氣舉反循環(huán)工藝在紅菱煤礦瓦斯抽放井中的應(yīng)用

田忠福

(東北煤田地質(zhì)局一O三勘探隊(duì)，遼寧 遼陽111000)

1 工程概況

沈陽煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，根據(jù)煤礦建設(shè)需要，決定在沈煤集團(tuán)紅陽三礦勞動(dòng)服務(wù)公司院內(nèi)鉆掘一口大井徑瓦斯抽放立井。該工程經(jīng)過招投標(biāo)，沈煤集團(tuán)決定由東北煤田地質(zhì)局一○三勘探隊(duì)承建施工。工程概況如表1。

表1

2 地質(zhì)概況

本項(xiàng)工程為沈煤集團(tuán)大井徑瓦斯抽放立井，根據(jù)實(shí)鉆資料與收集資料對(duì)比，所見地層由第四系、侏羅系、二疊系、石炭系地層組成。地層比較穩(wěn)定，未出現(xiàn)卡鉆、埋鉆、坍塌、漏失等現(xiàn)象。地層系統(tǒng)由上至下概述如下:

2.1 第四系(Q)

主要為沙、沙礫、礫石夾少量粘土、亞粘土、亞沙土及淤泥組成。

2.2 侏羅系(J)

主要為粉砂巖、安山巖、凝灰?guī)r和礫巖組成。

2.3 二疊系(P)

主要巖性為砂巖、泥巖、輝綠巖，夾有薄煤層、天然焦和石灰?guī)r。

2.4 石炭系(C)

所見主要巖性為砂巖和粘土巖，夾有薄煤層和天然焦。

由于本工程為全井無芯鉆進(jìn)，故未對(duì)地層進(jìn)行詳細(xì)劃分。

3 氣舉反循環(huán)工藝原理

氣舉反循環(huán)是用壓風(fēng)機(jī)將壓縮的空氣通過供氣管、氣水龍頭、雙臂主動(dòng)方鉆桿、雙臂鉆桿的環(huán)狀空間送至鉆柱中的混合室，然后進(jìn)入鉆桿內(nèi)，使其與鉆桿內(nèi)鉆井液及巖屑巖粉混合，形成了比重小于鉆井液的混合物，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)鉆井液壓力的作用下，鉆桿內(nèi)的混合物上升，經(jīng)排渣管排出孔外送至振動(dòng)篩，將巖屑巖粉分離出來后沖洗液經(jīng)渠道回到口內(nèi)。

4 氣舉反循環(huán)的優(yōu)缺點(diǎn)

4.1 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;同時(shí)攜帶到地表巖屑可作為鑒別地層的巖樣，達(dá)到了連續(xù)取芯的目的，提高了純鉆進(jìn)時(shí)間。

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。目前我國采用該技術(shù)鉆井的最大井深已經(jīng)超過3 000m。

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(jiǎn)化泥漿系統(tǒng)，同時(shí)也達(dá)到了洗井的效果，大大降低了成本。

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)備磨損小。

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(huì)滲入可采層位，因此不會(huì)堵塞和污染開采層。

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

4.2 氣舉反循環(huán)的缺點(diǎn)

1)孔深小于7m(理論值)時(shí)，氣舉反循環(huán)不能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榭咨钶^淺時(shí)，孔中形成不了上返流體所需的最小壓力差。在實(shí)際生產(chǎn)過程中建議孔深超過30m時(shí)再采用此方法鉆進(jìn)。

2)氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)所需的鉆具復(fù)雜，鉆具重量較大，因此對(duì)鉆塔、天車等設(shè)備要求高。

3)氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)所使用的雙臂鉆桿(風(fēng)管)內(nèi)管密封圈磨損快，要經(jīng)常檢查其密封性。建議在換密封圈時(shí)，在密封圈所在位置涂抹黃油，減少磨損，提高密封圈的使用時(shí)間。

5 鉆井設(shè)備及型號(hào)

5.1 主要設(shè)備及型號(hào)

5.2 其他設(shè)備

(1)泥漿凈化、循環(huán)處理系統(tǒng)

(2)配電系統(tǒng)及輔助設(shè)備

(3)KST－2000型地質(zhì)自動(dòng)鉆時(shí)儀

(4)100T指重表及死繩固定器

6 施工注意事項(xiàng)及解決措施

6.1 開孔時(shí)不能采用氣舉反循環(huán)

孔深小于7m(理論值)時(shí)，氣舉反循環(huán)鉆井工藝不能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榭咨钶^淺時(shí)，孔中形成不了返流體所需的最小壓力差。

解決措施:開孔時(shí)采用沖擊回轉(zhuǎn)鉆井工藝，鉆至基巖層，下如表層套管后采用氣舉反循環(huán)鉆井工藝。

6.2 密封圈的使用

氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)所使用的風(fēng)管內(nèi)管接頭處的密封圈磨損較快，要經(jīng)常檢查其密封性。

解決措施:在密封圈所在位置涂抹黃油，減少磨損，提高密封圈的使用時(shí)間。

7 工程總結(jié)

氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)時(shí)，鉆速鉆壓要小于同等條件下的正循環(huán)鉆進(jìn)，防止堵鉆;在起鉆時(shí)，應(yīng)將鉆具稍稍上提并循環(huán)，當(dāng)鉆井液中基本不含巖屑時(shí)方可起鉆;下鉆時(shí)，當(dāng)鉆頭距井底3～5m時(shí)送風(fēng)循環(huán)、緩慢下放至井底。

本次施工的輔助時(shí)間較多，主要是維修風(fēng)管、空壓機(jī)等易損部件，因此建議現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)配備兩臺(tái)空壓機(jī)，風(fēng)管等易損部件應(yīng)準(zhǔn)備充。

[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(cè)[M].北京:中國知識(shí)出版社.2006.