在钻井工艺中钻头为什么会失效
1、地层岩性
地层的岩性和软硬不同，岩石破碎机理不同，造成钻头失效的形式也各异。我国各油田钻井中常见的地层岩性，其岩石物理机械性质均有测定。依据现场收集的地层岩性及每米岩性钻时笔录，进行地层岩石的硬度、塑性、脆性、研磨性和可钻性分析，对比钻头的失效形式，确认钻头选型及使用是否合理。
2、井段位置
在地壳中处于不同位置的岩石，其岩石的机械性质转变很大。埋躲较深的岩石，处于多向压缩应力状态，使岩石孔隙减小，强度增加。上部井段1般岩石胶结疏松、质软，钻头转速高、钻压低。下部井段1般岩石质硬、研磨性大，钻头转速低、钻压高、使用时间长。依据收集的井段位置及每米岩性钻时笔录，分析地层岩石的硬度、塑性、脆性、研磨性和可钻性特征，对比钻头的失效形式，确认钻头选型及使用是否合理。
3、井身结构
不同的井身结构，对钻头的尺寸、型号和使用等均有特殊要求。如造斜钻头1般要求带修边齿或保径结构，使用要求高转速、低钻压等。收集井身结构及钻头选型、使用参数等资料，依据钻头失效的形式，确认钻头选型及使用是否合理。
4、钻井参数
钻压和转速的确定，既决定着钻头破碎岩石的效率，又影响到钻头牙齿、轴承的磨损。浅井、软地层，钻头以剪切作用为主，1般摘用高转速、低钻压。中硬地层，钻头产生剪切、冲击、压碎综协作 用，1般摘用中等转速和中、高钻压。深井、硬地层，钻头以压碎、冲击为主，1般摘用较高钻压、低转速。钻井参数的合理抉择，很大程度上决定了钻头的失效形式。收集班报表和指重表笔录，分析所用钻井参数及其转变，依据钻头失效形式确定使用的合理性。
5、泥浆性能 喷射钻井要求泥浆具有：比重、粘度、塑性粘度、动切力。
1）低失水、低含砂、稍微的切力和PH值，能有效保护井壁、悬浮岩屑；
2）低比重、低粘度，能降低循环系统压力、功率损耗；
3）在低返速下能有效携带岩屑；
4）有良好地剪切稀释特性。地层的地质条件不同，选用泥浆的类型及相关性能不同，影响着钻压、转速、水力参数的配合和钻头的失效形式。泥浆性能是钻头磨损的重要因素，如泥浆含砂对钻头流道冲蚀影响很大。
6、水力参数
钻进不同井段，所使用的泥浆排量、缸套直径，喷嘴直径、型号及其组合，对抉择钻头压力降和钻头水马力具有实际意义。喷射钻井在强化钻头水力效果的同时，造成了钻头流道的损坏。泥浆参数及转变笔录，是钻头失效分析的重要依据。如钻头流道冲蚀失效、牙轮基体冲蚀引起掉齿、断齿等破坏与泥浆参数直接相关。
7、钻柱组合
钻柱是联通地面与井下的枢纽。不同的钻柱结构及在井下的受力状态，决定了钻头所受钻压的大小和方向。如定向钻进或井斜较大时，钻头所受实际钻压比钻压表展示的数据要小，若钻柱组合中带有扶正器，实际钻压更小。同时，由于扶正器与井壁的磨擦作用，使得钻头工作平稳性增强，有利于钻头的使用。
8、钻头质量
钻头质量是钻头使用的根本。进井前检查钻头质量、新度，以及喷嘴安装可靠性，对钻头的使用至关重要。检查钻头进井前质量笔录，可区分钻头失效属质量原因还是使用原因。
9、上只钻头-建立井底造型
每只钻头的失效，均影响到井底的环境和下只钻头的使用。收集上只钻头失效描述笔录，分析上只钻头的失效原因，可确定所用钻头在井下的使用环境，推断井下落物、井径、井底外形等对钻头失效造成的影响。
2、与钻头使用相关的知识
(1)、地层岩性
地层由岩石组成，岩石主要由石英、长石、云母、方解石、粘士矿物等十几种矿物组成，按照成因岩石分为3大类：火成岩、变质岩和沉积岩。
1、地层岩性的种类和特征
粘士和黄土：由直径0.01mm以下的粘土矿物微粒组成的沉积岩。
泥岩及页岩：粘土类的沉积物经成岩作用而形成的岩石。成块状为泥岩，呈薄片层状的为页岩。含石油沥清丰盛，可提炼石油的页岩为油页岩。
砂岩：砂粒经胶结在1起形成的岩石。直径为0.5~1mm喊粗砂岩，直径为0.25~0.5mm的喊中砂岩，直径为0.1~0.25 mm的喊细砂岩，直径为0.01~0.1mm的喊粉砂岩。按胶结物的不同，砂岩分为硅质、钙质等。砂岩有孔隙，可储存流体。孔隙大的砂岩与裂缝发育的灰岩是渗透性好岩石。
砾岩：岩石的颗粒大于1mm喊砾石。由砾石和胶结物形成的岩石喊砾岩。按砾石的大小不同，又分为粗砾岩、中砾岩和细砾岩3种。外形不1且带有棱角的喊角砾岩。
石灰岩：主要成分为碳酸钙，由化学沉积作用，在海洋或陆地湖泊内生成，呈块状，比较致密和坚硬。按成分不同，石灰岩又可分为石灰岩、泥灰岩、砂质灰岩、泥质灰岩、白云岩和介壳灰岩（生物骸壳沉积成岩）。含泥质的灰岩塑性较大，质纯的灰岩脆硬。
2、地层岩石可钻性与分级
岩石的可钻性是决定钻进效率的基本因素，它反映了钻进时岩石破碎的难易程度，是合理抉择钻进方法、钻头结构及钻进规程参数的依据。对钻头钻遇地层岩石可钻性进行分析，能了解钻头选型的合理性和对地层的适应能力。1般以钻头的机械钻速和进尺的乘积作为衡量的指标。
影响岩石可钻性的岩石基本属性有：岩石的矿物成分和结构构造、密度、孔隙度、含水性及透水性；力学性质有硬度、强度、弹性、脆性、塑性和研磨性等。1般造岩矿物中石英多、胶结牢固、颗粒细小、结构致密、未经风化和蚀变时，岩石可钻性差；而岩石的硬度和强度高、研磨性强，岩石可钻性差。
影响岩石可钻性的工艺因素有：加在钻头上的压力、转速、泥浆类型和井底排屑情状等。
影响岩石可钻性的技术条件有：钻探设备、钻孔直径和深度，钻进方法，破岩工具的结构和质量等。岩石可钻性分级的看点有4种，其划分方法也有4类。由于工艺技术水平的不断提高，各级岩石可钻性等级间的相对和绝对关系也有变动。
3、地层岩性资料的收集
钻井过程中收集地层岩性资料的工作喊录井工作。因此，地层岩性资料的收集应注重地质录井原始资料的收集
砂样录井：又称岩屑录井。新探区1般每米取砂样1次，生产井1般在地层分界处或准则层，油、气层处取样。通过砂样录井资料可推断钻遇地层岩性。
钻时录井：笔录每钻1米所需的时间，按井的深度绘成曲线，与其它资料综合使用，作为推断地层的参考。地层的软硬直接影响钻进的速度，通过笔录钻时的快慢也可了解地层转变情状，钻头在井下的工作情状。
泥浆录井：钻进中泥浆性能的转变常与所遇地层的性质有关。如钻遇石膏层，泥浆粘度会增大、失水量增加，含钙量增大，硫酸根增加；钻遇油、气层，泥浆槽和池上会出现大量油花、气泡，粘度增加，比重下降。通过泥浆录井资料推断钻遇地层岩性。
4、地层岩性与钻头使用
钻头选型和钻头使用的依据是岩石的机械物理性能和地层条件。与钻头使用亲昵相关的岩石性质是：硬度、塑性和研磨性。
岩石的硬度是指岩石反抗钻头切削件压进的能力。岩石的硬度与岩石颗粒的成分、大小及颗粒间的胶结物性质有关。比较级别为：1级—滑石；2级—石膏；3级—方解石；4级—萤石；5级—磷灰石；6级—正长石；7级—石英；8级—黄玉；9级—刚玉；10级—金刚石。级数越高，硬度越大，钻速越慢。
岩石的塑性与脆性是两个对立的概念，物体在破坏前呈塑性变形的性质喊塑性，物体在破坏前不发生塑性变形的性质喊脆性。塑性大的物体没有脆性或脆性很小，反之，脆性大的物体没有塑性或塑性很小。对岩石而言，可分为3类，1类是在破坏前不发生塑性变形的脆性岩石，如花岗岩、石英砂岩；2类是在破坏前塑性变形很大的塑性岩石，如泥岩；3类是在破坏前显现不大的塑性变形后即破碎的塑脆性岩石，如泥质胶结的砂岩。
岩石的研磨性指在岩石与钻头接触的表面上，岩石和岩屑对钻头的磨损作用。岩石磨损钻头的能力喊岩石的研磨性，与岩石本身的成分、颗粒大小和外形等有关。岩石的研磨性越大，钻头磨损越严重，钻头总进尺就越少。按单位磨擦路程磨损把各种岩石按研磨性由小到大共分为12级。1级—泥岩和碳酸盐岩；2级—石灰岩；3级—白云岩；4级—硅质岩石；5级—含铁-镁岩石及含5%石英的低研磨性岩石；6级—长石岩；7级—含石英多于15%的长石岩及含石英颗粒10%的较低研磨性岩；8级—石英晶质岩石；9级—石英碎屑岩，硬度PY≥350Kg/mm2；10级—石英碎屑岩，硬度PY =100~200Kg/mm2及含石英颗粒10~20%的岩石；11级—石英碎屑岩，硬度PY =200~250Kg/mm2及含石英颗粒30%的岩石；12级—石英碎屑岩，硬度PY 〈100Kg/mm2。盐岩、泥岩和1些硫酸盐、碳酸盐岩等不含石英颗粒时是研磨性最小的岩石；石灰岩、白云岩等是低研磨性岩石；火成岩中含长石及石英少，粒度细，矿物间的硬度差小研磨性小
5、地层岩性对钻头失效的影响
地层岩性对钻头失效的影响表现在钻井工艺上：影响钻进速度、钻头进尺；使钻井过程出现井漏、井喷、井塌和卡钻等复杂情状；使泥浆性能发生转变；影响井眼质量，如井斜、井径不规则，进而影响固井质量。通过分析地层岩性及其对钻井工艺的影响，可对钻头选型和使用的合理性进行推断。
粘土、泥岩和页岩层影响：极易吸取泥浆中的自由水而膨胀，使井径缩小，造成下钻遇阻，甚至卡钻，随着浸泡时间的延长，又会产生掉块剥落，使井径扩展，造成井塌。应尽量使用清水或低比重低粘度的泥浆钻进。炭质页岩联接力弱，轻易垮塌。泥质岩层质软，钻速快，也轻易泥包。
砂岩：其性质依颗粒的大小、成分以及胶结物的不同有很大区别。颗粒越细、石英颗粒越多、硅质和铁质胶结物越多则越硬，对钻头磨损越大，如石英砂岩；泥质胶结物越多，云母和长石的成分越多则较软易钻；颗粒越粗，胶结物越少，渗透性越好，易产生泥浆的渗透性漏失，并在井壁上形成较厚的泥饼，引起粘附卡钻等复杂情状，造成钻头的非正常使用。
砾岩：在砾岩层中钻进易产生跳钻、蹩钻和井壁垮塌；当泵排量小或泥浆粘度低时，砾石颗粒不易上返，对钻头牙轮体和牙齿损坏较大。
石灰岩：1般质硬，钻速慢、进尺少。有的有缝缝洞洞发育，钻遇缝洞时，会引起蹩钻、放空、泥浆漏失等，井漏后有时还会发生井喷。
石灰岩地层对钻头进尺、机械钻速和钻头失效影响很大。另外，当地层软硬交错，如泥岩与较硬的砂岩相间，易产生井斜；地层倾角较大时易产生井斜。钻头在斜井中钻进易造成损坏。当岩层中含有可溶性盐类，如石膏层、岩盐层等，会破坏泥浆的性能，影响到钻头的正常使用。
(2)、钻井工艺
1般指钻压、转速和泥浆排量3个钻进过程中可掌握的工艺参数。在实际使用中，钻井工艺应依据地层条件、钻头类型、钻井设备和操作人员技术水平制定。按其要求和条件的不同，钻井工艺分有：
1）优化钻井工艺：在1定条件下，能达到最好经济指标的钻井工艺参数。