氣舉反循環鉆井工藝及應用

蘇 醒，王 萬，楊潞鴻東北煤田地質局一〇三勘探隊，遼寧沈陽 110013

氣舉反循環鉆井工藝及應用

蘇 醒，王 萬，楊潞鴻
東北煤田地質局一〇三勘探隊，遼寧沈陽 110013

氣舉反循環鉆井工藝的發展較晚，但由于此工藝實用性強、優點多，近些年來發展迅速。氣舉反循環在水井、地熱井、瓦斯排放井等施工中均取得了非常好的成果。由于受沉沒系數的限制，氣舉反循環工藝不能勝任地表鉆進，因此在施工地表鉆進時需合理選擇其它鉆進方法。

氣舉反循環；瓦斯抽放井；水井；地熱井

1 氣舉反循環的發展史

20 世紀60年代初期，我國地質、冶金等部門開始分別研制反循環鉆機。煤炭部門20世紀70年代初期成功的采用了氣舉反循環進行煤礦豎井鉆進。20世紀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鉆進工藝進行各種鉆進。目前氣舉反循環鉆探技術己在我國許多個省市推廣，并推向國外市場，該技術最大鉆井深度達3 002m，洗井井深為3 200m。氣舉反循環鉆井己成為水井、地熱井、瓦斯排放井、煤層氣井施工的主要技術手段。

2 氣舉反循環設備及工作原理

2.1 氣舉反循環的設備

氣舉反循環設備包括：鉆機、鉆塔、空壓機、雙臂主動方鉆桿、氣水龍頭（氣盒子）、雙臂鉆桿（風管）、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 氣舉反循環的工作原理

氣舉反循環是用空壓機將壓縮的空氣通過供氣管、氣盒子、雙臂主動方鉆桿、雙臂鉆桿的環狀空間送至鉆具中的混合室，然后進入雙臂鉆桿內管內，使其與內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，使鉆桿內液柱壓力降低，在鉆桿內外形成壓力差；在鉆桿柱外側沖洗液壓力的作用下，鉆桿內的混合物上升，經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形成循環。

壓縮空氣由混合室進入鉆桿內，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膨脹，其膨脹功轉化為動能，提高了混合液上升的速度。氣舉反循環通常下部鉆具為單臂鉆桿，上部為雙臂鉆桿。在混合室以下，鉆桿內為固、液混合物，混合室以上為固、液、氣混合物。

3 氣舉反循環的應用及成果

3.1 在瓦斯抽放井中的應用及成果

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。由于當地地層穩定不易坍塌，適合氣舉反循環鉆進，且此鉆井方法具有管路平直的優點，因此選用氣舉反循環鉆井。

3.1.2 鉆具組合及鉆進參數

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。

鉆 壓 30-70KN

風 壓 1.0-1.5Mpa轉 速 40-60r/min

3.1.3 取得的成果

采用氣舉反循環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，滿足設計要求；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眼水井完井后進行了大流量、大降深、長時間的抽水試驗，在抽水過程中有11眼水井出現水量減少的情況，抽水試驗結束后對15眼水井進行檢驗，分析是由于垮塌、掉塊、涌砂淤塞等所致。根據實際情況，結合各鉆探工藝的優點，選擇氣舉反循環鉆進技術進行修井。

3.2.2 鉆具組合及鉆進參數

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。

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

3.2.3 取得的成果

與常規的正循環鉆進技術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度，而且井內安全未出現卡、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，經再次進行群井抽水試驗，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的出水量。

4 氣舉反循環的優點

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

2）與泵吸反循環和射流反循環相比，氣舉反循環可用于較深的鉆孔；

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

4）氣舉反循環鉆進井眼平直，不易堵塞，上返的混合物不經任何工作機械，設備磨損小；

5）氣舉反循環鉆進時，沖洗液攜帶的巖屑巖粉從鉆桿柱內上返到地表，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）氣舉反循環鉆進成井質量好、輔助時間少、勞動強度低。

5 結論

氣舉反循環鉆進發展較晚，由于氣舉反循環鉆進效率高、孔底清潔、事故少、成本低、成井質量好等優點，近些年來發展迅速，并取得了很好的成果。 由于受沉沒系數的限制，氣舉反循環還不能勝任地表鉆進，因此，在開孔階段要選用其它鉆井工藝。在實際生產中要結合實際情況，合理的選擇鉆探工藝，在能達到要求的基礎上，可以選擇多種鉆探工藝完井，不僅提高工作效率，同時也能獲得更大的經濟效益。

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1674-6708（2011）57-0150-02