1 喷嘴脱落
1.1 喷嘴脱落后, 司钻台上的表观现象及机理分析:
1.1.1 泵压下降。
在常规钻具组合前提下, 喷嘴的直径与泵压呈一一定定程程度度上上的的反反比比关关系系。。在在钻钻进进过过程程中中, , 突突然然出出现现泵泵压压小小幅下降, 喷嘴脱落的可能性较大。如果是使用螺杆复合钻具组合, 问题出现在螺杆上的机率较高。
1.1.2 机械钻速降低。
目前公认牙轮钻头破岩机理分为水力冲击破岩和牙轮剪切破岩, 而水力冲击破岩效率主要与从喷嘴出来的钻井液射流速度有很大关系, 在相同排量下喷嘴直径越大, 射流速度越小;射流速度越小, 水力冲击破岩效率越低。在钻进过程中, 钻井参数及岩性无变化情况下, 机械钻速低, 可能的原因一是钻头使用到期, 原因二是喷嘴脱落。
1.2 喷嘴脱落的原因分析及预防处理措施
1.2.1 喷嘴脱落的原因分析
(1) 安装过程中可能存在的因素:喷嘴与喷嘴座内孔之间径向间隙大、卡簧未装好或有缺陷、O形密封圈安装时发生扭转或剪切
(2) 使用过程中可能存在的因素:钻头流道冲蚀严重可能引起喷嘴脱落或损坏。造成钻头流道冲蚀的原因有以下三点:1、泥浆中有害固相含量高、排量大, 流道入口易冲蚀;2、使用入口端已冲蚀或缺损的硬质合金喷嘴, 喷嘴座台肩容易被冲蚀或刺穿;3、喷嘴与喷嘴座台肩间的间隙过大, 造成喷嘴座冲蚀、刺穿。
1.2.2 预防处理措施
(1) 钻头入井前确定喷嘴座和喷嘴之间内孔之间径向间隙合适。
(2) 检查喷嘴卡簧大小、弹性及钢性, 不同规格的卡簧不能混用;弹性要合适, 否则在上卡簧时就有可能发生断裂。卡簧的钢性一定要好, 铁质卡簧除弹性不强外, 还不耐高压, 容易断裂导致喷嘴掉落。上完卡簧后, 卡簧要在槽内能灵活转动。
(3) 密封圈大小及胶皮是否完好。不同规格的密封圈不能混用。要确保密封圈槽内干净无杂物。安装密封圈时一定要按照其自身的韧性, 不能打扭, 保证密封效果。
(4) 充分利用除砂器, 降低钻井液中的含砂量;利用离心机, 降低钻井液中的微米级的小颗粒, 降低整体固相含量。
(6) 使用优质喷嘴。
2 牙轮早期损坏 (牙齿折断、崩裂)
2.1 牙轮早期损坏后, 司钻台上的表观现象及机理分析:
2.1.1 机械钻速突然降低。牙轮早期损坏后, 剪切破岩效率降低, 导致总体机速降低。
2.1.2扭矩增大或减小, 如果有扭矩记录仪, 记录曲线出现大幅锯齿状跳跃形态。牙齿接触地层时的状态, 对扭矩产生较大影响。
2.1.3 跳钻现象加剧。明显的现象就是泥岩也可能出现跳钻现象。如果下部接有减震器, 可能表现不太明显。
2.2 牙轮早期损坏 (牙齿折断、崩裂) 原因分析及预防处理措施
2.2.1 原因分析
(1) 钻头选型不当, 钻头硬度级别不够;
(2) 软硬地层交替变化快, 司钻经验不足, 钻井参数调整不及时;
(3) 长时间划眼或磨合不到位;
(4) 入井口时发生磕碰, 包括与井口、井壁、井底, 对于多层套管井, 与井壁磕碰现象多;对于钻井取心后继续钻进, 主要为到底时下钻过快, 钻头直接进入小井眼易造成早期损坏。
(5) 井底有落物。
(6) 钻头质量问题, 如轴承失效、油封漏油等。
2.2.2 预防处理措施
(1) 在钻头选型上应该遵循:浅部软硬度地层, 选用长楔形齿如 (437) 的钻头;中深部软中硬度地层, 一选用短楔形齿 (如517) 的钻头;对于深部中硬硬度地层, 选用球形齿 (如537) 。研磨性强的地层, 选用带保径功能的钻头。
(2) 钻头的使用应根据地层岩性、下部钻具组合灵活选用工程参数。对常规钻具而言:针对中软地层, 钻压上限值可参照下入钻铤数量。针对硬度较高的地层如砾岩或软硬交错地层, 易引起井下憋跳时, 要适当减小钻压和降低转速, 一来是可保证钻头安全延长钻头使用寿命, 二来可以防止因憋跳引起断钻铤事故, 重者因憋跳严重出现井架落物伤人事故。在施工过程中, 现有确定水力参数的方法主要为试钻法。
(3) 加强钻台井口管理, 减少人为因素引起井下复杂的机率。起钻完毕等指令或检修, 圆井口一定要用铁板盖住。
(4) 加强钻头使用寿命的科学判断手段, 方法一是建立区域钻头使用经济指标 (一般在成熟的开发区块参考价值大) , 方法二是借鉴邻井钻头使用效果;方法三是加强钻头使用时司钻对钻头情况判断的经验。
(5) 强化规范作业, 杜绝违章操作。
(6) 强化入井钻头的质量管理。一是优选对选信誉过硬的钻头厂家, 在国内首屈一指的是江钻钻头、鼎新还有就是川石, 二是对入井钻头进行目测检查。
摘要：在“提速增效”的大环境下, PDC钻头成为快速钻进的首选。但对于不同井别、不同地质任务、不同胶结物或成份的砂砾岩、变质岩地层等各种原因, 造成不能使用PDC钻头, 牙轮钻头便成了解决针对以上问题的有效手段。牙轮钻头理论上是适用于各种硬度、不同岩性的广谱钻头, 而且国产牙轮钻头单只价格相对PDC或金刚石钻头而言, 更显低廉。但牙轮钻头在使用过程中, 会因为对钻头磨损情况监控手段少、地层交替变化快、钻头质量及人为因素等原因, 大幅增加井下复杂风险发生的机率。本文首先对钻头出现的失效现象归纳总结, 分析钻头失效机理分析, 最后提出相应的预防措施, 希望在对钻头的安装、使用分析上有所帮助。
关键词：钻头失效分类,钻头失效分析,预防措施
参考文献
[1] 李维明:张嗣伟.牙轮钻头失效的故障及分析[J].石油矿场机械, 1993.03.
[2] 李定邦.三牙轮钻头失效原因[J].西部探矿工程, 1996.03.