車載空氣鉆井技術(shù)在貴州煤層氣井表層施工中的應(yīng)用

楊鵬程

摘? 要：貴州省煤層氣資源十分豐富，在前期的煤層氣勘探開發(fā)過程中，出現(xiàn)了諸多鉆井難點，由于喀斯特地貌發(fā)育，在一開鉆進過程中容易遇到裂縫、溶洞，存在井漏和井口失返現(xiàn)象，制約了貴州巖溶地區(qū)煤層氣勘探和開發(fā)的進程[1]。本文通過采用車載空氣鉆機進行表層鉆井作業(yè)施工，可有效減輕井漏帶來的危害，實現(xiàn)表層快速鉆進。在鉆井施工結(jié)束后下入表層套管封隔漏層，保障下部井段安全施工。本文以貴州戴家田區(qū)塊煤層氣井為例，介紹了空氣鉆井技術(shù)在貴州喀斯特地貌煤層氣井表層施工中的應(yīng)用及取得的成果，希望可以對貴州喀斯特地貌煤層氣開發(fā)鉆井工程技術(shù)提供一定的借鑒及思考。

關(guān)鍵詞：車載空氣鉆機；貴州煤層氣井；喀斯特地貌；鉆井技術(shù)

車載空氣鉆機是一種專門設(shè)計用于在車輛上安裝和使用的鉆孔設(shè)備。這種鉆機通常使用壓縮空氣作為動力源，因此被稱為“空氣鉆機”。

空氣鉆井技術(shù)最大的優(yōu)點是能夠?qū)崿F(xiàn)在漏失層位中快速鉆進的特點，能夠有效地解決喀斯特地貌表層溶洞性漏失帶來的施工難題。利用空氣作為循環(huán)介質(zhì)，在實現(xiàn)環(huán)空返砂，同時實現(xiàn)鉆進作業(yè)，具有成本低，節(jié)省鉆井泥漿、無需停鉆堵漏等特點，是目前解決溶洞性漏失的最佳處理辦法[2]。

在喀斯特地貌存在溶洞性漏失的煤層氣井表層施工中使用空氣鉆井技術(shù)在穩(wěn)定的基巖層完鉆，并下入套管，封隔漏層，有效地解決了表層溶洞性漏失對鉆井作業(yè)的影響。

1.區(qū)域地質(zhì)特征

戴家田礦區(qū)位于織納煤田內(nèi)。區(qū)域出露地層自上震旦統(tǒng)至第四系，除缺失中、上奧陶統(tǒng)，志留系，中、下泥盆統(tǒng)外，其他各時代地層均有分布。二疊系、三疊系分布最廣，發(fā)育最好，其余地層零星分布，晚二疊世早期有玄武巖漿噴發(fā)。

戴家田礦區(qū)位于阿弓向斜的北端—八步向斜，八步向斜北西翼落差＞20m的斷層在9至13勘查線的煤層露頭附近較發(fā)育，以正斷層為主，小構(gòu)造較發(fā)育，對煤層的破壞性較大；向斜南東翼受幾組大斷層影響，小構(gòu)造極其發(fā)育，煤系出露部分被斷層切割的支離破碎，對煤層影響極大?？傮w上，礦區(qū)內(nèi)小構(gòu)造的發(fā)育程度為中等發(fā)育。

本礦區(qū)總體為一不對稱向斜構(gòu)造。八步向斜北西翼地層產(chǎn)狀較平緩，走向南北、傾向東，傾角15°～29°，發(fā)育一組共9條斷層，且切割含煤地層，小構(gòu)造發(fā)育程度為中等，次一級褶曲寬緩且波幅很小，構(gòu)造復(fù)雜程度為中等構(gòu)造。重點針對性介紹工區(qū)淺層巖溶地層發(fā)育情況及常規(guī)鉆井技術(shù)的工程難點。

2.戴家田2平臺表層鉆探簡介

為實現(xiàn)戴家田區(qū)塊首采區(qū)首采面區(qū)域瓦斯治理、條帶消突，保證煤礦安全生產(chǎn)，建設(shè)戴家田2平臺以探索“以井代巷”瓦斯高效抽采關(guān)鍵技術(shù)，建立地面水平井抽采瓦斯的工程工藝系列，為礦井安全治理試點新方法[3]。

戴家田2平臺共實施2口水平井，分別為DJT-2-1井、DJT-2-2井。DJT-2-2井一開鉆井設(shè)計井段0～180m，DJT-2-1井一開鉆井設(shè)計井段0～50m，（補充一開井段地層巖性）兩口水平井表層均采用空氣鉆批鉆模式鉆進。

3.空氣鉆井技術(shù)措施及要求

3.1設(shè)備配置（工作原理和優(yōu)勢）（見表1）

3.2施工步驟

3.2.1 鉆前準備工作

根據(jù)施工現(xiàn)場的具體情況，將空氣鉆機放置在合適的位置。確保鉆機穩(wěn)定且水平，以便進行準確的鉆探作業(yè)。鉆進施工前做好各設(shè)備的調(diào)試工作，做好管線、空氣錘的連接工作，確保氣路暢通無阻，防止脫扣、漏氣[4]。

3.2.2 鉆進

使用塔式鉆具，使用潛孔錘鉆頭Φ420mm鉆進（DJT-2-1H： 0～50m）/（ DJT-2-2H： 0～180m），下Φ339.7mm套管固井侯凝。

隨時注意觀測排屑管的返出物和取樣器取出的巖屑情況，及時判斷可能出現(xiàn)的井眼問題。正常鉆進時鉆井執(zhí)行設(shè)計參數(shù)，記錄鉆壓、轉(zhuǎn)速、排量、扭矩及進尺等數(shù)據(jù)。送鉆均勻，并注意壓力及井下情況，發(fā)現(xiàn)扭矩變化、蹩跳鉆嚴重、上提遇卡等井下異?，F(xiàn)象時，立即停鉆，活動鉆具、循環(huán)觀察，及時處理。

鉆進過程中，當(dāng)鉆完一個單根后，充分循環(huán)吹掃循環(huán) 5～7 min（若地層出水，需充分循環(huán) 8～12 min），緩慢地上下活動鉆具，消除可能形成的泥環(huán)，井底干凈后，上提下放無遇阻現(xiàn)象（要注意停氣后上提下放的情況，如有遇阻應(yīng)再進行吹掃循環(huán)）， 方可進行接單根作業(yè)。

鉆進過程中施工人員應(yīng)做好眼睛的防護，防止出渣傷人。在接桿與下鉆時應(yīng)與空壓機操作人員進行配合，以防并下卡鉆與人員受傷事故?？諌簷C操作人員應(yīng)根據(jù)壓力顯示出現(xiàn)異常時及時反應(yīng)給司鉆以作相應(yīng)的處理[5]。

3.2.3 除塵

根據(jù)周邊地層的觀察，初步判斷為黃土層與灰?guī)r。鉆進過程中如粉塵過大應(yīng)及時注清水除塵，并口處應(yīng)做好除渣與排水工作，不得讓出水溢流至并場內(nèi)其他地方，防止環(huán)境污染。

3.2.4 起下鉆作業(yè)

打完進尺或處理異常情況，需要進行起鉆作業(yè)。起鉆前，充分吹掃循環(huán)井眼， 要求至少吹掃循環(huán)3次以上，直到出口無巖屑排出且井下正常后方可起鉆[6]。

起鉆過程中，注意上提鉆具時指重表變化，不得使用高速起鉆，發(fā)現(xiàn)摩阻異常升高，應(yīng)立即停止起鉆，進行處理。

一開鉆具組合：Φ420mm錘頭+Φ356mm沖擊器+630×630接頭+Φ203mm無磁鉆鋌×1根+Φ203mm鉆鋌×2根+631×410接頭+Φ127mm鉆桿。

一開鉆進參數(shù)：

鉆壓：20-40KN;轉(zhuǎn)速：20-30r/min;氣量：90-150m3/min。

鉆具組合如表2。

4.施工結(jié)果

DJT-2-2井于2023年10月17日9點30分使用Ф420mm空氣錘鉆頭導(dǎo)管開導(dǎo)，根據(jù)實際情況鉆進至井深196m，下Ф339.7m導(dǎo)管至184.47m。2023年10月20日17點30分使用Ф420mm空氣錘鉆頭導(dǎo)管開導(dǎo)， 根據(jù)實際情況鉆進至井深58.2m，下Ф339.7m導(dǎo)管至58.2m。

戴家田2平臺2口水平井一開均一趟鉆完鉆，平均井深121.34m，實現(xiàn)了鉆開基巖層，避開表層漏失層段，并下入套管，封隔漏層，有效地解決了表層溶洞性漏失對鉆井作業(yè)的影響。

5.結(jié)論與建議

貴州這樣以喀斯特地貌為主的地區(qū)，灰?guī)r層具有出色的穩(wěn)定性和硬度特性，這些特性在利用空氣鉆井技術(shù)進行表層施工時，能夠確保井眼的穩(wěn)定性，從而提供良好的施工條件。

采用空氣鉆井技術(shù)進行表層施工不僅能夠有效降低井下作業(yè)的安全風(fēng)險，還能實現(xiàn)連續(xù)施工的目標，這不僅有助于提高鉆井時效，更能節(jié)約大量的施工成本，對于整個鉆井工程來說具有重要的經(jīng)濟意義。

貴州喀斯特地貌區(qū)塊的空氣鉆井技術(shù)應(yīng)用，不僅能夠應(yīng)對復(fù)雜的地質(zhì)條件，還能在裂縫、溶洞發(fā)育處有效地防止漏失，提高鉆井作業(yè)的安全性、效率和經(jīng)濟效益，是推動貴州鉆井事業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要手段之一。

參考文獻

[1]謝國毅，劉虎，毛志新。貴州巖溶地區(qū)煤層氣鉆井關(guān)鍵技術(shù)[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2018，45（05）：46-49.

[2]張靜偉。氣體鉆井理論的新發(fā)展[J].石化技術(shù)，2018，25（08）：170+160.

[3]李瑞寒，陳麗麗。煤礦采空區(qū)瓦斯抽采井鉆井工藝研究[J].河南科技，2022，41（21）：65-68.DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.21.014.

[4]蒲克勇，王虎，郭曉明?？諝忮N氣體鉆井技術(shù)在四川油氣田的應(yīng)用與研究[J].內(nèi)蒙古石油化工，2021，47（10）：70-72.

[5]譚秀華，趙文韜，謝治國等?？諝忏@井技術(shù)在酉陽東頁巖氣區(qū)塊Y2井的應(yīng)用[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2018，20（05）：42-44.DOI：10.19406/j.cnki.cqkjxyxbzkb.2018.05.010.

[6]劉俊男。氣體鉆井鉆具失效及經(jīng)濟性評價研究[D].西南石油大學(xué)，2018.DOI：10.27420/d.cnki.gxsyc.2018.000148.

作者單位：貴州頁巖氣勘探開發(fā)有限責(zé)任公司