空壓機(jī)鉆井技術(shù)在鉆探工程現(xiàn)代化中的應(yīng)用

王 超

（1.河北省煤田地質(zhì)局第四地質(zhì)隊， 河北 張家口 075100；2.河北省礦山生態(tài)修復(fù)與資源綜合利用研究中心， 河北 張家口 075100）

0 引言

隨著鉆探工程技術(shù)現(xiàn)代化的飛速發(fā)展，空壓機(jī)鉆井技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在鉆探工程領(lǐng)域，技術(shù)人員紛紛關(guān)注空壓機(jī)鉆井技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用?？諝忏@井技術(shù)在提高開采效率、降低成本及減少環(huán)境污染等方面具有重要意義。空壓機(jī)作為一種重要的設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于鉆探工程各個方面。空壓機(jī)主要提供動力源和壓縮空氣，為鉆探設(shè)備提供所需的空氣和動力，保障鉆探工程工作的順利進(jìn)行[1-3]。

1 空壓機(jī)結(jié)構(gòu)組成

1）空氣壓縮設(shè)備是空氣鉆井技術(shù)的核心設(shè)備之一，其主要作用是將大氣中的空氣吸入，通過壓縮機(jī)的壓縮作用提高空氣的壓力，并將壓縮后的空氣輸送到鉆井中。在選擇空氣壓縮設(shè)備時，需要綜合考慮設(shè)備的功率、效率、可靠性以及維護(hù)成本等因素。常用的空氣壓縮設(shè)備包括螺桿式空氣壓縮機(jī)、往復(fù)式空氣壓縮機(jī)和離心式空氣壓縮機(jī)等[4-5]。

2）管道設(shè)備是將壓縮空氣從空氣壓縮設(shè)備輸送到鉆井的通道，包括高壓管道、中壓管道和低壓管道等不同等級的管道。選擇管道設(shè)備時，需要考慮管道的材質(zhì)、直徑和壁厚等因素，確保壓縮空氣的輸送效率和安全性。

3）在空氣鉆井過程中，需要對鉆井內(nèi)的氣體進(jìn)行監(jiān)測和控制。除塵設(shè)備通常包括過濾器、旋風(fēng)分離器和袋式過濾器等，用于過濾和清除鉆井內(nèi)的大顆粒雜質(zhì)和有害氣體。監(jiān)測設(shè)備包括氣體分析儀、壓力傳感器和溫度傳感器等，用于實時監(jiān)測鉆井內(nèi)的氣體成分、壓力和溫度等參數(shù)。

4）在空氣鉆井過程中，需要不斷地向鉆井內(nèi)注入新鮮空氣以保持通風(fēng)良好。同時，還需要將鉆井內(nèi)的廢氣和巖屑排出。通風(fēng)設(shè)備通常包括軸流式通風(fēng)機(jī)和離心式通風(fēng)機(jī)等，用于向鉆井內(nèi)注入新鮮空氣。排放設(shè)備包括排氣管路和排放泵等，用于將廢氣和巖屑排出鉆井。

2 空壓機(jī)運行原理

2.1 吸氣過程

空壓機(jī)工作原理的第一環(huán)節(jié)是吸氣過程，空氣進(jìn)入后隨著轉(zhuǎn)子的運動，陽轉(zhuǎn)子的齒不斷地從陰轉(zhuǎn)子的齒槽中脫離出來，此時齒間容積也不斷擴(kuò)大，并與吸氣口保持連通。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，齒間容積達(dá)到了最大值，并在此位置齒間容積與吸氣口斷開，吸氣過程結(jié)束。

2.2 壓縮過程

隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，被密封在齒間容積中的氣體所占據(jù)的體積也隨之減少，導(dǎo)致氣體壓力升高，從而實現(xiàn)了空壓機(jī)工作原理的第二個環(huán)節(jié)，壓縮過程。

2.3 排氣過程

當(dāng)齒間容積與排氣口連通后，便開始了排氣過程。排氣過程一直持續(xù)到齒末端的型線完全嚙合為止。齒間容積內(nèi)的氣體通過排氣口被完全排出，封閉的齒間容積的體積將變?yōu)榱?，此時，空壓機(jī)便完成了排氣過程。

3 應(yīng)用效果

3.1 提高鉆井效率

鉆井過程中，提供高壓空氣就可以得到正常的動力和工作效率，從而減少了工作時間和勞動力的浪費，提高了鉆井效率。

3.2 提高鉆井質(zhì)量

使用空壓機(jī)還可以提高鉆井質(zhì)量。例如，在清潔井底時，高壓空氣可以將巖層碎片沖出井底，從而減少井底殘留物的影響。此外，空壓機(jī)提供的高壓空氣還可以清洗井孔，保證井孔干凈整潔。

3.3 降低鉆井成本

使用空壓機(jī)可以降低鉆井成本。例如，在清潔井底時，高壓空氣可以減少井底殘留物的影響，從而減少下一步操作的難度和時間。此外，空壓機(jī)還可以提高工作效率，減少鉆機(jī)的停機(jī)時間，從而減少生產(chǎn)成本。

使用鉆探工程用空壓機(jī)，能夠提高鉆井效率、提高鉆井質(zhì)量，并且能夠降低鉆井成本，具有顯著的應(yīng)用效果。因此，鉆機(jī)用空壓機(jī)成為石油、天然氣和地?zé)岬阮I(lǐng)域中不可或缺的設(shè)備。

4 應(yīng)用特點

在鉆探工程中，空壓機(jī)具備可靠性和穩(wěn)定性的特點，應(yīng)用廣泛且效果良好，能夠滿足各種工程需求。

4.1 應(yīng)用高效

鉆機(jī)用空壓機(jī)具有高效的鉆進(jìn)速度和效率，能夠快速完成鉆探工程任務(wù)。這主要得益于能夠利用壓縮空氣來驅(qū)動鉆頭旋轉(zhuǎn)。相比傳統(tǒng)的液壓鉆機(jī)，空壓機(jī)具有更高的能源利用效率和鉆進(jìn)速度。

4.2 綠色環(huán)保

空壓機(jī)鉆井方法使用壓縮空氣作為動力源，無需使用大量液體，不會對環(huán)境造成污染和水資源浪費，具有環(huán)保節(jié)能的特點。

4.3 類型多樣

根據(jù)不同的需求和應(yīng)用環(huán)境，鉆探工程中使用的空壓機(jī)有多種類型，如螺桿式、移動式、履帶式和車載式等，可以滿足不同工程項目的需求。

4.4 滿足不同要求

鉆探工程用空壓機(jī)通常需要滿足高壓力、大流量和低噪音等要求，確保鉆探工程順利進(jìn)行。例如，一些空壓機(jī)要具備防爆功能，才能在易燃易爆的環(huán)境中安全使用。

4.5 可靠性高

鉆探工程用空壓機(jī)必須具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，能夠在惡劣的環(huán)境條件下正常運行，并能夠承受高強(qiáng)度的工作負(fù)載。

4.6 能耗較低

為了降低工程成本和資源消耗，鉆探工程用空壓機(jī)通常需要具備較高的能效比和較低的能耗，以確保工程的可持續(xù)性和經(jīng)濟(jì)性。

4.7 維護(hù)方便

鉆探工程用空壓機(jī)的零部件和保養(yǎng)組件應(yīng)容易更換，便于維護(hù)人員進(jìn)行保養(yǎng)和維修，確保設(shè)備正常運行，延長其使用壽命。

工程用空壓機(jī)必須具備高效、綠色、可靠性和穩(wěn)定性高的特點，能夠滿足各種工程需求。同時，設(shè)備的能耗和維護(hù)成本也需要考慮，以降低工程成本和資源消耗。

5 應(yīng)用技術(shù)分析

5.1 鉆進(jìn)技術(shù)

在空氣鉆井中，鉆進(jìn)技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)之一。采用合理的鉆進(jìn)技術(shù)可以有效提高鉆井效率，降低成本。常用的鉆進(jìn)技術(shù)有沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、噴風(fēng)鉆進(jìn)和潛孔錘鉆進(jìn)等。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)是在壓縮空氣驅(qū)動下，通過沖擊器和回轉(zhuǎn)器實現(xiàn)快速破碎巖石的鉆進(jìn)方法。噴風(fēng)鉆進(jìn)是通過向切削具噴出高速氣流，實現(xiàn)破巖的鉆進(jìn)方法。潛孔錘鉆進(jìn)是利用潛孔錘對巖石進(jìn)行沖擊破碎的鉆進(jìn)方法。在選擇鉆進(jìn)技術(shù)時，需要綜合考慮地質(zhì)條件、施工要求和經(jīng)濟(jì)性等因素。

5.2 氣體循環(huán)技術(shù)

在空氣鉆井中，氣體循環(huán)技術(shù)是實現(xiàn)高效開采的重要手段之一。氣體循環(huán)技術(shù)是指將壓縮空氣通過管道設(shè)備輸送到鉆井內(nèi)，利用高壓氣流的作用沖洗井底的巖屑，并將其攜帶至地面，同時，將廢氣排出鉆井。為了實現(xiàn)高效的氣體循環(huán)，需要合理控制壓縮空氣的壓力、流量和方向，還需要保持鉆井內(nèi)氣體成分穩(wěn)定，巖屑排出順暢。

6 常見故障分析

6.1 常見故障現(xiàn)象與原因

1）氣壓不足是空壓機(jī)最常見的故障之一。其主要原因包括氣缸、活塞和活塞環(huán)等部件磨損或損壞，導(dǎo)致密封性能下降，氣體泄漏增加；空氣濾清器堵塞，導(dǎo)致進(jìn)氣量減少；壓縮機(jī)的負(fù)載過大，導(dǎo)致電機(jī)過載等。

2）空壓機(jī)的溫度過高也是常見的故障之一。其主要原因包括潤滑不良、冷卻系統(tǒng)故障和電機(jī)過載等。此外，環(huán)境溫度過高、連續(xù)高負(fù)載運行也會導(dǎo)致空壓機(jī)的溫度過高。

3）異常噪音是空壓機(jī)故障的另一種表現(xiàn)形式。其主要原因包括軸承損壞、皮帶打滑、氣缸松動和活塞損壞等。此外，壓縮機(jī)內(nèi)部的進(jìn)氣、排氣閥損壞也會導(dǎo)致異常噪音。

6.2 可能造成的后果

氣壓不足、溫度過高和異常噪音等故障對空壓機(jī)的工作性能和使用壽命都會產(chǎn)生負(fù)面影響。首先，這些故障會導(dǎo)致壓縮機(jī)的效率和功率下降，影響鉆機(jī)的正常工作。其次，這些故障會導(dǎo)致壓縮機(jī)的磨損加劇，縮短其使用壽命。此外，溫度過高還可能引發(fā)火災(zāi)等安全事故。因此，及時排除這些故障，對于保證鉆機(jī)的正常工作和安全性至關(guān)重要。

6.3 常見故障排除方法

1）對于已經(jīng)磨損或損壞的部件，如氣缸、活塞和活塞環(huán)等，需要進(jìn)行更換。更換配件可以大大提高空壓機(jī)的密封性能和工作效率。

2）對于出現(xiàn)松動的部件，如軸承、皮帶輪等，需要進(jìn)行加固和調(diào)整。維修受損部件可以消除異常噪音和震動，提高壓縮機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。

3）對于出現(xiàn)氣壓不足和溫度過高的情況，可以通過調(diào)整參數(shù)來解決。例如，可以調(diào)整壓縮機(jī)的負(fù)載和卸載時間來提高壓縮機(jī)的效率。同時，可以檢查冷卻系統(tǒng)的運行狀況，確保良好的散熱效果。

6.4 預(yù)防性維護(hù)措施

采取預(yù)防性維護(hù)措施，可以避免和減少空壓機(jī)故障發(fā)生。

1）定期對壓縮機(jī)的各個部件進(jìn)行檢查，如氣缸、活塞、活塞環(huán)和軸承等，檢查冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)的工作狀況，發(fā)現(xiàn)異常要及時處理。

2）定期對壓縮機(jī)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，包括更換空氣濾清器、清洗冷卻系統(tǒng)等。此外，要定期檢查皮帶、潤滑系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的工作狀況，確保壓縮機(jī)正常運行。

3）根據(jù)壓縮機(jī)的使用情況和實際需求，制定合理的檢修計劃。檢修計劃應(yīng)包括定期檢查、保養(yǎng)維修和大修等環(huán)節(jié)，確保壓縮機(jī)在使用過程中得到充分的維護(hù)和保養(yǎng)。

4）對操作和維護(hù)人員進(jìn)行定期培訓(xùn)與教育，提高相關(guān)人員對壓縮機(jī)維護(hù)保養(yǎng)的意識和技能水平。

7 應(yīng)用趨勢

7.1 向環(huán)保、高效的方向發(fā)展

隨著環(huán)保意識的提高和能源消耗的降低，空氣鉆井技術(shù)正在向更加環(huán)保、高效的方向發(fā)展。因此，空壓機(jī)也正在朝著更加環(huán)保、高效的方向發(fā)展。例如，一些新型的空壓機(jī)采用了節(jié)能技術(shù)，能夠提供更高效、更節(jié)能的壓縮空氣，從而降低了能源消耗和污染物排放。

7.2 應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，空氣鉆井的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大。例如，在天然氣、地?zé)岬阮I(lǐng)域，空氣鉆井技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用。

7.3 智能化、自動化水平不斷提高

空壓機(jī)的智能化、自動化水平也在不斷提高。通過與傳感器、計算機(jī)等技術(shù)的結(jié)合，可以實現(xiàn)自動化控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能，從而提高空壓機(jī)的運行效率和使用安全性。

空壓機(jī)在空氣鉆井中的應(yīng)用前景和趨勢呈現(xiàn)出環(huán)保、高效、智能化、可靠性和耐久性等特點。這些特點不僅符合市場需求和行業(yè)發(fā)展趨勢，也符合空壓機(jī)技術(shù)發(fā)展的趨勢。

8 結(jié)語

鉆探工程是我國開發(fā)礦產(chǎn)能源領(lǐng)域的重點之一，對于社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。在鉆探工程中，鉆井是一項關(guān)鍵技術(shù)，而空壓機(jī)鉆井技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化工程中。本文通過對鉆探工程中空壓機(jī)鉆井技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)行深入研究和分析，得出了以下結(jié)論：空壓機(jī)鉆井技術(shù)在鉆探工程中具有明顯優(yōu)勢，安全、高效和經(jīng)濟(jì)地應(yīng)用空氣鉆井技術(shù)，可以顯著提高鉆井效率、降低成本，并且對環(huán)境保護(hù)具有積極作用。同時，該技術(shù)還具有對地層適應(yīng)性較強(qiáng)等特點，可以適應(yīng)不同類型地層的鉆井需求。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，相信空壓機(jī)鉆井技術(shù)在現(xiàn)代化鉆探工程、礦產(chǎn)資源開發(fā)領(lǐng)域會發(fā)揮越來越重要的作用。