氣舉反循環(huán)鉆井工藝及應(yīng)用

蘇 醒，王 萬，楊潞鴻東北煤田地質(zhì)局一〇三勘探隊(duì)，遼寧沈陽 110013

氣舉反循環(huán)鉆井工藝及應(yīng)用

蘇 醒，王 萬，楊潞鴻
東北煤田地質(zhì)局一〇三勘探隊(duì)，遼寧沈陽 110013

氣舉反循環(huán)鉆井工藝的發(fā)展較晚，但由于此工藝實(shí)用性強(qiáng)、優(yōu)點(diǎn)多，近些年來發(fā)展迅速。氣舉反循環(huán)在水井、地?zé)峋⑼咚古欧啪仁┕ぶ芯〉昧朔浅：玫某晒?。由于受沉沒系數(shù)的限制，氣舉反循環(huán)工藝不能勝任地表鉆進(jìn)，因此在施工地表鉆進(jìn)時(shí)需合理選擇其它鉆進(jìn)方法。

氣舉反循環(huán)；瓦斯抽放井；水井；地?zé)峋?/p>

1 氣舉反循環(huán)的發(fā)展史

20 世紀(jì)60年代初期，我國地質(zhì)、冶金等部門開始分別研制反循環(huán)鉆機(jī)。煤炭部門20世紀(jì)70年代初期成功的采用了氣舉反循環(huán)進(jìn)行煤礦豎井鉆進(jìn)。20世紀(jì)70年代到80年代初期，我國很多部門和單位都成功地利用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝進(jìn)行各種鉆進(jìn)。目前氣舉反循環(huán)鉆探技術(shù)己在我國許多個(gè)省市推廣，并推向國外市場，該技術(shù)最大鉆井深度達(dá)3 002m，洗井井深為3 200m。氣舉反循環(huán)鉆井己成為水井、地?zé)峋?、瓦斯排放井、煤層氣井施工的主要技術(shù)手段。

2 氣舉反循環(huán)設(shè)備及工作原理

2.1 氣舉反循環(huán)的設(shè)備

氣舉反循環(huán)設(shè)備包括：鉆機(jī)、鉆塔、空壓機(jī)、雙臂主動方鉆桿、氣水龍頭（氣盒子）、雙臂鉆桿（風(fēng)管）、混合器、單臂鉆桿、鉆鋌或加重鉆桿、鉆頭（通常使用專用的三牙輪鉆頭）、振動篩、接手等。

2.2 氣舉反循環(huán)的工作原理

氣舉反循環(huán)是用空壓機(jī)將壓縮的空氣通過供氣管、氣盒子、雙臂主動方鉆桿、雙臂鉆桿的環(huán)狀空間送至鉆具中的混合室，然后進(jìn)入雙臂鉆桿內(nèi)管內(nèi)，使其與內(nèi)管里的沖洗液及巖屑巖粉混合，形成了比重小于沖洗液的混合物，使鉆桿內(nèi)液柱壓力降低，在鉆桿內(nèi)外形成壓力差；在鉆桿柱外側(cè)沖洗液壓力的作用下，鉆桿內(nèi)的混合物上升，經(jīng)排渣管排出孔外送至振動篩，振動篩將巖屑巖粉分離出來，沖洗液重新流至孔內(nèi)形成循環(huán)。

壓縮空氣由混合室進(jìn)入鉆桿內(nèi)，與沖洗液混合形成氣泡，這種氣泡在上升過程中由于外界壓力逐漸減小而繼續(xù)膨脹，其膨脹功轉(zhuǎn)化為動能，提高了混合液上升的速度。氣舉反循環(huán)通常下部鉆具為單臂鉆桿，上部為雙臂鉆桿。在混合室以下，鉆桿內(nèi)為固、液混合物，混合室以上為固、液、氣混合物。

3 氣舉反循環(huán)的應(yīng)用及成果

3.1 在瓦斯抽放井中的應(yīng)用及成果

3.1.1 工程概況

遼寧省紅菱煤礦施工的大口徑瓦斯抽放井，要求施工方做到鉆孔平直，孔底位移不能超過5m；套管與井壁之間的環(huán)空封固要好，防止上部含水層向井下漏水，保證井下安全。由于當(dāng)?shù)氐貙臃€(wěn)定不易坍塌，適合氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)，且此鉆井方法具有管路平直的優(yōu)點(diǎn)，因此選用氣舉反循環(huán)鉆井。

3.1.2 鉆具組合及鉆進(jìn)參數(shù)

本次施工主要鉆具組合為：一開采用φ445mm牙輪鉆頭、二開采用φ730mm牙輪鉆頭、φ178鉆鋌34.64m、φ203鉆鋌18.82m、φ127mm鉆桿538.94m、SHB-127/62雙臂鉆桿96.33m、主動方鉆桿11.75m、氣水龍頭、VF-4.5/25型空壓機(jī)。

鉆 壓 30-70KN

風(fēng) 壓 1.0-1.5Mpa轉(zhuǎn) 速 40-60r/min

3.1.3 取得的成果

采用氣舉反循環(huán)鉆井成功的完成了瓦斯抽放井工程。完井井徑730mm，井深720m，井底偏移僅2.8m，滿足設(shè)計(jì)要求；由于采用清水作為沖洗液，因此在下套管之前也不需要洗井，不僅縮短了工期也降低了成本。

3.2 在水井修井中的應(yīng)用及成果

3.2.1 工程概況

天津市寧河北水源地的15眼水井完井后進(jìn)行了大流量、大降深、長時(shí)間的抽水試驗(yàn)，在抽水過程中有11眼水井出現(xiàn)水量減少的情況，抽水試驗(yàn)結(jié)束后對15眼水井進(jìn)行檢驗(yàn)，分析是由于垮塌、掉塊、涌砂淤塞等所致。根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合各鉆探工藝的優(yōu)點(diǎn)，選擇氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行修井。

3.2.2 鉆具組合及鉆進(jìn)參數(shù)

本次施工主要鉆具組合為：φ311mm牙輪鉆頭、φ178鉆鋌18m、φ159鉆鋌36m、φ89mm鉆桿、SHB-127/70雙臂鉆桿90m～120m、φ108mm主動方鉆桿、氣水龍頭、3LC-4.5/25型空壓機(jī)。

鉆 壓 30-60KN風(fēng) 壓 0.6-0.7Mpa轉(zhuǎn) 速 40-60r/min

3.2.3 取得的成果

與常規(guī)的正循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)透掃十撈砂管撈砂方法相比，施工效率大幅度地提高，不僅減小了工人的勞動強(qiáng)度，而且井內(nèi)安全未出現(xiàn)卡、埋事故，工期短；對水井的取水層無污染、堵塞，保證了水井的出水能力；水井透掃、撈砂后，各井又在取水層段下入了濾水管，經(jīng)再次進(jìn)行群井抽水試驗(yàn)，出水量超過了原單井出水量的總和，亦超過了第一次群井抽水試驗(yàn)的出水量。

4 氣舉反循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)

1）氣舉反循環(huán)的沖洗液上返流速快，能攜帶大粒徑的巖屑，減少了鉆頭重復(fù)作業(yè)，提高了鉆進(jìn)效率和鉆頭的使用壽命；

2）與泵吸反循環(huán)和射流反循環(huán)相比，氣舉反循環(huán)可用于較深的鉆孔；

3）如果地層穩(wěn)定不易垮塌，氣舉反循環(huán)可以直接用清水或地下水作為沖洗液，簡化泥漿系統(tǒng)，大大降低了成本，同時(shí)也達(dá)到了洗井的效果；

4）氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)井眼平直，不易堵塞，上返的混合物不經(jīng)任何工作機(jī)械，設(shè)備磨損??；

5）氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)時(shí)，沖洗液攜帶的巖屑巖粉從鉆桿柱內(nèi)上返到地表，不和井壁接觸，巖屑巖粉不會滲入可采層位，因此不會堵塞和污染可采層；

6）氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)成井質(zhì)量好、輔助時(shí)間少、勞動強(qiáng)度低。

5 結(jié)論

氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)發(fā)展較晚，由于氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)效率高、孔底清潔、事故少、成本低、成井質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，近些年來發(fā)展迅速，并取得了很好的成果。 由于受沉沒系數(shù)的限制，氣舉反循環(huán)還不能勝任地表鉆進(jìn)，因此，在開孔階段要選用其它鉆井工藝。在實(shí)際生產(chǎn)中要結(jié)合實(shí)際情況，合理的選擇鉆探工藝，在能達(dá)到要求的基礎(chǔ)上，可以選擇多種鉆探工藝完井，不僅提高工作效率，同時(shí)也能獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]周金葵，李效新.鉆井工程[M].北京：石油工業(yè)出版社，2007.

[2]李誠名.新編石油鉆井工程實(shí)用手冊[M].北京：中國知識出版社2006.

[3]王永全，杜鴻志.氣舉反循環(huán)技術(shù)在水井修井中的應(yīng)用[J].地質(zhì)裝備，2008，2(9).

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1674-6708（2011）57-0150-02