三牙轮钻头使用技术
当前油用钻头市场已不再混乱而变得规范有序, 市场竞争向产品差异性和品牌、售后服务的竞争方向发展。市场竟争力两大基石之一, 钻头技术服务的作用将会越来越显著。
一、钻头使用资料收集内容
1、地层岩性
地层的岩性和软硬不同, 岩石破碎机理不同, 造成钻头失效的形式也各异。中国各油田钻井中常见的地层岩性, 其岩石物理机械性质均有测定。根据现场收集的地层岩性及每米岩性钻时记录, 进行地层岩石的硬度、塑性、脆性、研磨性和可钻性分析, 对照钻头的失效形式, 确认钻头选型及使用是否合理。
2、井段位置
在地壳中处于不同位置的岩石, 其岩石的机械性质变化很大。埋藏较深的岩石, 处于多向压缩应力状态, 使岩石孔隙减小, 强度增加。上部井段一般岩石胶结疏松、质软, 钻头转速高、钻压低。下部井段一般岩石质硬、研磨性大, 钻头转速低、钻压高、使用时间长。根据收集的井段位置及每米岩性钻时记录, 分析地层岩石的硬度、塑性、脆性、研磨性和可钻性特点, 对照钻头的失效形式, 确认钻头选型及使用是否合理。
3、井身结构
不同的井身结构, 对钻头的尺寸、型号和使用等均有特殊要求。如造斜钻头一般要求带修边齿或保径结构, 使用要求高转速、低钻压等。收集井身结构及钻头选型、使用参数等资料, 根据钻头失效的形式, 确认钻头选型及使用是否合理。
4、钻井参数
钻压和转速的确定, 既决定着钻头破碎岩石的效率, 又影响到钻头牙齿、轴承的磨损。浅井、软地层, 钻头以剪切作用为主, 一般采用高转速、低钻压。中硬地层, 钻头产生剪切、冲击、压碎综合作用, 一般采用中等转速和中、高钻压。深井、硬地层, 钻头以压碎、冲击为主, 一般采用较高钻压、低转速。
钻井参数的合理选择, 很大程度上决定了钻头的失效形式。收集班报表和指重表记录, 分析所用钻井参数及其变化, 根据钻头失效形式确定使用的合理性。5、泥浆性能喷射钻井要求泥浆具有:
1) 低失水、低含砂、适当的切力和PH值, 能有效保护井壁、悬浮岩屑;
2) 低比重、低粘度, 能降低循环系统压力、功率损耗;
3) 在低返速下能有效携带岩屑;
4) 有良好地剪切稀释特性。地层的地质条件不同, 选用泥浆的类型及相关性能不同, 影响着钻压、转速、水力参数的配合和钻头的失效形式。泥浆性能是钻头磨损的重要因素, 如泥浆含砂对钻头流道冲蚀影响很大。
6、泥浆参数
钻进不同井段, 所使用的泥浆排量、缸套直径, 喷嘴直径、型号及其组合, 对选择钻头压力降和钻头水马力具有实际意义。喷射钻井在强化钻头水力效果的同时, 造成了钻头流道的损坏。泥浆参数及变化记录, 是钻头失效分析的重要依据。如钻头流道冲蚀失效、牙轮基体冲蚀引起掉齿、断齿等破坏与泥浆参数直接相关。
7、钻柱组合
钻柱是联通地面与井下的枢纽。不同的钻柱结构及在井下的受力状态, 决定了钻头所受钻压的大小和方向。如定向钻进或井斜较大时, 钻头所受实际钻压比钻压表显示的数据要小, 若钻柱组合中带有扶正器, 实际钻压更小。同时, 由于扶正器与井壁的磨擦作用, 使得钻头工作平稳性增强, 有利于钻头的使用。
8、钻头质量
钻头质量是钻头使用的根本。入井前检查钻头质量、新度, 以及喷嘴安装可靠性, 对钻头的使用至关重要。检查钻头入井前质量记录, 可区分钻头失效属质量原因还是使用原因。
9、上只钻头
每只钻头的失效, 均影响到井底的环境和下只钻头的使用。收集上只钻头失效描述记录, 分析上只钻头的失效原因, 可确定所用钻头在井下的使用环境, 判断
井下落物、井径、井底形状等对钻头失效造成的影响。
二、与钻头使用相关的知识
(一)、地层岩性
地层由岩石组成, 岩石主要由石英、长石、云母、方解石、粘士矿物等十几种矿物组成, 按照成因岩石分为三大类: 火成岩、变质岩和沉积岩。1、地层岩性的种类和特点
粘士和黄土: 由直径0.01mm以下的粘土矿物微粒组成的沉积岩。
泥岩及页岩: 粘土类的沉积物经成岩作用而形成的岩石。成块状为泥岩, 呈薄片层状的为页岩。含石油沥清丰富, 可提炼石油的页岩为油页岩。
砂岩: 砂粒经胶结在一起形成的岩石。直径为0.5~1mm叫粗砂岩, 直径为0.25~0.5mm的叫中砂岩, 直径为0.1~0.25 mm的叫细砂岩, 直径为0.01~0.1mm 的叫粉砂岩。按胶结物的不同, 砂岩分为硅质、钙质等。砂岩有孔隙, 可储存流体。孔隙大的砂岩与裂缝发育的灰岩是渗透性好岩石。
砾岩: 岩石的颗粒大于1mm叫砾石。由砾石和胶结物形成的岩石叫砾岩。按砾石的大小不同, 又分为粗砾岩、中砾岩和细砾岩三种。形状不一且带有棱角的叫角砾岩。
石灰岩: 主要成分为碳酸钙, 由化学沉积作用, 在海洋或陆地湖泊内生成, 呈块状, 比较致密和坚硬。按成分不同, 石灰岩又可分为石灰岩、泥灰岩、砂质灰岩、泥质灰岩、白云岩和介壳灰岩( 生物骸壳沉积成岩) 。含泥质的灰岩塑性较大, 质纯的灰岩脆硬。
2、地层岩石可钻性与分级
岩石的可钻性是决定钻进效率的基本因素, 它反映了钻进时岩石破碎的难易程度, 是合理选择钻进方法、钻头结构及钻进规程参数的依据。对钻头钻遇地层岩石可钻性进行分析, 能了解钻头选型的合理性和对地层的适应能力。一
般以钻头的机械钻速和进尺的乘积作为衡量的指标。
影响岩石可钻性的岩石基本属性有: 岩石的矿物成分和结构构造、密度、孔隙度、含水性及透水性; 力学性质有硬度、强度、弹性、脆性、塑性和研磨性等。一般造岩矿物中石英多、胶结牢固、颗粒细小、结构致密、未经风化和蚀变时, 岩石可钻性差; 而岩石的硬度和强度高、研磨性强, 岩石可钻性差。
影响岩石可钻性的工艺因素有: 加在钻头上的压力、转速、泥浆类型和井底排屑情况等。
影响岩石可钻性的技术条件有: 钻探设备、钻孔直径和深度, 钻进方法, 破岩工具的结构和质量等。岩石可钻性分级的观点有四种, 其划分方法也有四类。由于工艺技术水平的不断提高, 各级岩石可钻性等级间的相对和绝对关系也有变动。
3、地层岩性资料的收集
钻井过程中收集地层岩性资料的工作叫录井工作。因此, 地层岩性资料的收集应注重地质录井原始资料的收集
砂样录井: 又称岩屑录井。新探区一般每米取砂样一次, 生产井一般在地层分界处或标准层, 油、气层处取样。经过砂样录井资料可判断钻遇地层岩性。
钻时录井: 记录每钻一米所需的时间, 按井的深度绘成曲线, 与其它资料综合使用, 作为判断地层的参考。地层的软硬直接影响钻进的速度, 经过记录钻时的快慢也可了解地层变化情况, 钻头在井下的工作情况。
泥浆录井: 钻进中泥浆性能的变化常与所遇地层的性质有关。如钻遇石膏层, 泥浆粘度会增大、失水量增加, 含钙量增大, 硫酸根增加; 钻遇油、气层, 泥浆槽和池上会出现大量油花、气泡, 粘度增加, 比重下降。经过泥浆录井资料判断钻遇地层岩性。
4、地层岩性与钻头使用
钻头选型和钻头使用的依据是岩石的机械物理性能和地层条件。与钻头使用密切相关的岩石性质是: 硬度、塑性和研磨性。
