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。鉆頭作為鉆井作業中最重要的工具，其工作性能直接影響到鉆井作業的質量、成本和效率。
　　一、PDC鉆頭與牙輪鉆頭的結構特點
　　1.1PDC鉆頭結構特點
　　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劑高溫下燒結而成。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構強度和抗沖擊能力。弱點是熱穩定性差，350℃以上加速磨損。抗沖擊能力較差。
　　1.2牙輪鉆頭結構特點
　　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；儲油密封補償系統儲存和向軸承腔內補充潤滑油脂，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
　　（1）牙齒的公轉與自轉
　　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運動，這種運動稱作公轉。公轉的速度就是轉盤或井下動力鉆具的旋轉速度。
　　鉆頭工作時，牙齒繞牙輪軸線坐逆時針方向旋轉稱為自轉。牙輪以及牙輪上牙齒的自轉是破碎巖石時牙齒與地層巖石之間相互作用的結果。
　　（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。
　　（3）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生牙齒對井底的滑動實現的，產生滑動的原因是由于牙輪鉆頭的超頂、復錐和移軸三種結構特點引起的。
　　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，至今沒有統一結論，但可以歸納出以下要點：
　　在堅硬巖石（如燧石、硅質白云巖、硅質石灰巖等）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，在扭轉力的作用下不斷產生塑性流動而實現切削破碎，而對于硬度較大的塑脆性巖石，在鉆壓和扭轉力的同時作用下，這種鉆頭的刀翼或齒沿設計的切削角切入巖石，使其產生體積破碎而實現剪切或擠壓破碎。
　　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兩種不利于其切削巖石、破碎地層的現象：因此金剛石鉆頭的鉆壓小，轉速高，排量小。
　　三、PDC鉆頭與牙輪鉆頭的現場應用
　　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，注重優化鉆具組合、優選鉆井參數。優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，結合實際情況，不斷調整參數，盡可能與實際生產情況相吻合，充分發揮各項效能，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，優選鉆頭，減少起下鉆次數；
　　2、運用鉀酸鹽低密度泥漿防止井漏；
　　3、優選動力鉆具，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、優質、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。實現了快速高效，搏得了公司和甲方好評。
　　總結與認識
　　結合現場在使用過程中獲取的經驗與教訓，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
　　僅根據巖性按鉆頭產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速，達到更
　　好的經濟效果。
　　2、PDC鉆頭的合理使用
　　①鉆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。
　　②下鉆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，循環鉆井液并緩慢轉動鉆具，以確保井底清潔。在鉆頭接觸井底后，應以低轉速和低鉆壓進行井底造型0.5-1m。
　　④用最優鉆壓試求法選定鉆井參數以達到最快機械鉆速。可根據地層變化情況，適當調整參數，以獲得最優的機械鉆速。
　　⑤鉆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。