三牙輪鉆頭井下工況的判斷與處理

周向軍（勝利石油工程有限公司井下作業公司 山東東營 257000）

一、前言

在旋轉和井下動力鉆井中，鉆頭是破碎巖石的主要工具。在石油鉆修井中，到目前為止使用最多的、能適應各種地層的鉆頭是牙輪鉆頭。目前大部分牙輪鉆頭在使用中主要是根據使用時間來分析判斷鉆頭在井下工作情況，鉆進時稍有疏忽會發生掉大量鑲齒、牙輪尖端和牙輪整體的事故，因此及時準確判斷三牙輪鉆頭井下工況，仍然是我們研討的話題。

二、三牙輪鉆頭先期損壞的起因

1 三牙輪鉆頭結構：如圖所示。

牙爪、牙輪、水眼和儲油密封系統。

2 三牙輪鉆頭破巖機理：

（1）牙齒的沖擊壓碎作用。

（2）牙齒的滑動剪切作用。

3 三牙輪鉆頭先期損壞的起因：

（1）鉆井中所含的砂粒、巖屑和軸承元件碎屑等固體硬顆粒，當軸承承受沖擊載荷時，硬顆粒直接嵌入軸承元件表面形成小圓穴或刻劃成條痕導致塑性變形，在硬脆性的滲碳層逐步發生脆性剝落。促使牙輪軸承先期損壞。

（2）三牙輪鉆頭在縱向動載下，引起牙輪與密封圈、牙輪軸承疲勞破壞磨損，促使牙輪軸承先期損壞。

（3）三牙輪鉆頭超頂(復錐)引起的滑動下，引起牙輪與密封圈、牙輪軸承疲勞破壞磨損，促使牙輪軸承先期損壞。

（4）三牙輪鉆頭牙輪在上述的情況下，牙輪與牙輪軸承的位移增大，導致牙輪鑲齒與牙輪互相碰撞，引起鉆頭斷齒、掉3號牙輪尖和掉牙輪事故發生。

三、判斷三牙輪鉆頭井下工況異常的要素

地面設備的運轉.巖屑與鉆壓.扭矩.機械鉆速.壓力等地面儀表都能直接反映井下情況，應密切注視，特別是扭矩.泵壓.機械鉆速和巖屑。

扭矩變化取決于井底情況和轉速變化。扭矩變化可能存在：扶正器劃眼.鉆頭保徑磨損.出現夾層.井底有落物.井身出現鍵槽或狗腿.鉆壓過大.轉速變化.鉆頭或井底總成泥包.鉆具刺漏或干鉆等。

泵壓不穩定存在：鉆頭泥包.環空內巖屑堆積.流量波動.鉆到破碎地層或團塊狀地層.扶正器引起環空不暢。

機械鉆速變化可能：地層變化.泥漿性能變化.鉆壓或轉速變化.鉆頭磨損或泥包.清洗效果變化.鉆具刺漏。

四、轉盤鉆進三牙輪鉆頭井下工況判斷及處理

當發現鉆頭在井下工作異常：首先、停止鉆進，對所鉆的地質情況、鉆遇巖性、硬度、抗壓強度、鉆井液性能進行分析。其次、對機械設備工況進行查詢有無變化。50KN

第、三、在上述一、二正常情況下，采用輕壓鉆進（鉆壓30～其它參數不變）進行判斷鉆頭在井下工作情況。

軸承損壞。轉盤出現周期性蹩跳，鉆壓小蹩跳輕，鉆壓大則蹩跳重；鉆速下降，泵壓正常而指重表指針有擺動。

牙輪卡死。轉盤負荷增大，轉盤鏈條跳動，方鉆桿有蹩勁，停轉盤打倒車；鉆速下降指重表指針擺動嚴重。

掉牙輪。轉盤負荷增大，轉盤鏈條嚴重跳動，停轉盤打倒車；蹩鉆嚴重；指重表指針來擺動；鉆速明顯下降或無進尺，上提鉆具變換方向下探方入有變化，高差約為一牙輪高度。

牙齒磨光。轉盤負荷減輕；方鉆桿無蹩跳；鉆速明顯下降或無進尺；指重表指示平穩無擺動；泵壓正常。

鉆頭泥包。轉盤負荷增大有跳鉆現象；鉆速下降；上提鉆具有不同程度的掛卡；泵壓上升，嚴重時憋泵。

第四、區分鉆具結構與鉆頭，引起轉盤負荷（蹩鉆）增大的工作。

具體操作方法：

上提鉆具使鉆頭離開井底3～5M，緩慢啟動轉盤。觀察轉盤是否有蹩鉆情況。

緩慢下放鉆具，觀察轉盤是否有蹩鉆情況。

如果是鉆具結構引起蹩鉆，應考慮進行短起下鉆，處理鉆井液的性能（密度、粘度、失水量、含砂量、塑性粘度和表觀粘度）。

五、井下動力鉆具鉆進三牙輪鉆頭井下工況判斷

1 三牙輪鉆頭、井下動力鉆具工作異常判斷與處理

（1）三牙輪鉆頭、井下動力鉆具工作異常表現為四種情況：

泵壓突然升高。

泵壓逐漸升高。

泵壓逐漸下降。

無機械進尺。

（2）三牙輪鉆頭、井下動力鉆具工作異常處理：

三牙輪鉆頭、井下動力鉆具工作異常立即上提鉆具0.5m左右，核對循環壓力、鉆井液的性能、立管壓力表和檢查設備。

泵壓突然升高

泵壓突然升高，上提鉆具0.5m左右，泵壓恢復正常狀態。逐步加鉆壓，壓力表逐步升高，均正常。說明馬達曾是失速，馬達、傳動軸卡死，鉆頭噴咀被堵。鉆具提離井底，立管壓力表讀數仍很高，應起出鉆具檢查或更換。

泵壓逐漸升高

壓力表壓力慢慢地增高 (不是隨井深或井溫正常，增加的正常壓降)鉆頭水眼被堵鉆具提離井底，再檢查泵壓，如果泵壓仍然高于正常循環壓力，可試著改變循環排量或上、下移動鉆具，如無效，起出鉆具檢查、維修。

泵壓逐漸下降

在鉆井泵排量、鉆井液罐內鉆井液量和鉆井液性能都正常情況下，壓力表讀數偏低，稍提鉆具，啟、停鉆井泵兩次仍無效，起鉆檢查鉆具是否剌漏。

無機械進尺

在鉆壓、鉆井泵排量、泵壓、鉆井液性能和地層巖性都正常情況下，上提鉆具，核對循環壓力、鉆井液的性能、立管壓力表和檢查設備。應考慮起鉆更換鉆頭或動力鉆具。

結論與建議

1.判斷三牙輪鉆頭井下工況，首先對照引起三牙輪鉆頭井下工況異

2.常的要素，準確判斷出鉆頭的工況。同一型號鉆頭過去使用鉆進時間僅僅作為參考，不能作為同一型號鉆頭質量保證書。因為每一個鉆頭工作環境不一樣，出廠質量

3.也不可能一致。動力鉆具與三牙輪鉆頭入井前、后基礎數據要詳細記錄。旁通孔封閉排量、壓力，鉆進時，鉆壓、泵壓、排量和鉆井液性能。它是判

4.斷三牙輪鉆頭、井下動力鉆具的重要依據。動力鉆具與三牙輪鉆頭復合鉆進時，鉆進3～5根鉆桿單根，應校核一次泵壓、排量和鉆井液性能。動力鉆具與三牙輪鉆頭滑動鉆井，每一小時應校核一次泵壓、排量和鉆井液性能。及時發現動力鉆具與三牙輪鉆頭工作異常跡象，保證下步鉆井工作順利進行。

[1]《鉆井手冊》鉆井手冊（甲方）編寫組 編.北京：石油工業出版社1990.12.

[2]《鉆井監督指南》塔里木石油勘探開發指揮部鉆井監督辦公室編.北京：石油工業出版社1999.7.