钻井培训教材第一讲：钻头主要内容：牙轮钻头的破岩机理，牙轮钻头破岩时的几种作用，使牙轮钻头产生滑 动的几种措施，牙轮钻头的使用方法，PDC钻头的组成及其破岩机理，PDC钻头的使用 方法，牙轮钻头的磨损分级。第一节 牙轮钻头的破岩机理牙轮钻头是依靠牙轮绕钻头轴线的公转和牙轮自身轴线的自转产生的冲击压碎作 用和滑动剪切作用来破碎岩石的。.牙齿的冲击压碎作用。牙轮在井底滚动时，牙齿与井底的接触是单、双齿交替进行，使钻头沿轴向做上下往复运动，这就是钻头的振动，钻头纵向振动产生的冲击压 碎作用是牙轮钻头破碎岩石的主要方式，牙轮钻头的牙齿作用在岩石上的轴向载荷，包 括静压和冲击载荷两部分：加给钻头的钻压为静压部分，冲击载荷是钻头在井底旋转时 产生纵向振动，使钻头钻柱系统不断地压缩与伸张，下部钻柱把这种周期性的弹性 变形能传递给牙齿而产生的，这就是钻头破碎岩石时牙齿冲击压力的来源。加大钻头牙 齿对地层的冲击压力，这就能提高钻头破碎岩石的效率。. 牙齿的滑动剪切作用：在塑性较高的岩石中，除了要求牙齿对井底岩石有冲击压碎作用外，还要求牙齿对地层有一定的滑动作用，使牙齿对岩石进行剪切，以扩大岩 石的破碎效果，这一点在软地层中钻进时显得尤其重要，使牙轮在井底滚动时产生滑移 的措施有超顶，复椎和移轴。第二节 牙轮钻头、磨损分级为了便于对钻头的管理、掌握地层与钻头的配伍性，就要求现场技术员作好钻头的 磨损分级记录，以便造成最适应该地层的钻头，包括牙齿、轴承、钻头直径三种分级， 一般应用四级。1、牙齿的磨损分级牙齿的磨损分级以三个牙轮中磨损最严重的一个牙轮作为评定该钻头的最终级别。 铣齿：磨损分级、以铣齿磨去的高度与新齿高度之比作为定级标准。表 1 铣点磨损分级级别代号Y1Y2Y3Y4磨损点高度/新齿高度0.250.50.75齿全部磨光 镶齿的磨损分级：用牙轮上断，掉齿数与该牙轮镶齿总数之比值来作为评定该 钻头的磨损分级标准。表2镶齿磨损分级级别代号Y1Y2Y3Y4旧牙轮断、掉齿数/ 新牙轮总齿数0.250.50.75全断、掉2、轴承的磨损分级：轴承的磨损分级也是在三个牙轮中晃动最为严重的一个牙轮进行评定，它分为普遍轴承和密封轴承两种。表 3 普遍轴承磨损分级级别代号轴承磨损情况Z1牙轮转动灵活，轴承不晃动Z2牙轮转动灵活，轴承也晃动，径向l-2mm,轴向VlmmZ3牙轮明显晃动，径向晃动3mm，轴向晃动2mmZ4滚珠、滚柱掉或破裂、牙轮卡死、轴承完全不能用表 4 密封轴承磨损分级级别代号轴承磨损程度Z1密封完好，牙轮用手不易转动Z2密封尚好，牙轮用手易转动Z3密封失效，牙轮径向晃动2-3mm,轴向晃动2-3mmZ4轴承严重磨损，牙轮掉落或很快将掉落3、钻头直径磨损及其他部位鉴定。钻头直径磨损用代号“J”表示，在它的右下角 为数字表示直径磨损的毫米数，如J2表示直径磨损小于2mm。表 4 牙轮钻头的磨损分级记录牙轮磨损Y1井断齿断齿断齿掉齿掉齿掉齿轴承磨损Z其他部分损坏以文字的形式说明第三节 三牙轮钻头的操作要点1、操作要点(1).钻头到井后要检查产品合格证，生产日期，厂家，钻头卡片编号是否与钻头本 体钢印号一致。. 钻头入井前要严格检查外观，测量钻头外径。连接螺纹应符合 API 标准，无损 伤，牙齿和密封件好，牙轮不互碰、焊缝无裂纹、气孔、喷嘴尺寸选择合适，安装正确 检查结果要作好记录，发现有问题的钻头不能下井使用。. 安装喷嘴时应保证喷嘴和壳体清洁，严禁用锤子敲打，以免损坏喷嘴和密封圈。. 钻头上扣时要使用适合的装卸器，以免损坏喷嘴和钻头体。. 下钻前应校正指重表，下钻操作应平稳，特别在使用镶齿钻头时，应适当控制 下钻速度。在硬地层井段，井斜大和井径不规则井段要特别小心，以免钻头碰击井壁， 引起镶齿折断和掌尖损坏。导致密封早期失效。. 钻头下钻接近井底，或接单根后下放钻具时，速度不应过快，更不允许突然刹 车，以免井下钻具由于惯性作用冲击井底，损坏合金齿或牙轮。. 新钻头下钻到距井底 3米处(可视井底沉砂多少而定)，要充分循环钻井液，距 井底 1米左右时旋转下放到井底。钻头刚接触到井底时要轻压慢转一段时间因为旧钻头 形成的井底与新钻头底面形状往往不相吻合，新钻头的少数牙齿首先接触井底，形成早 期应力集中，很大的冲击载荷使牙齿折断，折断的牙齿在井下又会损坏其它牙齿，导致 钻头早期损坏，另外钻头在修整井底的同时，轴承也进行了跑合，使密封良好。轻压慢 转中跑合时间主要由该井使用的上一只钻头磨损情况定，一般不少于 30分钟。. 任何情况下都不允许加压启动转盘。. 钻头转数应控制在推荐范围内，以免因相对线速度过大，磨擦副出现高温咬合 或“0”型圈先期损坏。.钻进中，加压必须均匀，不允许间断加压，更应严防溜钻。(11) .加压钻进中，钻具需要停止转动时，应待指重表恢复原悬重后，才能摘出转盘 离合器，以防止钻具扭转数圈后突然停转而恢复原长度，形成相当大的附加钻压而损伤 钻头。(12) .为避免在硬地层钻进时产生过大的冲击和震动，导致钻头镶齿破碎，应安装减 震器。同时，为避免钻进时因钻柱摆动，而使钻压加在一个或两个牙轮上，牙轮齿受力 过大易折断，应在钻柱上使用稳定器。2、三牙轮钻头使用注意事项. 镶齿钻头必须在井底干净，井下无落物时方能下井使用。井下有硬物撞碰，合 金齿很易折断，而断掉的合金齿又会损坏其他牙齿和牙轮基体，使钻头早期损坏。. 井眼缩小或井下复杂，需要长井段划眼时，不能使用镶齿钻头，因为扩眼使牙 轮的外排齿受到井壁的较大反力，造成牙轮背锥及牙掌尖磨损，使钻头缩径、密封圈早 期失效，轴承提前损坏甚至发生牙轮破裂落井事故。. 当地面设备有损坏，功率不足，管线刺漏，指重表不灵以及钻井液性能不符合 要求或净化装置达不到预期效果时，都不应下入镶齿钻头，以免井下事故造成经济损失。. 禁止在钻头上加热(如焊接、煮沸、火烤)等，以免因高温损害密封圈，导致 密封早期失效或喷嘴落井。. 钻井液性能必须满足高压喷射钻井的要求。尤其严格控制钻井液的含砂量，以 免通过喷嘴的高速钻井液中的硬颗粒刺坏钻头体。. 新钻头不能用油浸泡或强行活动牙轮。讨论：如何使用牙轮钻头？第四节 PDC 钻头(金刚石钻头)1、PDC 与金刚石钻头的区别；2、金刚石钻头的结构；3、PDC 钻头的结构与特征； .结构：PDC钻头由钻头体与切削齿组成。 特点:a. 无活动零件；b. 具有高效切削作用；C.钻头寿命较长；d. 与其他类型钻头相比，有较高的机械钻速；e. 抗冲击性能差；f. 最适合于井下动力钻井。 .PDC钻头的破岩机理PDC 钻头的破岩机理对软地层主要是犁，对硬地层靠剪切，就象车刀切削金属一样， 由于岩石本身抗剪强度小得多，对于同样的岩石用剪切方式破碎比用压碾方式破碎需要 的能量小（剪切是压碾的1/），所以使用PDC钻头钻进，只需要较轻的钻压就可以获得8较高的机械钻速。第五节 PDC 钻头的操作规程1、下井前准备:a. 井下情况正常，起下钻畅通无阻；b. 井底干净，无金属落物；C. 钻井液符合钻井设计要求，净化设备运转正常；d. 用好钻杆滤清器，其最大孔径应小于钻头最小喷嘴直径。2、下钻:a. 钻头螺纹要涂好标准的润滑脂，上部钻头要用钻头装卸器；b. 钻头入井要扶正、慢放。至防喷器时更要找中，防止碰坏 PDC 切削点。通过阻 流流量时，尤其减慢下放速度，注意防喷。c. 下钻遇阻划眼时，划眼钻压应控制在20KN以下（钻头直径小于216mm时，要低 于10KN）转速低于50rpm，严禁大段划眼和不循环钻井液划眼。下钻接近井底时应提前开泵。钻头距井底 0.5m 以上，应缓慢上下活动和转动钻具，充 分循环钻井液。待井底清洁后，校正指重表，待泵压正常后方可井底造型。3、井底造型 确认钻头接触井底后，采用 50rpm 左右的转速和 5-20KN 的钻压参数磨合井底，进尺 0.5-1.0 米。4、钻井：a. 钻速试验，井底造型后，可在推荐钻井参数范围内，选用不同的钻压转速进行 钻速试验，直到找到一个最优钻速为止。正常钻进时若遇地层变化，可再做钻速试验。b. 钻速试验完毕，即可按最优参数正常钻进。钻进中要确保排量满足要求，送钻 要均匀。在钻遇泥岩井段时，钻速会明显下降，这时，司钻要耐心，并可适当提高钻压， 降低转速，但钻压也不宜过大，一般提高10-30KN为宜。若钻遇硬夹层发生轻微蹩钻现 象时，可适当降低钻压，同时降低钻速，等钻穿后再采用正常参数钻进。c. 每钻进300-400米要进行一次短起下钻，以防止起钻拔活塞。d. 钻头使用到后期， PDC 切削齿的磨损平面加大，降低了 PDC 切削齿切入地层的深 度，因此可适当提高钻压以维持较高的机械钻速。5、起钻：遇到以下情况之一应考虑起钻：a. 地层岩性变化不大，而机械钻速和转盘扭距明显降低；b. 有连续蹩跳现象且没有进尺；c. 立管压力明显上升或降低。注意事项：a. 钻头搬动时要小心轻放，防止PDC切削齿损伤；b. 钻头不允许采用堵喷嘴的办法钻进，以防止降低对PDC切削齿的冷却效果；c. 本钻头不适合钻砾石层；d. 避免带钻压启动转盘；e. 正常钻进时，钻井液排量必须保持在推荐范围内，以确保岩屑能及时排出，以 及 PDC 切削齿充分冷却；f. 当钻遇大段疏松砂岩地层时，要适当降低机械钻速，以巩固裸眼井壁，防止下套管遇阻。g. 在定向井中，严禁使用本钻头在井口进行动力钻具试运转，以防止损坏 PDC 切 削齿。讨论： .PDC钻头与三牙轮钻头的使用区别。 . 起钻将三牙轮钻头换 PDC 钻头，下钻钻进，作业指令的书写（技术员必会）。第二讲 钻井工艺第一节 一开前的准备工作 设备安装就绪后，要进行第一次开钻，目的是为了下入表层套管而进行的钻井施工。 讨论：一开目的意义！1、一开前的准备工作 . 下井钻具及套管要清洗丝扣、检查、丈量编号，并记录清楚（包括各种入井工 具长度、内外径、扣型等）； . 挖出固井和循环沟，冲（钻）大，小鼠洞，下好鼠洞管； . 按设计要求配好钻井液； . 安装好向井内灌钻井液的管线； . 接好一开钻头，提出转盘大方瓦，下入钻具，放回转盘大方瓦； . 对试运转的设备再进行一次全面检查整改； . 设备试运转，达到开钻要求； . 振动筛、罐区或泥浆坑位置不得影响节流管汇的安装。2、一次开钻的技术要求钻头进入圆井后开泵，钻具结构、钻井参数、水力参数应满足工程设计要求；严格控制参数保证领眼打直，确保下步井身质量，采用高转速、低钻压钻进，前 30米要求单泵，低转速，轻钻压10-20KN吊打，前30米严禁划眼和较长时间洗井，以 确保井眼开正和防止导管鞋处串槽；一开要求泥浆采用高坂含和高粘切，有利于岩屑携带和防漏；必须使用好振动筛，除砂器和离心机，控制固相含量和含砂量，以确保井壁稳定 和下套管作业的顺利；套管设计下深与实际下深误差小于5米；表层套管联接不得错扣，双钳紧扣，余扣不超过1扣；表层套管必须在井口找正固定好后再固井；固井时，水泥浆必须返至地面，若未能返出，一定要打水泥帽子；固井替入量要计算准确