一种PDC取心钻头防止泥包的方法与流程

一种pdc取心钻头防止泥包的方法
技术领域
1.本发明属于钻探工艺技术领域，具体公开了一种pdc取心钻头防止泥包的方法。

背景技术：

2.聚晶金刚石复合片(polycrystallinediamondcompact—pdc)钻头(简称pdc钻头)是目前应用最多的一种钻头，尤其适合在软-中硬岩层中钻进，安全性高，具有钻速快、效率高、寿命长等优势，在油气勘探、固体矿产勘查领域发挥着重要作用。
3.石油、天然气、钾石盐等矿产勘探钻遇到的地层中，泥质岩占60％～80％。泥岩中粘土矿物吸水后容易膨胀水化，导致钻头泥包，诱发井壁失稳等问题。使用水基钻井液钻进时，pdc钻头泥包主要在钻进过程中发生，其次在下钻过程中，钻头表面及切削齿之间被泥质岩屑所包裹，往往泥质岩屑已水化，呈软塑状态。pdc钻头发生泥包后，pdc钻头聚晶金刚石复合片因泥包而无法有效切削岩层，导致钻速变慢，甚至无进尺，还可诱发井下抽吸或压力激动等，造成井壁垮塌、井漏、溢流、井涌等不安全隐患，增加钻井风险。更往往只能起钻手动清除，导致起下钻次数增多，大大降低了钻井效率，同时增加了人工、钻井材料成本。近几年pdc钻头已广泛应用到煤田、石盐、地热等矿产勘查中，钻头泥包现象较为常见，严重制约了pdc钻头在泥质岩类地层中勘探领域中的广泛应用，解决pdc钻头泥包问题对提高钻效、降低钻井成本具有重要的意义。
4.导致pdc钻头泥包的因素可分为外因和内因，外因主要包括岩石地层因素和钻井液因素，内因主要为钻头结构设计因素和钻头等，涉及到多学科、多方位的技术问题。前人从改善钻井液性能角度，通过加入抑制泥岩水化处理剂，已取得了一定效果，在井内地质条件简单、岩层稳定情况下效果较为明显。但井下情况往往比较复杂，部分脆硬性泥岩井段构造发育往往伴随钻井液漏失、涌水等事故，钻井液性能难以维持稳定，导致防泥包效果大打折扣。改良钻头设计、氮化处理或特殊涂层，需要专业实验室或工厂专门定制，往往周期长、成本高，与野外钻探施工的快节奏不相匹配。
5.pdc取心钻头为多翼钻头，钻头体材料主要有铸造碳化钨和合金钢，通常含有大量的铁、钨、镍、铜等元素，具有较强的正电势，而水基钻井液中泥岩岩屑呈电负性，因此泥岩岩屑极易粘附在钻头表面，导致泥包。与合金钢相比，铸造碳化钨材料表面泥质岩屑的粘附力值更大，为前者的1.5倍左右。

技术实现要素：

6.针对上述情况，本发明公开了一种pdc取心钻头防止泥包的方法，利用市场上常见的工业产品进行处理钻头，改善pdc取心钻头表面材质性能，形成润滑层，达到防止钻头泥包的目的。
7.本发明的技术方案如下：
8.一种pdc取心钻头防止泥包的方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.1)查明钻头体材质及电性特征：了解pdc取心钻头体材料成分和电性特征，若钻头
具有正电势，而水基钻井液中泥岩岩屑呈电负性，则进入步骤2)；
10.2)清洁、打磨钻头：打磨或喷砂处理pdc取心钻头表面包裹聚晶金刚石复合片的堆焊材料，并清除钻头体表面异物；
11.3)干燥钻头：将pdc取心钻头放入烤箱进行干燥；
12.4)喷涂特氟龙：取出pdc取心钻头，均匀喷涂改性聚四氟乙烯；
13.5)预热烤箱：对烤箱进行预热；
14.6)烘烤固化涂层：将pdc取心钻头放入烤箱烘烤固化涂层；
15.7)检查涂层厚度：若涂层厚度不足，则重复步骤4)-步骤6)
16.8)钻头下井：冷却后钻头入井钻进取心。
17.进一步，上述一种pdc取心钻头防止泥包的方法，所述步骤1)中的钻头为科锐特六刀翼取心钻头，型号ktmqx6-4。
18.进一步的，上述一种pdc取心钻头防止泥包的方法，所述步骤1)中的钻头的钻头体堆焊材料主要为铸造碳化钨。
19.进一步的，上述一种pdc取心钻头防止泥包的方法，所述步骤2)中的打磨工具为金刚石砂轮。
20.进一步的，上述一种pdc取心钻头防止泥包的方法，所述步骤2)中的异物为水、油、泥中的一种或者多种。
21.进一步的，上述一种pdc取心钻头防止泥包的方法，所述步骤3)的干燥参数为：时长8～10min，温度控制在50℃～60℃。
22.进一步的，上述一种pdc取心钻头防止泥包的方法，所述步骤4)中，所述改性聚四氟乙烯的品牌为美国科慕，型号:421g-114。
23.进一步的，上述一种pdc取心钻头防止泥包的方法，所述步骤5)中，预热参数为：烤箱温度控制在220℃，预热5min。
24.进一步的，上述一种pdc取心钻头防止泥包的方法，所述步骤6)中，烘烤参数为温度控制在210℃，时长30min。
25.进一步的，上述一种pdc取心钻头防止泥包的方法，由以下步骤组成：
26.1)查明钻头体材质及电性特征：了解pdc取心钻头体材料成分和电性特征，若钻头具有正电势，而水基钻井液中泥岩岩屑呈电负性，则进入步骤2)；
27.2)清洁、打磨钻头：利用金刚石砂轮打磨或喷砂处理钻头体包裹聚晶金刚石复合片的堆焊材料铸造碳化钨，清除钻头体表面水、油、泥等异物，使其表面洁净，提高表面光洁度；
28.3)干燥钻头：将pdc取心钻头放入烤箱干燥，时长8～10min，温度控制在50℃～60℃；
29.4)喷涂特氟龙：取出pdc取心钻头，均匀喷涂改性聚四氟乙烯(特氟龙)，选用品牌为美国科慕，型号:421g-114；
30.5)预热烤箱：烤箱温度控制在220℃，预热5min；
31.6)烘烤固化涂层：将pdc取心钻头放入烤箱烘烤固化涂层，温度控制在210℃，时长30min；
32.7)检查涂层厚度：取出pdc取心钻头，检查涂层厚度，若厚度小于0.5mm，则重复步
骤4)～6)；
33.8)钻头下井：冷却后钻头入井钻进取心。
34.本发明具有如下有益效果:
35.本发明基于泥岩层中钻进时导致pdc取心钻头泥包常见因素，从导致钻头泥包内因方面入手解决pdc取心钻头泥包问题，方法简便易行，有助于提高取心钻进效率，降低勘探开发成本。
36.pdc取心钻头表面具有较强的正电势，极易结合呈电负性的泥质岩屑，利用常见聚四氟乙烯涂层来改变钻头表面电性特征，有效阻止了泥质岩屑粘附，从而解决钻头泥包问题。改性聚四氟乙烯具有耐高温、耐腐蚀、耐磨性、非粘附性、润滑性等特性。常见沉积岩中井温一般低于200℃，改性聚四氟乙烯使用温度限制在260℃以下，可满足巨厚泥岩中钻井需求。
37.本发明处理过的pdc取心钻头可有效减少泥质岩屑在钻头表面的粘附，在野外施工现场可操作，新旧钻头均可处理，方法简便易行，具有成本低、效果快、环境友好、灵活性强的特点，具有广泛的应用前景。
附图说明
38.图1为本发明所述方法的流程图；
39.图2为采取防止泥包措施前钻头泥包照片；
40.图3为采取防泥包措施后的钻头出井照片。
具体实施方式
41.一种pdc取心钻头防止泥包的方法，由以下步骤组成：
42.1)查明钻头体材质及电性特征：了解pdc取心钻头体材料成分和电性特征，若钻头具有正电势，而水基钻井液中泥岩岩屑呈电负性，则进入步骤2)；
43.2)清洁、打磨钻头：利用金刚石砂轮打磨或喷砂处理钻头体包裹聚晶金刚石复合片的堆焊材料铸造碳化钨，清除钻头体表面水、油、泥等异物，使其表面洁净，提高表面光洁度；
44.3)干燥钻头：将pdc取心钻头放入烤箱干燥，时长8～10min，温度控制在50℃～60℃；
45.4)喷涂特氟龙：取出pdc取心钻头，均匀喷涂改性聚四氟乙烯(特氟龙)，选用品牌为美国科慕，型号:421g-114；
46.5)预热烤箱：烤箱温度控制在220℃，预热5min；
47.6)烘烤固化涂层：将pdc取心钻头放入烤箱烘烤固化涂层，温度控制在210℃，时长30min；
48.7)检查涂层厚度：取出pdc取心钻头，检查涂层厚度，若厚度小于0.5mm，则重复步骤4)～6)；
49.8)钻头下井：冷却后钻头入井钻进取心。
50.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术
人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
51.本发明实施例中使用的试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
52.实施例1
53.如图1所示的一种pdc取心钻头防止泥包的方法，由以下步骤组成：
54.1)查明钻头体材质及电性特征：了解pdc取心钻头体材料成分和电性特征，若钻头具有正电势，而水基钻井液中泥岩岩屑呈电负性，则进入步骤2)；
55.2)清洁、打磨钻头：利用金刚石砂轮打磨处理钻头体包裹聚晶金刚石复合片的堆焊材料铸造碳化钨，清除钻头体表面水、油、泥等异物，使其表面洁净，提高表面光洁度；
56.3)干燥钻头：将pdc取心钻头放入烤箱干燥，时长8min，温度控制在50℃；
57.4)喷涂特氟龙：取出pdc取心钻头，均匀喷涂改性聚四氟乙烯(特氟龙)，选用品牌为美国科慕，型号:421g-114；
58.5)预热烤箱：烤箱温度控制在220℃，预热5min；
59.6)烘烤固化涂层：将pdc取心钻头放入烤箱烘烤固化涂层，温度控制在210℃，时长30min；
60.7)检查涂层厚度：取出pdc取心钻头，检查涂层厚度，若厚度小于0.5mm，则重复步骤4)～6)；
61.8)钻头下井：冷却后钻头入井钻进取心。
62.实施例2
63.如图1所示的一种pdc取心钻头防止泥包的方法，由以下步骤组成：
64.1)查明钻头体材质及电性特征：了解pdc取心钻头体材料成分和电性特征，若钻头具有正电势，而水基钻井液中泥岩岩屑呈电负性，则进入步骤2)；
65.2)清洁、打磨钻头：利用金刚石砂轮打磨处理钻头体包裹聚晶金刚石复合片的堆焊材料铸造碳化钨，清除钻头体表面水、油、泥等异物，使其表面洁净，提高表面光洁度；
66.3)干燥钻头：将pdc取心钻头放入烤箱干燥，时长9min，温度控制在55℃；
67.4)喷涂特氟龙：取出pdc取心钻头，均匀喷涂改性聚四氟乙烯(特氟龙)，选用品牌为美国科慕，型号:421g-114；
68.5)预热烤箱：烤箱温度控制在220℃，预热5min；
69.6)烘烤固化涂层：将pdc取心钻头放入烤箱烘烤固化涂层，温度控制在210℃，时长30min；
70.7)检查涂层厚度：取出pdc取心钻头，检查涂层厚度，若厚度小于0.5mm，则重复步骤4)～6)；
71.8)钻头下井：冷却后钻头入井钻进取心。
72.实施例3
73.如图1所示的一种pdc取心钻头防止泥包的方法，由以下步骤组成：
74.1)查明钻头体材质及电性特征：了解pdc取心钻头体材料成分和电性特征，若钻头具有正电势，而水基钻井液中泥岩岩屑呈电负性，则进入步骤2)；
75.2)清洁、打磨钻头：利用金刚石砂轮打磨处理钻头体包裹聚晶金刚石复合片的堆焊材料铸造碳化钨，清除钻头体表面水、油、泥等异物，使其表面洁净，提高表面光洁度；
76.3)干燥钻头：将pdc取心钻头放入烤箱干燥，时长10min，温度控制在60℃；
77.4)喷涂特氟龙：取出pdc取心钻头，均匀喷涂改性聚四氟乙烯(特氟龙)，选用品牌为美国科慕，型号:421g-114；
78.5)预热烤箱：烤箱温度控制在220℃，预热5min；
79.6)烘烤固化涂层：将pdc取心钻头放入烤箱烘烤固化涂层，温度控制在210℃，时长30min；
80.7)检查涂层厚度：取出pdc取心钻头，检查涂层厚度，若厚度小于0.5mm，则重复步骤4)～6)；
81.8)钻头下井：冷却后钻头入井钻进取心。
82.测试例1
83.在云南某地实施大口径钻进取心过程中，泥质岩层总厚度达352m，采用了科锐特六刀翼取心钻头，型号ktmqx6-4，直径152.4mm。
84.采用防泥包措施前，在泥质岩中钻进单回次进尺1-6m，平均仅2.83m，钻时达70-120min/m，钻效低，每回次提钻取心均发现钻头泥包严重，见附图2，聚晶金刚石复合片切削齿无法有效切入地层，同时伴随堵心，泥包为导致提钻的主要原因。
85.采用本发明实施例2中的防泥包技术措施后，在泥质岩中钻进单回次进尺1-17m，平均8.21m，钻时20-60min/m，回次进尺为原来的2.9倍，大大减少了提钻次数，提高了钻进效率。每回次提钻后泥包情况明显改善，泥包程度显著降低,见附图3。该井段导致提钻的主要原因为堵心。
86.每次提钻取心后，检查钻头表面涂层，一旦发现涂层磨损，即更换经过防泥包技术措施处理后的钻头下井，采用2只钻头交替入井的方式取得了较好的取心效果。
87.以上所述实施例仅表达了本发明的有限几种优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种pdc取心钻头防止泥包的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)查明钻头体材质及电性特征：了解pdc取心钻头体材料成分和电性特征，若钻头具有正电势，而水基钻井液中泥岩岩屑呈电负性，则进入步骤2)；2)清洁、打磨钻头：打磨或喷砂处理pdc取心钻头表面包裹聚晶金刚石复合片的堆焊材料，并清除钻头体表面异物；3)干燥钻头：将pdc取心钻头放入烤箱进行干燥；4)喷涂特氟龙：取出pdc取心钻头，均匀喷涂改性聚四氟乙烯；5)预热烤箱：对烤箱进行预热；6)烘烤固化涂层：将pdc取心钻头放入烤箱烘烤固化涂层；7)检查涂层厚度：若涂层厚度不足，则重复步骤4)-步骤6)；8)钻头下井：冷却后钻头入井钻进取心。2.根据权利要求1所述的一种pdc取心钻头防止泥包的方法，其特征在于，所述步骤1)中的钻头为科锐特六刀翼取心钻头，型号ktmqx6-4。3.根据权利要求1所述的一种pdc取心钻头防止泥包的方法，其特征在于，所述步骤1)中的钻头的钻头体堆焊材料主要为铸造碳化钨。4.根据权利要求1所述的一种pdc取心钻头防止泥包的方法，其特征在于，所述步骤2)中的打磨工具为金刚石砂轮。5.根据权利要求1所述的一种pdc取心钻头防止泥包的方法，其特征在于，所述步骤2)中的异物为水、油、泥中的一种或者多种。6.根据权利要求1所述的一种pdc取心钻头防止泥包的方法，其特征在于，所述步骤3)的干燥参数为：时长8～10min，温度控制在50℃～60℃。7.根据权利要求1所述的一种pdc取心钻头防止泥包的方法，其特征在于，所述步骤4)中，所述改性聚四氟乙烯的品牌为美国科慕，型号:421g-114。8.根据权利要求1所述的一种pdc取心钻头防止泥包的方法，其特征在于，所述步骤5)中，预热参数为：烤箱温度控制在220℃，预热5min。9.根据权利要求1所述的一种pdc取心钻头防止泥包的方法，其特征在于，所述步骤6)中，烘烤参数为温度控制在210℃，时长30min。10.一种pdc取心钻头防止泥包的方法，其特征在于，由以下步骤组成：1)查明钻头体材质及电性特征：了解pdc取心钻头体材料成分和电性特征，若钻头具有正电势，而水基钻井液中泥岩岩屑呈电负性，则进入步骤2)；2)清洁、打磨钻头：利用金刚石砂轮打磨或喷砂处理钻头体包裹聚晶金刚石复合片的堆焊材料铸造碳化钨，清除钻头体表面水、油、泥等异物，使其表面洁净，提高表面光洁度；3)干燥钻头：将pdc取心钻头放入烤箱干燥，时长8～10min，温度控制在50℃～60℃；4)喷涂特氟龙：取出pdc取心钻头，均匀喷涂改性聚四氟乙烯(特氟龙)，选用品牌为美国科慕，型号:421g-114；5)预热烤箱：烤箱温度控制在220℃，预热5min；6)烘烤固化涂层：将pdc取心钻头放入烤箱烘烤固化涂层，温度控制在210℃，时长30min；7)检查涂层厚度：取出pdc取心钻头，检查涂层厚度，若厚度小于0.5mm，则重复步骤4)
～6)；8)钻头下井：冷却后钻头入井钻进取心。

技术总结

本发明属于钻探工艺技术领域，具体公开了一种PDC取心钻头防止泥包的方法，所述制备方法包括以下步骤：1)查明钻头体材质及电性特征、2)清洁、打磨钻头、3)干燥钻头、4)喷涂特氟龙、5)预热烤箱、6)烘烤固化涂层、7)检查涂层厚度、8)钻头下井；本发明基于泥岩层中钻进时导致PDC取心钻头泥包常见因素，从导致钻头泥包内因方面入手解决PDC取心钻头泥包问题，改善PDC取心钻头表面材质性能，形成润滑层，达到防止钻头泥包的目的，处理过的PDC取心钻头可有效减少泥质岩屑在钻头表面的粘附，在野外施工现场可操作，新旧钻头均可处理，方法简便易行，具有成本低、效果快、环境友好、灵活性强的特点，具有广泛的应用前景。具有广泛的应用前景。具有广泛的应用前景。