实习技术员的基本功09..doc

实习技术员的基本功(九) 序言： ???? 在上一集里，师傅和我一起分析了牙轮钻头在井底的工作状况。而在实际现场中，我们用了一种很平均方法去打钻，比如不管软硬地层都用一档高速(3开215.9井眼)。也许有读者会认为3000米左右的井都是软地层，就应该用一档高速搞。仁者见仁，智者见智。那么为什么明明可以用PDC搞完的井段，我们非要用牙轮？是啊，用牙轮起钻次数多不说，打的也慢。某井段非要用牙轮是和地质录井有关系，同时可能在本油田内部使用牙轮定向时方便摆工具面。PDC凭什么就比牙轮打的快？ ?正文： ???? 金刚石钻头在油井钻探中使用至今已有六十多年的历史。虽然金刚石钻头的价格较高，但由于金刚石钻头在井下工作时间长，起下钻次数少，在一定条件下使用时经济的。 一．金刚石钻头的结构特点及工作原理 ???? 基本的金刚石钻头物理结构就不介绍了。总之金刚石有强力优点外，同时存在脆性较大，遇到震动和冲击载荷会引起碎裂，热敏感性大的缺点。 ???? 金刚石钻头按金刚石的包镶方式可以分为表镶和孕镶两种。他们结构比较简单，主要由金刚石，胎体，水槽，钢体和接头等五部分组成。金刚石钻头的胎体，金刚石和钢体的镶焊工艺是通过特殊的粉末冶金制造方法来实现的。这种方法制造周期较短，钻头尺寸和结构的改变比牙轮钻头要容易得多，这是金刚石钻头的有利条件。 ??由于岩石性能的差异，金刚石钻头在不同岩石中的破碎过程也不同。在塑性大的软地层中(如泥岩，泥质砂岩，石膏….等)金刚石破碎岩石类似金属的切削过程。在这些地层中钻头结构和水力因素成为影响钻头性能的重要因素。在某些弹性塑性地层中(如致密的页岩，白云岩，石灰岩等)，金刚石的岩石处于很高的应力状态。在高应力状态下，金刚石下的岩石成为塑性状态，并向周围地层扩展，结果使岩石内部首先破裂，金刚石尖部向下移动，下面岩石被挤成粉末，移动的金刚石使岩石内部连续产生瞬时破裂，岩石在恢复其弹性的瞬时把内部破裂向表面传递。这样在金刚石不断移动过程中产生岩屑，其体积大体上接近金刚石吃入岩石的位移体积。但是这个概念不能用于所有的地层，在一些脆性较大的岩石中(如砂岩，石灰岩等)，在钻压和扭矩作用下所产生的应力可使岩石沿最大剪应力平面开裂，这种情况下岩石破碎的体积远大于金刚石吃入后位移的体积。这整个过程可以看作是”犁”的作用。据统计通常金刚石的瞬时切入深度约为金刚石出露高度的1/10到1/100。在脆性较大的地层中(如砂岩，某些灰岩……等)金刚石钻头破碎岩石的特点主要表现为脆性破碎，即属于以剪切和张力来破碎岩石。在这种情况下，金刚石钻头的破碎速度是很高的，岩屑尺寸是金刚石出露部分的2到4倍。在钻进过程中当金刚石已经移过后，岩石还有继续破碎现象，这可由内应力的重新分配来解释。在坚硬岩石中(如燧石，硅质白云岩，硅质石灰岩等)，由于金刚石本身强度的限制，较大粒度金刚石上的钻压不足以使岩石内部产生塑性变形。所以一般均采用细颗粒的金刚石作为孕镶式金刚石钻头来钻进，其特点主要靠金刚石的棱角来实现微切削，刻划等方式来破碎岩石。这时分离出来的岩屑基本上属于粒度很细的粉末状。这种情况下金刚石钻头的工作效率和寿命均很低，唯一较有效的办法是提高钻头的转速来增加钻进速度。这类地层目前用镶硬质合金齿牙轮钻头钻进效果较好，金刚石钻头仅在取芯钻进中使用。 ?? 金刚石钻头对岩石的破碎方式不仅与岩石性能有关，且与钻头结构，钻井参数，钻井方式和金刚石的几何形状有很大关系。 ???? 金刚石钻头工作面上的金刚石如得不到及时清洗，冷却和润滑，金刚石破碎的岩屑不能及时带走，会导致钻头工作面的堵塞和金刚石尖端产生局部高温而使金刚石烧损。 ??? 我们以单粒金刚石对岩石的破碎的过程来简单说下。在静止压入时，金刚石使岩石首先产生塑性变形，继续加压至某一数值时产生比金刚石大好几倍的圆形破碎坑，在金刚石下形成被压实的粉末核心。在运动条件下金刚石破碎岩石具有以下特点，即当压力小时只形成小沟；当压力增大时，小沟的深度远超过金刚石的断面尺寸，此时不仅在金刚石前面而且在其两侧的岩石均发生破碎，其中岩屑尺寸时金刚石凸出部分的2到4倍。脆性较大的岩石其破碎深度可达金刚石压入深度的2到5倍。 ??? 模拟井底条件下的单粒金刚石的切削过程所作的实验表明，由于井筒和地层孔隙流体的压差的作用使岩石强化了，岩石中的塑性和硬度增加了，破碎方式也相应由了变化。原在低压差下易破碎的岩石，在高压差下则塑性增大，难于破碎。在不同压差和同一钻压下，观察单粒金刚石切削页岩的破碎槽形状，发现当压力为零时，金刚石切削后形成粗糙和不规则的槽，槽的体积也大于金刚石位移所形成的理论体积，很明显在切削过程中存在着脆性破碎。当压差升高时，槽底形状近似于金刚石外形，但截面积略大。当压差再增加时，槽式光滑的，它的横截面仅等于金