鉆機車及其配套設備在阜康煤層氣開發中的應用

牛明遠

(新維吾爾自治區疆煤田地質局安全勘查技術處，新疆 830091)

鉆機車及其配套設備在阜康煤層氣開發中的應用

牛明遠

(新維吾爾自治區疆煤田地質局安全勘查技術處，新疆 830091)

本文介紹了阜康礦區煤層氣鉆井施工中，煤層氣鉆機車、泥漿罐、柴油機、泥漿泵等設備的技術參數和應用效果，通過與常規油氣勘探所應用的設備進行對比，并結合生產實際，提出了煤層氣鉆機車及其配套設備在煤層氣勘探施工的改進措施。

煤層氣 鉆機車 配套設備 施工應用

在《新疆煤層氣勘查開發利用(2011～2020年)實施方案》中，準南煤田阜康礦區白楊河區塊已被確定為新疆煤層氣重點勘查開發示范區，并在先期重點開發建設。在該示范區鉆探施工的隊伍有煤田、有色、地礦、石油等9家單位，新疆煤田地質局積極開拓煤層氣勘探市場，率先引進了1000Y型煤層氣鉆機車及其配套設備，在2014～2015年共完成鉆井6口，累計鉆探進尺6332.55m。

1 煤層氣鉆機車

1000Y型煤層氣鉆機車屬于液壓缸-鋼絲繩傳動型主動加壓鉆機，司鉆可以通過加壓減壓鉆進手輪控制鉆壓，在淺層鉆進過程中，可實現穩定加壓，相比常規石油鉆機機械鉆速更快，效率更高。煤層氣鉆機車具有體積小，可自行移動的特點，其安裝簡便，孔間搬遷時間短，在同一平臺施工多口鉆井時，特別是在南疆地形復雜的山區，施工時具有優勢。煤層氣鉆機車沒有高空鉆臺，避免了施工人員的高空作業，安全系數較高。在此對比了在同一區塊相鄰井場，1000Y型煤層氣鉆機車和ZJ20型常規石油鉆機的施工概況見表1。各井二開鉆具組合見表2。

表1 1000Y型煤層氣鉆機車和ZJ20型鉆機施工概況對比

表2 各井二開鉆具組合

從表1中可以看出，由于1000Y鉆機車配備了液壓鉗和液壓絞車，配合可擺動的動力頭，可以完成擰卸鉆具以及起吊重物等工作，減少了其他輔助設備，在接單根、擴孔劃眼等輔助時間要少于ZJ20型鉆機。但鉆機車受伸縮桅桿高度和提升裝置限制，不能上下兩根鉆桿，在起下鉆作業上消耗時間較多，導致1000Y型鉆機車比ZJ20型鉆機的鉆井周期要長。

綜合表1和表2，在施工直井時，兩臺鉆機二開使用的鉆具組合相似，純鉆時間相差不多，機械鉆速相近。在施工定向井時，ZJ20型鉆機在純鉆時間上要明顯減少很多。1000Y型煤層氣鉆機車在施工定向井FS-19井過程中，沒有裝配加重鉆桿，為了保證造斜強度和孔內鉆壓傳遞，只是在施工直井二開鉆具組合中減少了3根φ159mm鉆鋌，在施工566～711m穩斜井段時，累計純鉆時間44.6h，機械鉆速為3.25m/h，施工效率低。

2 泥漿罐

泥漿罐通常由2至7個模塊化組合罐體組成，可以根據鉆探目的和施工深度增加或者減少罐體，白楊河區塊煤層氣鉆孔設計深度均為1000m左右，故施工隊伍裝配了兩個泥漿罐。兩個罐與罐之間、倉與倉之間即能隔開，又能聯通，滿足了鉆井作業的需要。該區塊以往的煤層氣開發鉆井實踐過程中，未鉆遇常規天然氣層，且煤層壓力低、游離氣少，煤層氣中不含H2S等有毒氣體，根據泥漿罐上空間布局，凈化設備配備了振動篩和除泥除砂器。

煤層氣鉆機車裝配的泥漿罐有以下幾個特點：

(1)配備雙聯振動篩，具有振動強度高、篩分面積大、篩箱角度可調等特點；除泥除砂器是將除砂旋流器和除泥旋流器以及底流振動篩合三為一，實現了兩級固控，具有結構緊湊、占用空間面積小、功能強大的特點。

(2)煤層氣鉆機車沒有二層平臺，泥漿需從井口經地面流向泥漿池，泥漿池中架設長桿泵，再將池中的泥漿抽到泥漿罐中。泥漿池要求有一定容量，且長方形為宜，能起到沉砂的效果。泥漿池中長桿泵的流量要與泥漿泵的排量相匹配，且最好裝配兩個長桿泵，一備一用。

3 柴油機和泥漿泵

柴油機通過液力偶合器將動力傳輸給泥漿泵，柴油機型號為12V190。液力偶合器相對于傳統的柴油機經減速箱、離合器、皮帶驅動泥漿泵，具有以下優勢：①取消了皮帶傳動，避免了因為皮帶拉伸而經常調整皮帶弦緊度的弊病；②具有離合器功能，當柴油機不停機時，且在任何轉速下，通過使用壓縮空氣開關閥控制耦合器沖油排油，可以在沒有任何沖擊和磨損的情況下，平穩的進行離合。

煤層氣鉆機車配備1300型泥漿泵，150mm直徑缸套，柴油機轉速1200轉/分時，泥漿泵沖次約為95次/分，排量為26L/s。施工參數井580～719m取心段時，采用φ215.9mmPDC取心鉆頭+繩索取心鉆具+φ127mm鉆桿鉆進，初期為防止大泵量造成取心采取率低，調整柴油機轉速至800轉/分，且打開高壓閥門組的回水閘閥，希望通過分流，減少到達孔底的泥漿排量，經測量泥漿到達孔底的排量在10 L/s左右，泵壓為0.9MPa，取心效果較好。但由于配備的柴油機為高速柴油機，柴油機轉速不宜長時間低于1000轉/分工作，且閥門組回水閘閥不適用于作為節流使用，閘板易受泥漿沖蝕，維修成本較高。嘗試將柴油機轉速調至1000轉/分，關閉回水閘閥，泥漿到達孔底的排量在20 L/s左右，泵壓為2.1MPa。取心效果沒有受影響，只是取心內管總成磨損加快。在取煤時，柴油機轉速控制在850轉/分，降低泥漿泵排量，保證煤心采取率。

4 問題及改進

(1)煤層氣鉆機車在新疆煤層氣勘探開發中的應用還屬首次，其相對于常規石油鉆機具有主動加壓鉆進、體積小、集成化程度高、可自行移動等特點，在淺層及多山地區煤層氣施工應用前景十分廣闊。同時，鉆機車存在起下鉆時間較長的問題，可嘗試裝配換桿裝置，減少鉆井周期，提高施工效率。

(2)在使用鉆機車施工定向井時，由于鉆鋌剛性太強，鉆具加壓后壓力很難傳遞到鉆頭，出現托壓現象，造成進尺緩慢。因此在今后施工定向井時，應優化鉆具組合，減少鉆鋌數量，配合使用加重鉆桿，提高鉆進效率。

(3)施工隊伍使用的泥漿罐為平底結構，使用過程中在罐底邊緣易形成泥漿材料堆積，造成泥漿材料浪費，推廣使用錐底結構的泥漿罐。

(4)阜康礦區煤系地層中含有大量粉砂巖、細砂巖，使用振動篩和除泥除砂器的二級固控，不能滿足有害固相的控制，泥漿密度實測較大，不利于儲層保護，應在泥漿罐上裝配使用離心機，嚴格控制泥漿含砂量和固相含量。

(5)使用大功率泥漿泵施工生產參數井，因泥漿排量與取芯工具不匹配，會造成油料和鉆井材料成本上的浪費，施工現場應配備小功率泥漿泵和相配套的柴油機。

[1] 劉兵.新疆煤層氣勘查開發利用(2011-2020年)實施方案獲批[N].中國礦業報,2013-5-16.

[2] 常玉連,李軍,任福深,等.具有主動加壓鉆進功能鉆機的技術發展[J].石油機械,2013,41(1)：1-5.

[3] 姚彤寶,張春林,劉曉剛.大口徑繩索取心鉆具在特厚軟煤中的取心應用[J]. 探礦工程( 巖土鉆掘工程),2012,39(12):25-28.

[4] 王喆,煤層氣排采技術[M].北京:石油工業出版社,2013:118-120.

[5] 王坤.SMJ系列煤層氣鉆機的應用[J].科技創業家,2013,01(下)：138.

[6] 馬居利.定向井托壓問題的研究[J]. 中國石油和化工標準與質量, 2013,6月(上)：134.

[7] 王聯浩.陜北米108鹽井定向鉆井工藝技術[J].中國煤炭地質,2013,25(1):62-64.

(責任編輯 劉 馨)

Application of Drilling Rig Truck and Its Matching Equipment in CBM Development of Fukang Mine

NIU Mingyuan

(Security Exploration and Technology Department, Xinjiang Bureau of Coal Geological Exploration, Xinjiang 830091)

The authors introduces technical parameters and application effect of drilling rig truck, mud tank, diesel engines and mud pump, which used in Fukang CBM well drilling construction. By comparing with the equipment used in conventional oil and gas resource exploration, and combined with the production practice, improving measures are proposed for the drilling rig truck and its matching equipment.

CBM; drilling rig truck; matching equipment; construction application

牛明遠，男，鉆探工程師，碩士，主要從事煤田、煤層氣鉆探施工及安全生產研究