氣舉反循環(huán)工藝在紅菱煤礦瓦斯抽放井中的應用

田忠福

(東北煤田地質(zhì)局一O三勘探隊，遼寧 遼陽111000)

1 工程概況

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

表1

2 地質(zhì)概況

本項工程為沈煤集團大井徑瓦斯抽放立井，根據(jù)實鉆資料與收集資料對比，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，故未對地層進行詳細劃分。

3 氣舉反循環(huán)工藝原理

氣舉反循環(huán)是用壓風機將壓縮的空氣通過供氣管、氣水龍頭、雙臂主動方鉆桿、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

4.1 氣舉反循環(huán)的優(yōu)點

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，減少了鉆頭重復作業(yè)，提高了鉆進效率和鉆頭的使用壽命;同時攜帶到地表巖屑可作為鑒別地層的巖樣，達到了連續(xù)取芯的目的，提高了純鉆進時間。

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，簡化泥漿系統(tǒng)，同時也達到了洗井的效果，大大降低了成本。

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

5)氣舉反循環(huán)鉆進時，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開采層。

6)氣舉反循環(huán)鉆進成井質(zhì)量好、輔助時間少、勞動強度低。

4.2 氣舉反循環(huán)的缺點

1)孔深小于7m(理論值)時，氣舉反循環(huán)不能實現(xiàn)，因為孔深較淺時，孔中形成不了上返流體所需的最小壓力差。在實際生產(chǎn)過程中建議孔深超過30m時再采用此方法鉆進。

2)氣舉反循環(huán)鉆進所需的鉆具復雜，鉆具重量較大，因此對鉆塔、天車等設備要求高。

3)氣舉反循環(huán)鉆進所使用的雙臂鉆桿(風管)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，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間。

5 鉆井設備及型號

5.1 主要設備及型號

5.2 其他設備

(1)泥漿凈化、循環(huán)處理系統(tǒng)

(2)配電系統(tǒng)及輔助設備

(3)KST－2000型地質(zhì)自動鉆時儀

(4)100T指重表及死繩固定器

6 施工注意事項及解決措施

6.1 開孔時不能采用氣舉反循環(huán)

孔深小于7m(理論值)時，氣舉反循環(huán)鉆井工藝不能實現(xiàn)，因為孔深較淺時，孔中形成不了返流體所需的最小壓力差。

解決措施:開孔時采用沖擊回轉(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)鉆進所使用的風管內(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間。

7 工程總結(jié)

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

本次施工的輔助時間較多，主要是維修風管、空壓機等易損部件，因此建議現(xiàn)場應配備兩臺空壓機，風管等易損部件應準備充。

[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用手冊[M].北京:中國知識出版社.2006.