杨 张

（渤海钻探第二钻井工程分公司70162钻井队，河北廊坊   065000）

摘 要:本文通过分析泥包后的相应特征、导致钻头泥包的各种因素和钻头泥包后的致卡原因,提出防止钻头泥包卡钻的措施和策略，建立一套从预防钻头泥包、识别和监测钻头泥包到钻头泥包及时处置、钻头泥包复杂排除的整体解决策略，同时阐明抽吸性缩径的存在是导致钻头泥包发生“缩径卡钻”的主要诱因，探讨应用憋压浸泡法解除钻头泥包卡钻的可行性。

关键词:PDC钻头;钻头泥包;泥包预防;泥包卡钻

中图分类号:TE9 文献标识码:A 文章编号:16712064（2024）19001204

0引言

钻头泥包是指钻屑、软泥、滤饼影响黏附在钻头周围的部分或全部区域，导致黏附物填满牙轮钻头的牙轮间隙，或堵塞喷嘴水眼和排屑返流槽，如果进一步发展，甚至会全面包裹钻头。

钻进时出现泥包将导致钻头的工作状况变差，出现闷跳，增大了司钻压力，并容易导致牙轮钻头的崩齿或齿轮轴的损伤。泥包冲击PDC钻头时，由于破坏了钻头的抗旋力，极易引起钻头的早期损伤，严重时可能引起钻头的崩断或脱落，对后续钻井工程产生潜在危害。钻头的泥包不但会在钻井时出现，在起下钻时也会出现[1]。

钻头出现泥包将直接或间接地对钻探的经济效益与安全产生显著的连锁反应。因为泥包而导致钻进憋跳后，如果不能在井下及时消除，那么就只能降低钻压，继续钻进，否则就要起钻清理消除泥包，有时候还需要更换钻头，这对提高机械钻速和行程钻速非常不利，会消耗更多的钻头，还会增加钻井成本。钻头泥包在后期钻井过程中，采用单根钻井或起下钻井等方式，极易引起井下抽水、压力波动等负效应，导致地层流体入侵或井漏，引起溢流、井涌等事故发生，加大了压井工作强度和井喷风险。更严重的是，在起下钻的时候，容易造成遇卡、遇阻或划眼等状况，出现突然憋停，如果对这种情况的预测不准确，就会造成操作处理不当或决策错误，很快就会导致钻头泥包卡钻[2]。

1钻头泥包的判断识别

泥包的形成需要一定的条件。泥包的出现会影响钻进过程中钻齿的正常破岩或喷嘴的水力辅助破岩，不利于起、下钻作业，并由此引起某些参数的改变。

泥包产生有其前提条件。一般情况下，在起、下钻时，钻头会刮削裸眼段井壁滤饼和黏附在滤饼上的钻屑，形成泥包在钻遇大段泥岩地层、砂质泥岩地层时，可以根据所捞取的岩屑与地层进行对比，来分析判断。当钻头被泥浆包裹后，钻井参数保持不变，最直接、最显著的特点就是钻进时间明显增加（如图1、图2所示）。也就是说，机进速度会大幅度下降，一般都是普通钻进时间的一倍多。在正常情况下，立压只有轻微上升（如图1、图2所示）或没有明显的变化。但是，当严重的钻头泥包造成水眼堵塞时，立管压力会显著提高，或者立管压力曲线会出现时高时低的现象。当出现泥包后起、下钻时，容易堵塞环空，导致憋泵。

扭矩的改变由于泥饼与钻眉的包裹、黏附，导致钻齿无法高效“吃入”岩层，甚至无法与新岩层接触，呈现出转矩降低，转矩波动幅度降低，但由于泥饼的黏滞效应，转矩时大时小，转矩曲线比无泥袋时更平稳（如图2所示）。在钻进泥浆后，钻头底端和钻出底部的转矩也有小的改变（如图1所示）。

用以下方法来检测钻头泥包也有参考价值。设钻压在W1时相应的扭矩为T1，升高钻压至W2（所有其他参数保持恒量），记录相应的扭矩T2又将钻压下降至W1，记录扭矩T3。比较T1与T3的大小，如果T3

还有其他判断方法。钻头泥包后在钻进过程中会出现憋跳钻现象发生钻具刺漏等循环短路情况后钻速会因泥包倾向而明显变慢，出现起、下钻的“拔活塞”现象短起、下钻过后钻速明显变慢钻头部分泥包后，在钻柱静止时环空易形成窜流[3]。

2钻头泥包的影响因素

导致钻头泥包的影响因素较多，归纳起来主要体现在以下方面

2.1钻头选型因素

钻头泥包与钻头选型有关。选择的牙轮钻头不具有自动清洗功能，PDC钻头的表面没有涂上涂料，而且PDC钻头的出眉槽容积过大（深、宽尺寸过大），带屑回流速率过小，易致钻头泥包由于喷嘴尺寸布置不当，喷注角度不当，导致井壁流体的侧向流速及冲击力不足，井壁流场低速区，回流区增大，易致钻头泥包。

2.2地层因素

钻进的地层属于松软泥岩。松软泥岩的碎屑很容易附着在钻头表面，被挤压后形成泥浆袋在易水化的页岩地层中，由于其钻屑容易被水化而分散，使得钻井液中的泥质、固相含量大幅增加，并且很容易被吸附在钻头表面，形成钻头的泥包。

2.3 钻井液性能因素

比如，对钻井液的抑制性差，泥岩钻屑高度水化分散，导致固相含量和粘切过高，岩屑难以去除，会在钻头表面上吸附并积累。此外，由于钻井液失水大，容易形成过厚的虚滤饼。固控装置不能与高速钻井相匹配，尤其是除泥器、除砂器的除泥、除砂效率较低，即使持续运行，也无法控制钻井液中固相和黏度的增长，导致钻井液出现泥包的可能性增大。

2.4司钻操作因素

在裸眼段，起、下钻速度过快，并且没有进行中途循环，就会不停地刮去井壁的滤饼及附着在其上的钻屑，在钻头上积累的滤饼和钻屑越积越厚、越压越实，从而形成了泥包。在起、下钻遇卡、遇阻时，如果强行上提或下压，会使钻头的泥包变得更严重。在下钻就位后，首先启动转盘或顶驱，然后启动泥浆泵，就会在钻头上形成泥包的倾向。在松散的地层中，由于不均匀的送钻、在泥岩层中盲目增加钻压、在高钻速的井段没有及时划眼都会为钻头产生泥包提供条件[4]。

2.5工程技术因素

在钻进过程中，由于岩屑排出量过少，无法对井底和钻头进行有效清理由于岩屑排出量过少，无法对附着在井壁上的滤饼进行有效清理短起、下钻不及时，或者在高速井段没有调整短起、下钻距离，都会造成钻头泥包。另外，由于在钻井时没有采用录井技术进行监控，如果钻柱内有穿刺漏点，在短路周期后没有及时发现，则会迅速形成钻头泥包。

3预防钻头泥包的技术方案与措施

根据上述影响泥包形成的因素进行分析，并与易泥包区块的防泥包钻井的实际经验相结合，在预防钻头泥包的思路中，要采用从设计选型、优化钻井液性能、改善操作、调整钻井参数和完善技术配套措施等方面入手，制定一体化解决方案[5]。

3.1 钻头设计选型

在易泥包地层中，如果选择牙轮钻头，应选择具有自洗性的牙轮钻头。

随着科技的发展，尤其是PDC钻头切削齿的改进，其在地层中的应用范围越来越广泛，再加上其在定向钻进、复合钻进、垂直钻进等领域具有更广泛的应用前景，并且具有结构简单、钻速快、单只钻头进尺长、可减少起下钻等优点，因此， PDC钻头替代牙轮钻头的比例在逐年上升，PDC钻头呈现出全过程作业的趋势。与牙轮钻头相比， PDC钻头的缺点只有一个，那就是不具备机械自洁性，易产生泥包。

与传统的牙轮钻头相比，PDC钻头具有更大的优越性，可以有效弥补其机械自洁性的缺陷。通过改变喷嘴尺寸、增大喷嘴与钻头轴向的倾斜角，可以提高流体的侧向流速及冲击压力，减小井底流场的低速区及回流区，从而加快岩屑的排出。PDC钻头的排屑槽容量（依赖于深度和宽度尺寸）并不是越大越好，因为排屑槽容量过大，会导致带屑的回流速度过慢，在排屑槽的初始泥包形成之后，不会轻易地被低速的回流冲刷掉，周围的直槽比起螺旋槽更有利于防泥包。

选择PDC钻头为研究对象，采用过氮化膜等方法，在钻头表面涂上一层氮化膜，在其表面形成一层负电位层，并将其与带有负电荷的钻屑相排斥，实现防泥包。

3.2优化钻井液性能

（1）对钻井液进行抑制。在钻井液中，充分利用 KPAM等高分子包覆剂的作用，并与页岩抑制剂进行复合，使抑制剂总量大于0.6%，从而抑制页岩水化弥散，降低钻头产生泥包的几率。

（2）通过控制水分损失，改善滤饼品质。采用增加钻井液中的降滤失剂含量的方法，将中压失水控制在4mL左右，将高温高压失水控制在11mL以下，防止因失水过多而使泥岩地层吸水后产生过量的水化膨胀，从而导致地层吸水缩径，并产生虚厚滤饼。在高渗透的地层中，为了防止虚厚泥饼的形成，降低钻头发生泥包的几率，可以使用屏蔽暂堵技术，加入超细碳酸钙、单向压力暂堵剂等随钻堵漏材料来降低滤饼的渗透性，进而提升滤饼的质量。

（3）改善泥浆润滑性能。实际钻进实践证明，在使用油基钻井液时，不会出现泥包现象。通过混合油类，增加清洁剂及液态润滑剂的剂量，可以避免钻屑与钻头发生黏连，尤其是使用快钻药剂，可以实现岩屑表面的润湿性从亲水性变为亲油性，可以有效地防止钻头产生泥包。

3.3改善操作

改进司钻的操作习惯和程序，实行精细化操作管理，也有助于预防钻头泥包。

（1）控制好上升和下降的速率，在半路上适时停车。露眼段开始下钻时，速度不宜太快，以免钻头不停地刮擦井壁上的滤渣和附着在上面的钻屑，使钻屑在钻头上积累。随着钻速的提高，砂岩的破碎效果也会随之增强，因此，采用合理的起下速率和适时的半循环方式，可以有效地去除砂岩在钻头表面积累的砂岩。

（2）遇阻遇卡，及时循环是关键。起下钻遇卡、遇阻时.应及时接方钻杆循环,最忌强行上提和下压，应采取“一冲、二通三划眼”的方法通过。

（3）泥浆泵的启动、停止，顺序要合理。下钻就位后，必须首先启动泥浆泵，在循环正常、高排量的情况下，将井底及钻头完全冲洗干净后才能起动转盘或顶驱。接单根或者接立柱时，应先停转盘或者顶驱，后停泥浆泵。这些措施都可以减少钻进泥包。

（4）加压操作要精细，确保送钻均匀，钻压不能忽大忽小。

3.4调整钻井参数和完善技术措施

（1）下钻前，在 PDC钻头孔内涂上黄油，在孔内形成一种保护薄膜，可以有效降低钻井液中的杂质颗粒及杂质颗粒在孔内的附着。

（2）下钻到底之后，首先要用高排量对井底和钻头进行彻底清洗。对PDC钻头，在20～30kN的低钻压进行成型钻进0.5m后，再逐步增加到正常钻压。

（3）钻头要缓慢地与井底接触，保证钻头的清洁，返回速度最好大于0.9米/秒在泥浆地层中，PDC钻头的应用要尽可能地降低钻压，提高钻速，并尽可能地提高钻速。

（4）在钻进时，应在48小时内，或者在150～200米内，进行短程起、下钻，对于钻速较快的井段，应尽量缩短短起、下钻的间隔。

（5）在起钻之前，应调节钻井液的特性，添加液态润滑油。首先进行短起、下钻，刮削、挤压井壁的滤饼，使其变薄、变实，尽可能地保持井眼的畅通，消除堵塞钻井液循环完成、井身清洁后才能开始钻进。

（6）若在PDC钻头下钻过程中，仍不能防止泥沙的产生，则可使用牙轮钻头进行先导通井。

（7）在录井过程中，应加强工程观测，尤其要严密观测立压、转矩、钻时等随地层变化的相关性。

4发生泥包后的处置措施

泥包并不是一成不变的，只要作出及时判断，采取正确的处理方法，就能缓解甚至消除泥包的危害。在对起下钻、钻进作业过程中的相关征兆和参数变化现象进行综合分析，判断发生泥包之后，应该立刻停止相应的作业，并以工况为依据，选择以下几种相应的处置措施。

4.1激动冲洗法

在钻头与井底保持一定距离，并且钻头位置附近井段井眼顺畅，无阻卡点的情况下，首先使用正常大排量循环水力冲洗，在5～6m的范围内快速移动钻柱数次（也就是采用快速下降钻柱并突然猛刹车的方式，以确保激动压力不会压漏下部地层才能进行），随后启动高转速，增加离心力，以便于将泥块甩出，再起钻柱，重复以上步骤。

4.2牙轮钻头通井法

如果在下PDC钻头的时候出现泥包，而且比较严重，又遇到很多阻力，就需要进行长段划眼。在使用激动冲洗法效果并不显著的时候，就可以暂时起钻，先用牙轮钻头进行通井，然后再下PDC钻头[6]。

4.3压洗法

当钻柱没有与井下动力相连时，可以将钻头从井底提起。在不打开转台的情况下，打开大位移循环，缓慢地将钻头放下，以150kN的钻压，进行大位移循环，持续3分钟然后将钻头从井底提起，高速旋转钻具3分钟，随后停止转台。如此反复数次，可以将压力冲洗和脉冲冲洗两种方法交替使用。

4.4浸泡法

如果泥包比较严重，激动冲洗法、压洗法都没有起到作用，或者钻头的位置不适合使用压洗法，那么就可以考虑使用浸泡法。在钻杆中注入一定量的高效清洗剂和柴油的混合液，确定好流量，卡准时间，将混合液泵到钻头附近，浸泡30分钟后，再使用激动冲洗法、压洗法进行处置[7]。

 

参考文献

[1] 夏育新,戴立斌,龙利平,等.PDC钻头泥包的识别及其录井参数特征[J].录井工程,2009:2024.

[2]林卫东,陈亮.塔河油田PDC钻头泥包原因分析与对策[J].科技创新导报,2010:1215.

[3]刘俊海,高飞,宁维友.关井憋压法处理粘附及缩径卡钻[J].石油钻探技术,2004:3032.

[4] 张勇.石油天然气钻井井控培训教材(现场关键操作人员)[J].石油工业出版社,2024.

[5] 安传奇,熊青山,甘新星,等.快速钻井液处理剂技术在车峰5井的应用[J].长江大学学报,2010.

[6] 张勇.石油天然气钻井井控培训教材(现场关键操作人员)[D].北京:石油工业出版社,2024.

[7] 张勇.石油天然气钻井井控培训教材(现场关键操作人员)[D].北京:石油工业出版社,2024.

作者简介杨张（1988—），男，河北行唐人，工程师，研究方向井下钻头的施工风险研究。

Analysis and Countermeasures of PDC Bit Mud Packing and Sticking

YANG Zhang

(Binhai Drilling Second Drilling Engineering Company 70162 Drilling Team, Langfang  Hebei  065000)

Abstract:By analyzing the corresponding characteristics after mud packing, various factors leading to mud packing of the drill bit, and the causes of sticking after packing of the drill bit, it is proposed that to prevent mud sticking of the drill bit, it is necessary to establish an overall solution strategy from preventing mud packing the drill bit, identifying and monitoring mud packing of the drill bit, to timely dealing with mud packing of the drill bit, and excluding complex mud packing of the bit. At the same time, it is clarified that the existence of suction shrinkage is the main cause of "shrinkage sticking" after mud packing of drill bit. In this regard, the feasibility of using pressure soaking method to relieve mud sticking of the drill bit is proposed.

Key words:PDC bit;bit balling;balling prevention;balling sticking