液動沖擊器在煤層氣鉆井中的應用

栗學彬

(河南省煤田地質局豫中公司，河南 450053)

CZ-205號煤層氣井地層主要以較密性泥巖、沙質泥層及代石為主的細料砂巖為主。為了提高鉆井效率，針對脆性、堅硬巖石以及石英、長石為主的細粒砂巖等較為堅硬難鉆地層，以及深部地層空氣潛孔錘鉆進效率低等特點，采用液動沖擊器鉆井工藝，經驗證能明顯提高鉆進效率。

1 設備及鉆具組合

1.1 設備

德國寶峨RB50車載鉆機一臺，提升能力:55t，自重:39t，扭矩:32KN/m。

車載空壓機:30m3/2.7MPa，動力機:352kW，轉速: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氣動沖擊器+φ290mm扶正器φ159mm鉆鋌2根+φ127鉆桿+動力頭

(2)二開鉆具組合。

φ215.9牙輪鉆頭 +φ190液動沖擊器 +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+動力頭。

1.3 鉆頭選擇

根據液動沖擊器的要求，選著三牙輪鉆頭。

2 CZ-205號煤層氣井地層及技術參數

2.1地層

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

2.2 技術要求

設計孔深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 對沖洗液的要求及凈化

3.1 煤層氣井對沖洗液的要求標準

CZ-205號煤層氣生產井為全孔無心鉆井，對沖洗液的要求極高，正好符合了液動沖擊器對沖洗液的要求。二開采用清水鉆進，鉆井液不準加入任何化學添加劑，嚴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 液動沖擊器對沖洗液的要求

液動沖擊器對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下降，致使效率降低。

3.3 沖洗液的凈化

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

4 液動沖擊器技術參數及性能

4.1 液動沖擊器技術參數

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

4.2 液動沖擊器的性能

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

5 液動沖擊器在煤氣鉆井中的應用效果

根據液動沖擊器的性能及特點，針對脆性和堅硬巖石地層，液動沖擊器效率明顯提高，比常規三牙輪鉆頭效率提高30%以上。液動沖擊器匹配性良好，適合用與各種煤層氣鉆井設備匹配，且液動沖擊器性能可靠，在巖石較硬、常規牙輪鉆頭回轉鉆進困難時，采用液動沖擊回轉鉆進能明顯提高鉆進效率。并且有效的減少了煤層在沖洗液的浸泡時間，降低了因為沖洗液長時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造良好的環境。

6 結論

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

在使用液動沖擊器時，建議盡量不要用于較弱的地層 (比如表土、泥巖等)，選鉆頭時要選性能良好的鉆頭，鉆進中盡量控制好壓力及轉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，常檢查設備各連接處是否連接完好，有松動及時緊固。

［1］武漢地質學院等．鉆探工藝學［M］．北京:地質出版社，1981，7.

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