三牙轮钻头井下工况的判断与处理

周向军（胜利石油工程有限公司井下作业公司 山东东营 257000）

一、前言

在旋转和井下动力钻井中，钻头是破碎岩石的主要工具。在石油钻修井中，到目前为止使用最多的、能适应各种地层的钻头是牙轮钻头。目前大部分牙轮钻头在使用中主要是根据使用时间来分析判断钻头在井下工作情况，钻进时稍有疏忽会发生掉大量镶齿、牙轮尖端和牙轮整体的事故，因此及时准确判断三牙轮钻头井下工况，仍然是我们研讨的话题。

二、三牙轮钻头先期损坏的起因

1 三牙轮钻头结构：如图所示。

牙爪、牙轮、水眼和储油密封系统。

2 三牙轮钻头破岩机理：

（1）牙齿的冲击压碎作用。

（2）牙齿的滑动剪切作用。

3 三牙轮钻头先期损坏的起因：

（1）钻井中所含的砂粒、岩屑和轴承元件碎屑等固体硬颗粒，当轴承承受冲击载荷时，硬颗粒直接嵌入轴承元件表面形成小圆穴或刻划成条痕导致塑性变形，在硬脆性的渗碳层逐步发生脆性剥落。促使牙轮轴承先期损坏。

（2）三牙轮钻头在纵向动载下，引起牙轮与密封圈、牙轮轴承疲劳破坏磨损，促使牙轮轴承先期损坏。

（3）三牙轮钻头超顶(复锥)引起的滑动下，引起牙轮与密封圈、牙轮轴承疲劳破坏磨损，促使牙轮轴承先期损坏。

（4）三牙轮钻头牙轮在上述的情况下，牙轮与牙轮轴承的位移增大，导致牙轮镶齿与牙轮互相碰撞，引起钻头断齿、掉3号牙轮尖和掉牙轮事故发生。

三、判断三牙轮钻头井下工况异常的要素

地面设备的运转.岩屑与钻压.扭矩.机械钻速.压力等地面仪表都能直接反映井下情况，应密切注视，特别是扭矩.泵压.机械钻速和岩屑。

扭矩变化取决于井底情况和转速变化。扭矩变化可能存在：扶正器划眼.钻头保径磨损.出现夹层.井底有落物.井身出现键槽或狗腿.钻压过大.转速变化.钻头或井底总成泥包.钻具刺漏或干钻等。

泵压不稳定存在：钻头泥包.环空内岩屑堆积.流量波动.钻到破碎地层或团块状地层.扶正器引起环空不暢。

机械钻速变化可能：地层变化.泥浆性能变化.钻压或转速变化.钻头磨损或泥包.清洗效果变化.钻具刺漏。

四、转盘钻进三牙轮钻头井下工况判断及处理

当发现钻头在井下工作异常：首先、停止钻进，对所钻的地质情况、钻遇岩性、硬度、抗压强度、钻井液性能进行分析。其次、对机械设备工况进行查询有无变化。50KN

第、三、在上述一、二正常情况下，采用轻压钻进（钻压30～其它参数不变）进行判断钻头在井下工作情况。

轴承损坏。转盘出现周期性蹩跳，钻压小蹩跳轻，钻压大则蹩跳重；钻速下降，泵压正常而指重表指针有摆动。

牙轮卡死。转盘负荷增大，转盘链条跳动，方钻杆有蹩劲，停转盘打倒车；钻速下降指重表指针摆动严重。

掉牙轮。转盘负荷增大，转盘链条严重跳动，停转盘打倒车；蹩钻严重；指重表指针来摆动；钻速明显下降或无进尺，上提钻具变换方向下探方入有变化，高差约为一牙轮高度。

牙齿磨光。转盘负荷减轻；方钻杆无蹩跳；钻速明显下降或无进尺；指重表指示平稳无摆动；泵压正常。

钻头泥包。转盘负荷增大有跳钻现象；钻速下降；上提钻具有不同程度的挂卡；泵压上升，严重时憋泵。

第四、区分钻具结构与钻头，引起转盘负荷（蹩钻）增大的工作。

具体操作方法：

上提钻具使钻头离开井底3～5M，缓慢启动转盘。观察转盘是否有蹩钻情况。

缓慢下放钻具，观察转盘是否有蹩钻情况。

如果是钻具结构引起蹩钻，应考虑进行短起下钻，处理钻井液的性能（密度、粘度、失水量、含砂量、塑性粘度和表观粘度）。

五、井下动力钻具钻进三牙轮钻头井下工况判断

1 三牙轮钻头、井下动力钻具工作异常判断与处理

（1）三牙轮钻头、井下动力钻具工作异常表现为四种情况：

泵压突然升高。

泵压逐渐升高。

泵压逐渐下降。

无机械进尺。

（2）三牙轮钻头、井下动力钻具工作异常处理：

三牙轮钻头、井下动力钻具工作异常立即上提钻具0.5m左右，核对循环压力、钻井液的性能、立管压力表和检查设备。

泵压突然升高

泵压突然升高，上提钻具0.5m左右，泵压恢复正常状态。逐步加钻压，压力表逐步升高，均正常。说明马达曾是失速，马达、传动轴卡死，钻头喷咀被堵。钻具提离井底，立管压力表读数仍很高，应起出钻具检查或更换。

泵压逐渐升高

压力表压力慢慢地增高 (不是随井深或井温正常，增加的正常压降)钻头水眼被堵钻具提离井底，再检查泵压，如果泵压仍然高于正常循环压力，可试着改变循环排量或上、下移动钻具，如无效，起出钻具检查、维修。

泵压逐渐下降

在钻井泵排量、钻井液罐内钻井液量和钻井液性能都正常情况下，压力表读数偏低，稍提钻具，启、停钻井泵两次仍无效，起钻检查钻具是否剌漏。

无机械进尺

在钻压、钻井泵排量、泵压、钻井液性能和地层岩性都正常情况下，上提钻具，核对循环压力、钻井液的性能、立管压力表和检查设备。应考虑起钻更换钻头或动力钻具。

结论与建议

1.判断三牙轮钻头井下工况，首先对照引起三牙轮钻头井下工况异

2.常的要素，准确判断出钻头的工况。同一型号钻头过去使用钻进时间仅仅作为参考，不能作为同一型号钻头质量保证书。因为每一个钻头工作环境不一样，出厂质量

3.也不可能一致。动力钻具与三牙轮钻头入井前、后基础数据要详细记录。旁通孔封闭排量、压力，钻进时，钻压、泵压、排量和钻井液性能。它是判

4.断三牙轮钻头、井下动力钻具的重要依据。动力钻具与三牙轮钻头复合钻进时，钻进3～5根钻杆单根，应校核一次泵压、排量和钻井液性能。动力钻具与三牙轮钻头滑动钻井，每一小时应校核一次泵压、排量和钻井液性能。及时发现动力钻具与三牙轮钻头工作异常迹象，保证下步钻井工作顺利进行。

[1]《钻井手册》钻井手册（甲方）编写组 编.北京：石油工业出版社1990.12.

[2]《钻井监督指南》塔里木石油勘探开发指挥部钻井监督办公室编.北京：石油工业出版社1999.7.