液動(dòng)沖擊器在煤層氣鉆井中的應(yīng)用

栗學(xué)彬

(河南省煤田地質(zhì)局豫中公司，河南 450053)

CZ-205號(hào)煤層氣井地層主要以較密性泥巖、沙質(zhì)泥層及代石為主的細(xì)料砂巖為主。為了提高鉆井效率，針對(duì)脆性、堅(jiān)硬巖石以及石英、長石為主的細(xì)粒砂巖等較為堅(jiān)硬難鉆地層，以及深部地層空氣潛孔錘鉆進(jìn)效率低等特點(diǎn)，采用液動(dòng)沖擊器鉆井工藝，經(jīng)驗(yàn)證能明顯提高鉆進(jìn)效率。

1 設(shè)備及鉆具組合

1.1 設(shè)備

德國寶峨RB50車載鉆機(jī)一臺(tái)，提升能力:55t，自重:39t，扭矩:32KN/m。

車載空壓機(jī):30m3/2.7MPa，動(dòng)力機(jī):352kW，轉(zhuǎn)速:0～370rpm，加壓力:80KN。

車載三缸泵:1600L/min泵壓:7MΡa，車載離心泵:3200L/min，泵壓:0.8MPa。

1.2 鉆具組合

(1)一開鉆具組合

φ305mm錘頭+φ190mm氣動(dòng)沖擊器+φ290mm扶正器φ159mm鉆鋌2根+φ127鉆桿+動(dòng)力頭

(2)二開鉆具組合。

φ215.9牙輪鉆頭 +φ190液動(dòng)沖擊器 +φ214mm扶正器+φ159鉆鋌9米長2根+φ214mm扶正器+φ159鉆鋌9米長4根+φ127鉆桿+動(dòng)力頭。

1.3 鉆頭選擇

根據(jù)液動(dòng)沖擊器的要求，選著三牙輪鉆頭。

2 CZ-205號(hào)煤層氣井地層及技術(shù)參數(shù)

2.1地層

地層主要以致密脆性泥巖、較硬的砂質(zhì)泥巖及已石英、長石為主的細(xì)粒砂巖等，地層較為堅(jiān)硬難鉆，深部地層鉆進(jìn)效率更低。

2.2 技術(shù)要求

設(shè)計(jì)孔深571m，井斜小于2.5°，全井井斜變化率不超過1°/100m，井徑變化率不超過10%。

3 對(duì)沖洗液的要求及凈化

3.1 煤層氣井對(duì)沖洗液的要求標(biāo)準(zhǔn)

CZ-205號(hào)煤層氣生產(chǎn)井為全孔無心鉆井，對(duì)沖洗液的要求極高，正好符合了液動(dòng)沖擊器對(duì)沖洗液的要求。二開采用清水鉆進(jìn)，鉆井液不準(zhǔn)加入任何化學(xué)添加劑，嚴(yán)格控制鉆井液的固相含量，減少固相顆粒和濾液侵入煤層，降低煤層污染。

3.2 液動(dòng)沖擊器對(duì)沖洗液的要求

液動(dòng)沖擊器對(duì)沖洗液的要求并不是很高，沖洗液含沙量越小越好，含沙量越少對(duì)沖擊器的磨損程度就越底，沖擊器的工作效率就越高。沖洗液中固體顆粒直徑不得大于1毫米，以免沖擊器在工作中卡死。沖洗液盡量潤滑，粘度不易過高15～25s為宜，粘度越高沖擊頻率就會(huì)下降，致使效率降低。

3.3 沖洗液的凈化

沖洗液循環(huán)系統(tǒng)采用三級(jí)自然沉淀及專用清漿池，鉆孔出來到一級(jí)沉淀池 (長1m×寬1m×高1m)、然后到二級(jí)沉淀池 (長4m×寬3m×高1.5m)、然后經(jīng)過二級(jí)提灌把沉淀好的沖洗液抽進(jìn)泥漿罐里，泥漿罐連接泥漿泵形成一個(gè)循環(huán)。

4 液動(dòng)沖擊器技術(shù)參數(shù)及性能

4.1 液動(dòng)沖擊器技術(shù)參數(shù)

液動(dòng)沖擊器長1.8m，直徑φ178mm，啟動(dòng)泵壓1.68MPa，鉆進(jìn)壓力1.5～6T，液動(dòng)沖擊器正常沖擊頻率800～1100次/min，根據(jù)泵壓和沖洗液的粘度而降低或增加沖擊頻率。

4.2 液動(dòng)沖擊器的性能

液動(dòng)沖擊器具有良好的啟動(dòng)性能，在鉆壓大于1.5t后都能穩(wěn)定工作并對(duì)泵量變化作出準(zhǔn)確及時(shí)的反應(yīng)，泵量自700L/min以上液動(dòng)沖擊器即可起動(dòng)工作，當(dāng)提起鉆具時(shí)液動(dòng)錘即停止工作，其防空打功能靈活可靠，可有效保證鉆進(jìn)過程中泵量不減小，沖孔排渣時(shí)液動(dòng)錘不工作，有效保護(hù)鉆具。隨著泥漿泵的排量變化，液動(dòng)沖擊器的沖擊頻率和沖擊功名顯增大，鉆進(jìn)效率提高，當(dāng)泥漿泵排量從750L/min增加到950L/min時(shí)，泵壓至1.8MPa提高到2.5MPa，鉆進(jìn)效率相比可提高30%以上，鉆壓和回轉(zhuǎn)速度增大鉆進(jìn)效率也可提高其中鉆壓因素影響較大，回轉(zhuǎn)速度增加對(duì)鉆進(jìn)效率提高相對(duì)較小，正常轉(zhuǎn)速在25～60轉(zhuǎn)/min為宜，可根據(jù)地層硬度適當(dāng)調(diào)整轉(zhuǎn)速及鉆壓。

5 液動(dòng)沖擊器在煤氣鉆井中的應(yīng)用效果

根據(jù)液動(dòng)沖擊器的性能及特點(diǎn)，針對(duì)脆性和堅(jiān)硬巖石地層，液動(dòng)沖擊器效率明顯提高，比常規(guī)三牙輪鉆頭效率提高30%以上。液動(dòng)沖擊器匹配性良好，適合用與各種煤層氣鉆井設(shè)備匹配，且液動(dòng)沖擊器性能可靠，在巖石較硬、常規(guī)牙輪鉆頭回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)困難時(shí)，采用液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)能明顯提高鉆進(jìn)效率。并且有效的減少了煤層在沖洗液的浸泡時(shí)間，降低了因?yàn)闆_洗液長時(shí)間浸泡煤層而造成煤層透氣性降低，造成采氣量底的危害，為下一步煤層氣的開采盡可能創(chuàng)造良好的環(huán)境。

6 結(jié)論

由于大口徑液動(dòng)沖擊器還在起步階段，還存在一些不足:①現(xiàn)在還沒形成大批量生產(chǎn)規(guī)模，沒有與之相匹配特定鉆頭，雖然可以用普通牙輪鉆頭代替，但會(huì)降低牙輪鉆頭的使用壽命。②液動(dòng)沖擊器在使用過程中沖擊功很高，使設(shè)備震動(dòng)厲害，設(shè)備螺栓易松動(dòng)，需要經(jīng)常緊固，帶來不必要的麻煩，液動(dòng)沖擊器比較使用與較硬及脆性巖層，松軟巖層效果不明顯。

在使用液動(dòng)沖擊器時(shí)，建議盡量不要用于較弱的地層 (比如表土、泥巖等)，選鉆頭時(shí)要選性能良好的鉆頭，鉆進(jìn)中盡量控制好壓力及轉(zhuǎn)速延長鉆頭使用壽命，下孔前檢查沖擊器是否正常，避免下孔后不工作，常檢查設(shè)備各連接處是否連接完好，有松動(dòng)及時(shí)緊固。

［1］武漢地質(zhì)學(xué)院等．鉆探工藝學(xué)［M］．北京:地質(zhì)出版社，1981，7.

［2］蘇長壽，謝文衛(wèi)，楊澤等．系列高效液動(dòng)錘的研究與應(yīng)用［J］．探礦工程:巖土粘掘工程.2010，3:36－39.