動部件且切削齒出露不可能太高，故在鉆進過程中，鉆壓太高可能會出現(xiàn)兩種不利于其切削巖石、破碎地層的現(xiàn)象：因此金剛石鉆頭的鉆壓小，轉(zhuǎn)速高，排量小。
　　三、PDC鉆頭與牙輪鉆頭的現(xiàn)場應用
　　埕北1FA-P3井為水平井，我們充分應用成熟配套打法和鉆井新工藝新技術，注重優(yōu)化鉆具組合、優(yōu)選鉆井參數(shù)。優(yōu)選高效能鉆頭十分重要，對埕北1FA-P3井我們選用HAT127和PDC鉆頭結(jié)合，進入深井段，采取“適當小排量，相對大鉆壓，保持高泵壓”的措施。同時，結(jié)合實際情況，不斷調(diào)整參數(shù)，盡可能與實際生產(chǎn)情況相吻合，充分發(fā)揮各項效能，達到最佳行程鉆速。同時，我們科學使用聚合物抑制性鉆井液，有效解決了該區(qū)域井眼易擴大的難點，使井施工速度不斷加大。我們采取了以下施工措施：
　　1、針對地層，優(yōu)選鉆頭，減少起下鉆次數(shù)；
　　2、運用鉀酸鹽低密度泥漿防止井漏；
　　3、優(yōu)選動力鉆具，確保大井眼定向一次成功；
　　4、針對鉆時慢，鉆具中安裝套管防磨套等措施。
　　5、運用鉆具中加扶正器的方法對復合井眼進行通井，確保下套管順利。
　　這些措施的應用，有效的促進了施工的快速、安全、優(yōu)質(zhì)、高效。HAT127和PDC鉆頭的配合使用，使埕北1FA-P3井在鉆進過程中鉆頭得到很好的運用。實現(xiàn)了快速高效，搏得了公司和甲方好評。
　　總結(jié)與認識
　　結(jié)合現(xiàn)場在使用過程中獲取的經(jīng)驗與教訓，我對牙輪鉆頭與PDC鉆頭的選擇與使用有以下幾點認識：
　　1、牙輪鉆頭的選型及合理使用
　　僅根據(jù)巖性按鉆頭產(chǎn)品目錄來確定鉆頭類型是不全面的，還應收集鄰近井相
　　同地層鉆過的鉆頭資料及上一個鉆頭的磨損分析，結(jié)合本井的實際情況來選擇。
　　鉆頭選型考慮因素：
　　研磨性地層的選型：最好選用鑲齒鉆頭。
　　淺井段與深井段鉆頭類型的選擇：在淺井段應選用機械鉆速較高的鉆頭，
　　在深井段應考慮使用壽命長的鉆頭。
　　易井斜地層的選型：應選用不移軸或移軸量很小的鉆頭。
　　軟硬交錯地層的選型：應選擇鑲齒鉆頭中加高楔形齒或加高錐球齒，鉆進
　　軟地層時可提高機械鉆速降低鉆壓，在硬地層井段應提高鉆壓降低轉(zhuǎn)速，達到更
　　好的經(jīng)濟效果。
　　2、PDC鉆頭的合理使用
　?、巽@頭搬運過程中注意防碰，使用前檢查切削齒是否損壞，水眼是否堵塞。
　?、谙裸@時鉆頭上扣要使用專用卸扣板，并控制下放速度。盡量避免用鉆頭劃眼，若必須劃眼，應接上方鉆桿，用大排量，緩慢轉(zhuǎn)動鉆頭，且時間不超過2小時。
　　③鉆頭下到井底后，提離井底0.5m以上，循環(huán)鉆井液并緩慢轉(zhuǎn)動鉆具，以確保井底清潔。在鉆頭接觸井底后，應以低轉(zhuǎn)速和低鉆壓進行井底造型0.5-1m。
　?、苡米顑?yōu)鉆壓試求法選定鉆井參數(shù)以達到最快機械鉆速?？筛鶕?jù)地層變化情況，適當調(diào)整參數(shù)，以獲得最優(yōu)的機械鉆速。
　?、葶@進時堅持使用鉆桿濾清器，以防水眼堵塞。按選定的鉆壓和轉(zhuǎn)速進行正常鉆進，送鉆要均勻。鉆遇硬夾層時，可適當降低鉆壓，待鉆穿后，再恢復正常鉆壓。