空壓機鉆井技術在鉆探工程現代化中的應用

王 超

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

0 引言

隨著鉆探工程技術現代化的飛速發展，空壓機鉆井技術得到了越來越廣泛的應用。在鉆探工程領域，技術人員紛紛關注空壓機鉆井技術的研發和應用。空氣鉆井技術在提高開采效率、降低成本及減少環境污染等方面具有重要意義。空壓機作為一種重要的設備，被廣泛應用于鉆探工程各個方面。空壓機主要提供動力源和壓縮空氣，為鉆探設備提供所需的空氣和動力，保障鉆探工程工作的順利進行[1-3]。

1 空壓機結構組成

1）空氣壓縮設備是空氣鉆井技術的核心設備之一，其主要作用是將大氣中的空氣吸入，通過壓縮機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。在選擇空氣壓縮設備時，需要綜合考慮設備的功率、效率、可靠性以及維護成本等因素。常用的空氣壓縮設備包括螺桿式空氣壓縮機、往復式空氣壓縮機和離心式空氣壓縮機等[4-5]。

2）管道設備是將壓縮空氣從空氣壓縮設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。選擇管道設備時，需要考慮管道的材質、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，需要對鉆井內的氣體進行監測和控制。除塵設備通常包括過濾器、旋風分離器和袋式過濾器等，用于過濾和清除鉆井內的大顆粒雜質和有害氣體。監測設備包括氣體分析儀、壓力傳感器和溫度傳感器等，用于實時監測鉆井內的氣體成分、壓力和溫度等參數。

4）在空氣鉆井過程中，需要不斷地向鉆井內注入新鮮空氣以保持通風良好。同時，還需要將鉆井內的廢氣和巖屑排出。通風設備通常包括軸流式通風機和離心式通風機等，用于向鉆井內注入新鮮空氣。排放設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 空壓機運行原理

2.1 吸氣過程

空壓機工作原理的第一環節是吸氣過程，空氣進入后隨著轉子的運動，陽轉子的齒不斷地從陰轉子的齒槽中脫離出來，此時齒間容積也不斷擴大，并與吸氣口保持連通。隨著轉子的旋轉，齒間容積達到了最大值，并在此位置齒間容積與吸氣口斷開，吸氣過程結束。

2.2 壓縮過程

隨著轉子的旋轉，被密封在齒間容積中的氣體所占據的體積也隨之減少，導致氣體壓力升高，從而實現了空壓機工作原理的第二個環節，壓縮過程。

2.3 排氣過程

當齒間容積與排氣口連通后，便開始了排氣過程。排氣過程一直持續到齒末端的型線完全嚙合為止。齒間容積內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為零，此時，空壓機便完成了排氣過程。

3 應用效果

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 提高鉆井質量

使用空壓機還可以提高鉆井質量。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，空壓機還可以提高工作效率，減少鉆機的停機時間，從而減少生產成本。

使用鉆探工程用空壓機，能夠提高鉆井效率、提高鉆井質量，并且能夠降低鉆井成本，具有顯著的應用效果。因此，鉆機用空壓機成為石油、天然氣和地熱等領域中不可或缺的設備。

4 應用特點

在鉆探工程中，空壓機具備可靠性和穩定性的特點，應用廣泛且效果良好，能夠滿足各種工程需求。

4.1 應用高效

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

4.2 綠色環保

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

4.3 類型多樣

根據不同的需求和應用環境，鉆探工程中使用的空壓機有多種類型，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行。例如，一些空壓機要具備防爆功能，才能在易燃易爆的環境中安全使用。

4.5 可靠性高

鉆探工程用空壓機必須具有較高的可靠性和穩定性，能夠在惡劣的環境條件下正常運行，并能夠承受高強度的工作負載。

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性和經濟性。

4.7 維護方便

鉆探工程用空壓機的零部件和保養組件應容易更換，便于維護人員進行保養和維修，確保設備正常運行，延長其使用壽命。

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

5 應用技術分析

5.1 鉆進技術

在空氣鉆井中，鉆進技術是關鍵技術之一。采用合理的鉆進技術可以有效提高鉆井效率，降低成本。常用的鉆進技術有沖擊回轉鉆進、噴風鉆進和潛孔錘鉆進等。沖擊回轉鉆進是在壓縮空氣驅動下，通過沖擊器和回轉器實現快速破碎巖石的鉆進方法。噴風鉆進是通過向切削具噴出高速氣流，實現破巖的鉆進方法。潛孔錘鉆進是利用潛孔錘對巖石進行沖擊破碎的鉆進方法。在選擇鉆進技術時，需要綜合考慮地質條件、施工要求和經濟性等因素。

5.2 氣體循環技術

在空氣鉆井中，氣體循環技術是實現高效開采的重要手段之一。氣體循環技術是指將壓縮空氣通過管道設備輸送到鉆井內，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。為了實現高效的氣體循環，需要合理控制壓縮空氣的壓力、流量和方向，還需要保持鉆井內氣體成分穩定，巖屑排出順暢。

6 常見故障分析

6.1 常見故障現象與原因

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

2）空壓機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、冷卻系統故障和電機過載等。此外，環境溫度過高、連續高負載運行也會導致空壓機的溫度過高。

3）異常噪音是空壓機故障的另一種表現形式。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，壓縮機內部的進氣、排氣閥損壞也會導致異常噪音。

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的工作性能和使用壽命都會產生負面影響。首先，這些故障會導致壓縮機的效率和功率下降，影響鉆機的正常工作。其次，這些故障會導致壓縮機的磨損加劇，縮短其使用壽命。此外，溫度過高還可能引發火災等安全事故。因此，及時排除這些故障，對于保證鉆機的正常工作和安全性至關重要。

6.3 常見故障排除方法

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

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

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

6.4 預防性維護措施

采取預防性維護措施，可以避免和減少空壓機故障發生。

1）定期對壓縮機的各個部件進行檢查，如氣缸、活塞、活塞環和軸承等，檢查冷卻系統和潤滑系統的工作狀況，發現異常要及時處理。

2）定期對壓縮機進行維護保養，包括更換空氣濾清器、清洗冷卻系統等。此外，要定期檢查皮帶、潤滑系統和控制系統的工作狀況，確保壓縮機正常運行。

3）根據壓縮機的使用情況和實際需求，制定合理的檢修計劃。檢修計劃應包括定期檢查、保養維修和大修等環節，確保壓縮機在使用過程中得到充分的維護和保養。

4）對操作和維護人員進行定期培訓與教育，提高相關人員對壓縮機維護保養的意識和技能水平。

7 應用趨勢

7.1 向環保、高效的方向發展

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

7.2 應用范圍不斷擴大

隨著技術的不斷發展，空氣鉆井的應用范圍也在不斷擴大。例如，在天然氣、地熱等領域，空氣鉆井技術也得到廣泛應用。

7.3 智能化、自動化水平不斷提高

空壓機的智能化、自動化水平也在不斷提高。通過與傳感器、計算機等技術的結合，可以實現自動化控制、遠程監控等功能，從而提高空壓機的運行效率和使用安全性。

空壓機在空氣鉆井中的應用前景和趨勢呈現出環保、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發展趨勢，也符合空壓機技術發展的趨勢。

8 結語

鉆探工程是我國開發礦產能源領域的重點之一，對于社會經濟發展具有重要意義。在鉆探工程中，鉆井是一項關鍵技術，而空壓機鉆井技術以其獨特的優勢被廣泛應用于現代化工程中。本文通過對鉆探工程中空壓機鉆井技術及應用進行深入研究和分析，得出了以下結論：空壓機鉆井技術在鉆探工程中具有明顯優勢，安全、高效和經濟地應用空氣鉆井技術，可以顯著提高鉆井效率、降低成本，并且對環境保護具有積極作用。同時，該技術還具有對地層適應性較強等特點，可以適應不同類型地層的鉆井需求。隨著科學技術的不斷發展，相信空壓機鉆井技術在現代化鉆探工程、礦產資源開發領域會發揮越來越重要的作用。