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李?洋?任?輝?任?義

（中國石油集團渤海鉆探第二鉆井工程分公司，河北廊坊 065000）

 

摘?要:華北油田文23儲氣庫井位于河北省文安縣大柳河鎮鄭小泗村東南1400m。本文通過分析地層巖性，克服施工難點，優化鉆井液、鉆具，優選鉆頭，制定更優化的鉆井、鉆井液技術方案，大幅提高該區塊的鉆井速度，為儲氣庫井鉆井提速提供一定參考。

關鍵詞:提速鐘擺組合KCL復合鹽楔型齒

中圖分類號:TE242 文獻標識碼:A 文章編號:16712064（2024）22000305

1區域地質與前期鉆井概況

1.1地質剖面及巖性描述

文23儲氣庫井自上而下鉆遇的地層有新生界第四系平原組，新生界上第三系明化鎮組、館陶組，新生界下第三地東營組、沙河街組，上古生界石炭二疊系。地質分層見表1。

表1 文23K3X井地質分層

地質分層					深度 （垂深）/m	巖性描述	淺氣層、高壓油、氣、水層，斷層等復雜情況提示
界	系	統	組	段
新生界	第四系	更新統	平原組		230	黏土及砂層
	上第三系	上新統	明華鎮組		1300	泥巖與少量薄層砂巖、 泥質粉砂巖不等厚互層
			館陶組		1610	泥巖與含礫砂巖、雜色砂礫巖、 泥質砂巖不等厚互層
	下第三系	漸新統	東營組		1825	泥巖夾灰白色泥質粉砂巖或粉砂巖
			沙河街組	Es1	1955	灰白、灰綠色砂巖與紫紅、灰綠色、 灰色泥巖里不等厚互層
				Es2+3	2080	棕紅色泥巖為主，間互夾薄層 灰白色砂巖中部間夾紫紅色泥巖
				Es4	2450	紫紅色泥巖為主，間夾淺灰、灰白色砂巖	預計在沙四段2300m （垂深）左右鉆遇斷層
上古生界	石炭二疊				2824（未穿）	泥巖為主，與砂巖、含礫砂巖不等厚互層

1.2地層可鉆性、研磨性分析

（1）一開地層（0～310m）有疏松砂巖層及泥巖層段，可鉆性良好，使用PDC鉆頭，可切實提高表層鉆進速度。

（2）二開中上部地層（310～2200m）以泥巖為主，館陶組井段含砂礫，但含量相對較低，可鉆性較好，研磨性較弱，非常適合應用高效PDC鉆頭鉆進，以提高鉆井速度。

（3）二開下部地層（2200～2720m）以泥巖為主夾薄層砂巖，泥巖壓實致密可鉆性一般，研磨性強，下部大段泥巖層優選強抗研磨能力PDC鉆頭，以提高鉆井施工效率。

（4）三開段（2720～2920m）地層以砂巖、泥巖為主，砂巖發育，可鉆性良好，使用PDC鉆頭能更好地提高鉆井施工效率。

2鉆井難點與提速制約因素分析

（1）表層砂巖發育，地層膠結疏松，易發生井漏。

（2）地質構造受強烈擠壓，地層傾角大，直井段不易控制井斜，二開311.2mm井眼定向造斜率低，糾斜困難。

（3）明化鎮組、東營組、沙河街組上部大段泥巖造漿，易泥包鉆頭，給安全施工帶來較大困難。

（4）上石盒子組地層壓力系數低，承壓能力差，容易發生井漏。

3文23儲氣庫井優快提速方案及難點解決對策

3.1制訂提速思路

文23儲氣庫井在前期的鉆井中發現，地層傾角大，地層疏松，易發生井漏卡鉆等井下復雜事故。針對該區塊易斜易漏的特征，提高純鉆時效、降低復雜事故時效是本次鉆井提速的核心。

（1）直井段采用大鐘擺鉆具組合，使用五刀翼PDC鉆頭，高轉速低鉆壓吊打，并配備MWD進行全井段跟蹤，有效實現對井眼軌跡的實時監測和控制，提高鉆井速度[1]。

（2）充分發揮工程地質一體化作業優勢，分析地質構造和地層條件對鉆井的影響，鉆進中及時判斷，實時調整，盡可能遏制井下鉆探風險。

（3）強化鉆井液性能，確保安全快速鉆進，降低復雜事故發生率。

（4）進一步加強對井眼的清理，每柱打完劃眼三次，確保井眼暢通。

（5）在硬質泥巖段鉆進時，優選具有地層針對性強的鉆頭，提高在該井段的鉆井速度[2]。

（6）加強生產組織，運用公司制定的“提速一體化”方案，提高鉆井時效，減少等停時間，縮短周期。

3.2優化鉆井技術方案

3.2.1優選鉆頭選型

（1）一開0～310m井段。該井段巖性以流沙層及泥巖為主，地層可鉆性好，研磨性較弱，選用小尺寸噴嘴組合，采用高壓噴射鉆進方式，提高鉆進速度和質量。

（2）二開310～2200m井段。該井段巖性以大段泥巖、含礫砂巖為主，地層可鉆性好，研磨性較弱，上部地層選用楔型齒的五刀翼鋼體311.2mmPDC鉆頭，配備小水眼，使用高壓噴射，努力提高該井段鉆進速度。

（3）二開2200～2720m井段該井段巖性以致密泥巖為主，地層可鉆性一般，研磨性強，選用進口楔型齒的五刀翼鋼體抗研磨311.2mmPDC鉆頭，提高該井段鉆進速度。

（4）三開2720～2920m。該井段巖性以砂巖、泥巖互層為主，為提高純鉆時效，采用215.9mm雙排齒PDC鉆頭，有效提高鉆速，降低儲層段鉆進的復雜程度，縮短鉆井周期。

3.2.2優選螺桿

二開Φ311.2mm井眼（310～2720m）動力鉆具優選立林廠家外徑為Φ216mm的鉆頭、1.25°高效單彎螺桿。鉆具選型參數見表2。

表2 文23K3X井優快鉆井動力鉆具選型

序號	井段(m)	純鉆(h)	進尺(m)	機速(m/h)	螺桿型號
1	315～2412	122	2097	17.19	7LZ2161.25°
2	2412～2653	19	241	12.68	7LZ2161.25°

3.2.3合理技術參數

上部地層采用雙泵大排量、高壓噴射鉆進下部地層主要注重高效保障定向增斜穩斜。技術參數見表3。

表3 文23K3X井優快鉆井技術參數

井段（m）	井眼尺寸(mm)	鉆頭 類型	鉆井參數
			鉆壓(kN)	排量 (L/s)	頂驅轉速（rpm）	泵壓 (MPa)
一開井段 0～315	444.5	PDC	10～20	50	80	8～10
二開井段 315～2668	311.2	PDC	30～100	45	60	15～18
三開井段 2668～2912	215.9	PDC	50～60	30	70	8～11

3.2.4優選鉆具組合

全程帶MWD跟蹤監測并控制井身質量，優選鉆具組合，可有效實現對易漏易斜地層的井眼軌跡控制，降低糾斜頻率。針對地層易卡問題，觀察各項參數做好短起下鉆拉井壁工作。該井直井段主要采用“塔式+鐘擺”雙效鉆具組合，并配備MWD儀器進行井身質量控制，確保井身質量。一開井段井身質量控制良好，未超過井身質量控制指標[3]。鉆具參數見表4。

表4 文23K3X井優快鉆井鉆具組合

井段（m）	鉆具組合
一開井段 0～315m	Φ444.5mmPDC+730x630+Φ203NDCx1根+Φ203mmMWD+Φ203NDCx1根+631x730+Φ438mm扶正器+731x630+Φ203mmLDC×1根+631x4A10+Ф165mmLDCx3根+4A11x 410+Ф127mmWDP×21根+Ф127mmDP
二開井段 315～2668m	Φ311.2mmPDC+Φ216mm1.25度螺桿+ Φ203mm浮閥+Φ203NDCx1根+ Φ203mmMWD+Φ203NDCx1根+ 631x4A10+ Ф165mmLDCx3根+4A11x410+ Ф127mmWDP×21根+Ф127mmDP
三開井段 2668～2912m	Φ215.9mmPDC+430×4A10+Φ212mm扶正器+Φ168mm浮閥+4A11×4A10托盤接頭+Ф165mmNDC×1根+ Φ210mm扶正器+Φ165mmLDC×3根+ 4A11×410+Ф127mmWDP×21根+Ф127mmDP

3.3鉆井液技術方案

3.3.1一開井段（0～315.00m）采用膨潤土鉆井液體系

鉆井液處理總體原則一開采用膨潤土鉆井液，用膨潤土配置預水化膨潤土漿80方，馬氏漏斗黏度在35秒左右，即可一開鉆進。打完進尺后，拉井壁，確保井眼通暢，即可下套管固井。

3.3.2二開鉆進（311.00～2668.00m）采用KCL復合鹽鉆井液體系

鉆井液處理總體原則

（1）二開采用抗溫復合鹽鉆井液體系，重點做好以下工作一是確保KCL含量為8%二是以FA367為包被劑，進一步提高復合鹽鉆井液的抑制性三是使用抗溫Redu1或SO1防塌降濾失劑和PACLV控制鉆井液的濾失量，保證API失水控制在5mL以內，控制HTHP在12mL以內四是使用PACHV提高鉆井液懸浮攜帶鉆屑的能力五是使用FA367、KJAN等防塌劑增強鉆井液的封堵造壁能力，確保井壁穩定六是視鉆進地層巖性情況，及時加入超低滲、細目鈣，增強鉆井液的隨鉆防漏能力七是利用潤滑防塌醇烴脂復合劑DRF、LUBE等潤滑劑改善鉆井液的潤滑性，配合石墨類固體潤滑劑，通過復合潤滑體系控制摩阻系數，確保鉆井作業順利進行[4]。

（2）配漿前，徹底清洗循環系統的循環罐、管線。同時儲備60m3膨潤土漿備用，作為二開復合鹽鉆井液體系調整粘切使用。

（3）地面配制250m3復合鹽泥漿，二開鉆井液的配方為4%膨潤土+8%～10%NaCL+0.3%～0.6%FA367+0.6%～1%NPAN+1%PACLV/PACHV+2%LK5+ 1.5%KJAN+1%～2%液體潤滑劑，用重晶石粉提密度至設計要求。

（4）二開前，用清水+銨鹽（或KJAN）配置稀膠液5～10m3作為隔離液，使用50L/s排量一次置換到井筒內一開老漿。替換泥漿體系時，嚴禁中途停泵。井口派專人觀察隔離液是否返出。一開老漿全部放掉，防止老漿進罐污染NaCL泥漿使性能變差。替換完井筒內泥漿后，大排量循環2周，性能均勻后，方可進行下一步施工。

（5）鉆進維護時按8%KCL+0.3%～0.6%FA367+ 0.6%～1%NPAN配制膠液，均勻細水長流加入，確保含鹽量達到體系要求的有效含量。鉆進液黏度50～70s，密度1.20～1.25g/cm3，API失水≤5mL，切力（初/終）3～6Pa/6～19Pa，摩阻系數＜0.10，HTHP失水＜10mL動塑比0.50～0.65之間，膨潤土含量控制35～42g/L。可根據攜帶情況調整鉆井液粘切。

（6）館陶組保持抑制劑、防塌劑的有效含量，確保紫紅色泥巖砂巖互層段不會垮塌。施工注意補充液體、固體潤滑劑，應保持有效含量在1%～2%，提高鉆井液的潤滑性，達到防粘卡的目的。鉆穿東營組之前提密替粘切，降失水，維護井壁穩定[5]。

（7）沙一段加大抗防塌降濾失劑KJAN、PACLV等處理劑的有效含量，提高鉆井液體系的抗膏鹽污染能力以及油頁巖井壁穩定能力。

（8）進入沙二、沙三段，提前加入固壁劑等處理劑，提高鉆井液鉆遇斷層、破碎帶、地層封堵造壁護壁能力，做好防漏、防垮塌預防工作。

（9）進入下步石盒子組斷層、破碎帶地層時，根據鉆時、扭矩、振動篩返砂（返砂較少或增多）、扭矩增大、接單根是否有回壓等情況，及時上提活動鉆具。可直接加入防塌劑處理，增大KJAN、PACLV、PACHV的加量，保證鉆井液具有良好的懸浮攜巖、造壁性及高溫穩定性。視情況配置稠漿裹帶，確保井眼破碎帶掉塊及時帶出，保持井眼清潔。同時可定期補充坂土漿，提高鉆井液的懸浮攜巖封堵造壁能力。井眼順暢后進行短起下作業，驗證井下正常后再恢復鉆進作業。

（10）鄰井提示沙河街組沙三段油氣較為活躍，同時上部又存在低壓易漏層。鉆進中根據隨鉆地層壓力監測，調整鉆井液密度在合理范圍內，達到近平衡鉆進。若提高鉆井液密度，應隨鉆加入1%～3%單封，提高鉆井液的封堵承壓能力。

（11）二開施工防漏、防垮、防卡工作是重中之重。現場要確保循環加重設備完好，泥漿泵、灌注泵兩套灌鉆井液系統正常循環罐鉆井液保持在140m3以上現場應儲備充足的土粉、堵漏劑、防塌劑等材料，并按設計要求儲備好重漿，地面保證水源能以20m3/h流量補充生產用水。

（12）全力用好固控設備，防止固相含量升高，保持鉆井液密度在設計范圍內。結合三角罐定期清放和人工撈砂，控制含砂量在0.3％以下。

（13）進入油層前100米，及時補充超細鈣達到設計要求含量，各性能指標達到鉆開油氣層要求，做好儲層保護工作。

（14）鉆完進尺后，視情況做好拉井壁工作。充分循環鉆井液，保持井眼清潔，再起鉆換牙輪通井。通井作業正式起鉆前，裸眼段替入加入HZN102、液體潤滑劑的潤滑封閉液，為電測和下套管固井作業做準備。

3.3.3三開鉆進（2668.00～2922.00m）采用KCL復合鹽鉆井液體系

（1）三開采用抗溫復合鹽低密高粘鉆井液體系，重點做好以下工作一是確保KCL含量在8%二是以FA367為包被劑，進一步提高復合鹽鉆井液的抑制性三是使用抗溫Redu1和PACLV控制鉆井液的濾失量，保證API失水控制在5mL以內，控制HTHP在10mL以內四是使用PACHV提高鉆井液懸浮攜帶鉆屑的能力五是使用KJAN、YRL1等防塌劑增強鉆井液的封堵造壁能力，確保井壁穩定六是視鉆進地層巖性情況，及時加入超低滲、細目鈣，增強鉆井液的隨鉆防漏能力七是利用潤滑防塌醇烴脂復合劑DRF防塌潤滑劑改善鉆井液的潤滑性，配合石墨類固體潤滑劑，通過復合潤滑體系控制摩阻系數，確保鉆井作業的順利進行[6]。

（2）配漿前，徹底清洗循環系統的循環罐、管線。同時儲備50m3二開KCL復合鹽鉆井液備用，作為三開復合鹽鉆井液體系轉型使用。

（3）地面配制250m3復合鹽泥漿，三開鉆井液的配方為4%膨潤土+8～10%KCL+0.3～0.6%FA367+0.61%NPAN+0.51%Redu1+1%PACLV/PACHV+2%LK5+1.5%KJAN+12%液體潤滑劑，用石灰石粉提密度至設計要求。

（4）三開前，用清水+銨鹽（或KJAN）配置稀膠液5～10m3作為隔離液，使用38L/s排量一次置換到井筒內二開老漿。替換泥漿體系時，嚴禁中途停泵。井口派專人觀察隔離液是否返出。二開套管內二開高密度全部放掉。替換完井筒內泥漿后，大排量循環2周，性能均勻后，方可進行下一步施工。

（5）鉆進維護時按8%KCL+0.30.6%FA367+0.61%NPAN+0.3%Redu1配制膠液，均勻細水長流加入，確保含鹽量達到體系要求的有效含量。鉆進液黏度50～60s，密度1.10～1.12g/cm3，API失水≤5mL，切力（初/終）36Pa/48Pa，摩阻系數＜0.10，HTHP失水＜10mL動塑比0.50～0.65之間，膨潤土含量控制35～42g/L。可根據攜帶情況調整鉆井液粘切，確保井下安全施工。

（6）進入下步石盒子組斷層、破碎帶地層時，根據鉆時、扭矩、振動篩返砂（返砂較少或增多）、扭矩增大、接單根是否有回壓等情況，及時上提活動鉆具。可直接加入防塌劑處理，增大KJAN、PACLV、PACHV、Redu1的加量，保證鉆井液具有良好的懸浮攜巖、造壁性及高溫穩定性。視情況可配置稠漿裹帶，確保井眼破碎帶掉塊及時帶出，保持井眼清潔。同時可定期補充坂土漿，提高鉆井液的懸浮攜巖封堵造壁能力。井眼順暢后進行短起下作業，驗證井下正常后再恢復鉆進作業。

（7）鄰井提示油氣較為活躍，同時上部又存在低壓易漏層，鉆進中根據隨鉆地層壓力監測，嚴格控制調整鉆井液密度在合理范圍內，達到近平衡鉆進。若提高鉆井液密度，應隨鉆加入1%～3%單封，提高鉆井液的封堵承壓能力。

（8）三開施工防漏、防垮、防卡工作是重中之重。現場要確保循環加重設備完好，泥漿泵、灌注泵兩套灌鉆井液系統正常循環罐鉆井液保持在120m3以上現場應儲備充足的土粉、堵漏劑、防塌劑等材料并按設計要求儲備好重漿，地面保證水源能以20m3/h流量補充生產用水。

（9）全力用好固控設備，防止固相含量升高，保持鉆井液密度在設計范圍內，結合三角罐定期清放和人工撈砂，控制含砂量在0.3％以下。

（10）及時補充超細鈣達到設計要求含量，各性能指標達到鉆開油氣層要求，做好儲層保護工作。

（11）鉆完進尺后，視情況做好拉井壁工作。充分循環鉆井液，保持井眼清潔，再起鉆換牙輪通井。通井作業正式起鉆前，裸眼段替入加入HZN102、液體潤滑劑、潤滑封閉液，為電測和下套管固井作業做準備。

3.4鉆井提速技術及預防措施

3.4.1施工技術措施

（1）一開開始即實施MWD跟蹤監測，直井段每30m測斜一次，如有異常及時進行鉆井參數調整，有效控制井眼軌跡，確保井身質量滿足設計要求。

（2）一開井段，鉆井液方面應做好防漏攜砂工作，及時調整鉆井液性能以滿足設計需求，降低復雜事故的發生率工程方面應及時進行鉆具短起下，修整井壁，確保井眼通暢。

（3）一開、二開井段雙泵大排量鉆進，確保施工排量滿足攜砂要求，每個立柱打完技術劃眼三次，適當增加循環時間，清潔井筒。二開增斜段采用微增鉆具組合，上扶正器欠尺寸，確保造斜率穩斜段更換上扶正器尺寸，采用穩斜鉆具組合。

（4）接立柱時間要求從立柱打完至接立柱恢復鉆進的時間控制在8min以內，盡量減少鉆具靜止時間。

（5）起下鉆時間要求2500m以內起下鉆時間控制在12h4500m以內起下鉆時間控制在24h。

（6）固控系統要求運轉狀態良好，均24h運轉。

3.4.2復雜事故預防

（1）卡鉆的預防

①按設計要求和地層特點處理好泥漿性能，控制泥漿黏度，降低失水。

②接單根或設備修理時，應及時活動鉆具,防止鉆具靜止時間過長導致粘卡。

③嚴格控制井身質量，避免出現大“狗腿”或方位急速調整。

④嚴格執行鉆具短起下制度二開井段（315～2668m）每鉆進400m短起下鉆拉井壁一次，破壞井壁虛泥餅。

⑤下鉆遇阻時嚴禁硬壓強下，堅持“少放多提”原則，盡量靠活動鉆具拉通遇阻段，遇阻嚴重時必須頂驅桿劃眼，直至遇阻井段通暢為止起鉆遇阻嚴禁硬提強拉，堅持“少提多放”原則，反復活動試圖通過，活動無效則采用輕提、慢轉、倒劃眼的方法通過，不得硬拔提死鉆具。

（2）井塌的預防和處理

①采用合理的泥漿密度與黏度。二開鉆井液密度控制在1.25g/cm3以內，黏度控制在80s以內。提高泥漿的懸浮攜帶能力，根據扭矩及返出巖屑情況，及時處理鉆井液性能。

②起鉆連續向井內灌滿泥漿，控制起下鉆速度，降低抽吸壓力和激動壓力。

③鉆井過程中出現井塌，應立即將鉆具提離井底，若泵壓升高，應將排量逐漸降低，采取正劃、倒劃眼等手段進行處理。

④如果出現井塌卡鉆，首先應盡力建立循環。若頂不通，在條件允許范圍內上下活動、轉動鉆具，并采用震擊等手段，嚴禁硬提、硬轉，導致事故進一步惡化。

（3）鉆頭泥包的預防和處理

①每次短起下鉆或起鉆前應大排量循環充分清洗井筒，防止井筒巖屑含量高造成鉆頭水眼堵塞引起鉆頭泥包。

②鉆井液注意調整好失水和潤滑性能，防止因井壁泥餅質量差（虛泥餅過厚）引起鉆頭泥包。

③確保四級固控系統良好運轉，盡力提高離心機的使用率，將鉆井液固相含量控制在10%以內[7]。

④下鉆注意勤開泵頂通鉆具，保證鉆具內外壓力平衡，防止壓差的存在使井筒內的巖屑、泥餅堵塞鉆具水眼而引起鉆頭泥包，必要時采用篩布包裹水眼。

4鉆井提速階段效果分析

文23K3X井全井鉆井周期38.38天，建井周期61.88天。鉆機臺月1.83臺月，鉆機月速1596.72米/臺月，平均機械鉆速16.01米/小時。比同臺文23K6X井機械鉆速提高22.68%，鉆井周期縮短2.79天，創區塊紀錄。

5結語

（1）針對文23儲氣庫地層防斜與打快的突出矛盾，針對性使用動力鉆具+MWD鉆具組合，在大井眼中使用效果良好。

（2）通過對鄰井鉆頭起出后磨損狀況的分析，發現在文23區塊確實存在一段含礫砂巖地層。該段地層對鉆頭損傷嚴重，在以后該區塊的鉆進中應采取積極措施，發現機速明顯降低或者扭矩異常后應立即起鉆，防止鉆頭因保徑磨損而導致井徑縮小等復雜狀況的發生。

（3）文23區塊沙河街組泥巖研磨性致密，不僅對鉆頭有磨損，對扶正器也存在一定磨損。在鉆前分析中，應充分考慮扶正器的磨損情況，確定合適的扶正器尺寸，提高雙扶螺桿的造斜或穩斜能力。

（4）進口楔型齒PDC鉆頭在文23儲氣庫臺子具有較好的應用效果，尤其在下部地層棕紅色、紅色泥巖和砂礫巖鉆進中，能夠克服棕紅色泥巖可鉆性差和砂礫巖研磨性強的雙重難題。建議以后在文23區塊可試用具有超強攻擊性同時兼具較強抗研磨的鉆頭，進一步提高單只鉆頭的使用壽命、進尺和機械鉆速等。

 

參考文獻

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[2] 王亞東.深井鉆井提速技術研究[J].西部探礦工程,2023 (8):4851.

[3] 郭婷婷.泥頁巖易垮塌油藏鉆井提速工藝技術研究[J].西部探礦工程 ,2023(10):913.

[4] 丁建新.水平井鉆井提速減阻清屑多目標協同優化方法[J].石油機械,2023(11):3235.

[5] 鄒鴻.鉆井提速提效技術研究[J].內蒙古石油化工,2023 (2):1619.

[6] 張蕾.深層鉆井提速技術研究[J].石油石化物資采購, 2023(3):2731.

[7] 王偉.水平井定向井鉆井提速技術措施[J].西部探礦工程,2022(6):5256.

作者簡介李洋（1989—），男，河北保定人，研究方向鉆井工程。

 

Research and Application of Wen 23 Gas Storage Well Drilling and Speeding

LI Yang,REN Hui,REN Yi

(NO.2 Drilling Engineering Company, Langfang  Hebei  065000)

Abstract:The Wen23 gas storage well in Huabei Oilfield is located 1400 meters southeast of Zhengxiaosi Village, Daliuhe Town, Wen'an County, Hebei Province. This article analyzes the lithology of the formation, overcomes construction difficulties, optimizes drilling fluid, selects drill bits, and optimizes drilling tools to develop more optimized drilling technology and drilling fluid technology plans, greatly improving the drilling speed of the block and providing some reference for speeding up the drilling of gas storage wells.

Key words:speed up;pendulum drill;KCL compound salt;wedgeshaped teeth