空气潜孔锤配套设备———顶驱车载钻机 旋挖钻机用的空气潜孔锤什么价格
1.顶驱车载钻机优越性
对钻井而言，提高效率分为两方面，一方面是钻进效率的提高，另一方面是辅助时间的缩短。空气潜孔锤改变了传统回转钻进工艺原理，解决了钻进效率难以提高的问题。车载钻机的应用是缩短钻井辅助时间的最好选择。车载钻机不需另外的吊装和运输，可直接开到井位并快速竖起井架，和常规回转钻机相比，大大节省了开钻前的准备时间，可达到当天搬迁当天开钻的水平。又因该钻机装配顶驱动力头，可实现自助给压回转目的，克服了常规钻机开孔无法给压的难题，开孔后可用空气潜孔锤施工。有的顶驱车载钻机自身携带空压机，可自身实现供气功能，可快速进行钻井施工。顶驱车载钻机施工，空气潜孔锤钻进，两者相互结合，实现了快速钻进目的。目前，在国内煤层气钻井领域应用较多的为T685WS顶驱车载钻机（图2－6）。
图2－6 T685WS顶驱车载钻
2.T685WS顶驱车载钻机主要配置及性能
T685WS顶驱车载钻机是美国Schramm公司生产的钻机，车身长14m，宽2.55m，自重26t，主要配置如下：
1）动力系统：主发动机为康明斯QSK－19型，功率563kW，由曲轴前法兰盘向液压泵提供动力，从飞轮一端驱动空压机。
2）回转及提升钻进系统：由全自动液压动力驱动，最大提升能力42t，最大钻进压力16t，最大扭矩12045N·m，转速0～143r/min无极调速。
3）井架结构：井架为焊接的巨型钢管结构，最大提升高度11.80m，井架底部最大开口直径为711mm。
4）空压机系统：配置两档油淹没旋转螺杆空压机，空压机最大排量38m3/min，最大排放压力34.5kg，并配有外接空压机、增压机接口。
5）操作系统：该钻机回转提升给进系统操作手柄集中，可根据井内情况调节给进压力、转速。该钻机还配有起下钻具、套管的专用起吊装置。
空气潜孔锤钻井工艺在煤层气开发中的应用~
孙建平
（中联煤层气有限责任公司 北京 100011）
摘要 空气潜孔锤钻井工艺采用压缩空气作为动力兼循环介质，驱动潜孔锤工作，在煤层气井施工中实现欠平衡钻井，能提高钻井效率，降低煤层气开发成本，减少对煤储层的伤害。
关键词 空气潜孔锤 钻井 煤层气
Application of Air-flush Hammer Drilling Technology in CBM Development
Sun JianPing
（China United Coalbed Methane Corp.，Beijing 100011）
Abstract：The air-flush hammer drilling technology uses compressed air as the power and circulation medium to drive working of the hammer，which can realize under balance drilling of CBM，enhance drilling efficiency，lower development cost and relieve the damage to coal reservoirs.
Keywords：Air-flush Hammer Drilling；Drilling；CBM
前言
空气潜孔锤钻井工艺是一种以压缩空气作为动力介质，驱动潜孔锤工作的欠平衡钻井工艺。在国外钻井施工中，由于空气潜孔锤钻井工艺具有钻井速度快，对储层的伤害小的特点，得到了广泛利用。空气潜孔锤钻井工艺适用于钻井直径102～311mm，钻井深度小于1000m，地质条件相对简单的钻井。煤层气井一般设计深度在300～1000m之间，生产套管直径多为139.72mm，地质条件相对简单，对储层保护要求高，非常利于空气潜孔锤钻井工艺的推广使用。为了在煤层气开发中缩短建井周期，降低建井成本，克服丘陵地区设备搬迁困难，中联煤层气公司在山西沁水潘河项目煤层气钻井工程中引进了两台T685WS空气潜孔锤钻机进行施工，取得了较好的效果。
1 空气潜孔锤钻井工艺原理
空气潜孔锤钻井工艺是一种以压缩空气作为动力介质，驱动潜孔锤工作的欠平衡钻井工艺。压缩空气兼做洗井介质，将井底岩屑携带至地面。在岩石硬度较大的地层中钻进时，空气潜孔锤钻井工艺与常规钻井工艺相比，能大大提高钻井效率。空气潜孔锤钻井效率高，有以下几个有利因素：
（1）作用在潜孔钻头切削刃具上的载荷为冲击载荷，接触应力瞬时可达极高值，应力集中，促进岩石裂隙发育。
（2）切削刃具磨损减少。
（3）冲击频率高，有利于岩石破碎。
（4）井底干净，最大限度地减少了重复破碎。
2 空气潜孔锤钻井工艺的特点
与常规钻井工艺相比，空气潜孔锤钻井工艺具有以下特点：
（1）钻进效率高。在潘河项目钻井施工中，钻进基岩平均钻速达到了240m/d。
（2）设备数量少，易于搬迁，非常适合丘陵地区施工。
（3）对储层伤害较小。由于钻井时采用空气或空气泡沫作为钻井液循环介质，井内钻井液压力远低于地层压力，实现了欠平衡钻井；另外，由于空气潜孔锤钻进时，岩屑颗粒大，井底干净，大大减少了固相颗粒进入储层的可能。因此，空气潜孔锤钻井工艺能减少对储层的伤害。
（4）利于岩屑录井。采用空气潜孔锤钻井工艺钻进时，岩石破碎机理主要是依靠高频率冲击形成体积破碎，岩屑颗粒大，由于岩屑上返速度快，迟到时间极小，非常利于岩屑录井。
（5）对环境污染小。空气或空气泡沫中不添加任何化学试剂，岩屑上返至地面后，固相、液相及气相迅速分离，基本上不存在钻井液污染。
3 空气潜孔锤钻井工艺的适用范围
空气潜孔锤钻井工艺的推广使用主要受制于钻井井径及地质、水文条件。
3.1 钻井井径
空气潜孔锤钻井工艺携带岩粉的能力主要取决于空气上返速度，钻井外环空间过大时岩粉上返困难，因此空气潜孔锤钻井通常广泛用于井径400mm以下的钻井施工。目前，国外公司通过增加空气压缩机风量、风压，开始将空气潜孔锤钻井工艺用于井径400～600mm的钻井施工。
3.2 地质条件
空气潜孔锤钻井工艺最适宜钻进粗粒而不均匀的地层，在6～9级岩石中钻进效果尤为突出。钻进裂隙发育的地层时，往往由于空气漏失，风压下降，钻进速度相对降低。
3.3 水文条件
空气潜孔锤钻井时，空气快速上返造成井内液注压力远小于地层压力，形成抽水现象，如水量大于10m3/h，钻速将大大下降。
3.4 钻井深度
钻井深度超过1000m时，由于受风压机风压、风量的限制，岩粉返排困难，空气潜孔锤钻井工艺钻进效率低于常规钻井工艺效率。
4 空气潜孔锤钻井工艺主要钻进参数的选择
影响空气潜孔锤钻井速度的参数主要是轴向压力、回转速度、冲击功及冲击频率等。对于不同硬度的岩石，参数的选择差异较大。钻进硬度小的岩石时，钻进参数应主要满足回转切削碎岩的要求；钻进坚硬但胶结不好的岩石时，钻进参数应满足冲击碎岩的需要，以形成体积破碎；钻进坚硬致密的岩石时，钻进参数则应满足冲击和回转两种碎岩作用。
5 工程实例
在山西沁南潘河煤层气项目施工中，空气潜孔锤钻井工艺得到了大规模的推广使用。
5.1 潘河项目煤层气井钻井工程概况
潘河煤层气井主要布置在沁水盆地潘庄1号井田，一期工程第一阶段共布置煤层气井40口，目标煤层为3＃煤层，厚度约6m。该区钻井设计井深 300～520m，采用直径139.72mm生产套管完井，布井间距300m。该区煤层稳定，构造简单，但地形起伏较大，不适于大型设备搬迁。为减少井场占地面积，提高钻井速度，并降低对煤储层的伤害，引进了两台T685WS空气潜孔锤钻机进行施工。
5.2 T685WS 空气潜孔锤钻机主要配置及性能
T685WS空气潜孔锤钻机是美国Schumm公司生产的车载顶驱钻机，车身长15m，宽2.3m，自重30t，主要配置如下：
5.2.1 动力系统。主发动机为康明斯QSK-19型，功率563kW，由曲轴前法兰盘向液压泵提供动力，从飞轮一端驱动空压机。
5.2.2 回转及提升给进系统。由全自动液压动力头驱动，最大提升能力45t，最大扭矩12045N·m，转速0～143r/min无极调速。该钻机顶驱动力头既可加压给进，也可通过上提钻具减压给进。
5.2.3 井架结构。井架为焊接的巨型钢管结构，最大提升高度11.80m。井架底部的滑块箱内有用于114mm、203mm、368mm标准钻具的滑块套子。井架底部最大开口直径为711mm。
5.2.4 空压机系统。该钻机配置两挡油淹没旋转螺杆空压机，配有空气释放控制装置。空压机最大排量36m3/min，最大排放压力2.4Pa，并配有外接空压机、增压机接口。
5.2.5 操作系统。该钻机回转及提升给进系统操作手柄集中，可根据井内情况调节给进压力、转速。该钻机还配有起加卸钻具、套管的专用快绳。
5.3 空气潜孔锤钻井工艺使用情况
在潘河一期40口钻井施工中，有30口钻井采用空气潜孔锤钻井工艺施工。钻井结构均为一开井径311mm，二开井径215.9mm。在施工中，全井采用英格索尔-兰德公司生产的DHD系列无阀风动冲击器钻进。
5.3.1 钻进参数的选择。T685WS空气潜孔锤钻机常规配备的风压机出口压力为2.4MPa，风量为36m3/h。采用钻进参数见表1。
表1 钻进参数表
5.3.2 钻进效率分析。在潘河项目30口煤层气井施工中，26口井钻进时井内最大涌水量小于8m3/h，非常适合空气潜孔锤钻进。在施工中，最高钻速达30m/h，平均钻速10m/h，单井平均建井周期6.5天，仅为常规钻井工艺建井周期的一半。
其余4口井在施工中井内涌水量较大，最大涌水量达30m3/h，井内液柱压力大，岩屑上返困难，潜孔锤不能正常工作，钻速较低。为实现欠平衡钻进，通过钻机泡沫注入泵注入2%浓度的ADF泡沫剂，降低井内液柱压力，实现正常钻进。在这4口煤层气井的施工中，最低钻速达4m/h，平均钻速达7m/h，平均建井周期9d，较常规钻井工艺建井周期减少4d。
5.3.3 工程质量分析。在煤层气井钻井施工中，采用空气潜孔锤钻井工艺，不仅能大大提高钻井速度，还能提高井身质量，降低对煤储层的污染。潘河项目30口煤层气井井身质量见表2。
表2 井身质量统计表
采用空气潜孔锤钻井工艺施工煤层气井时，由于空气上返速度快，非常利于携带岩屑，避免了重复破碎，岩屑颗粒较大，能大大降低地质录井工作难度。在施工的30口井中，岩性剖面符合率达95%以上，煤层深度误差小于0.4m。
在保护储层不受伤害方面，空气潜孔锤钻井工艺主要采用欠平衡钻进，井内液柱压力远低于地层压力，对煤储层伤害远小于常规钻井工艺。
5.3.4 经济效益分析。采用空气潜孔锤钻井工艺施工时，施工设备数量少，非常利于搬迁，且钻进速度快，能大大提高经济效益。在潘河项目施工中，采用常规钻井工艺施工时，单井施工成本约为42万～45万元；采用空气潜孔锤钻井工艺施工时，单井成本约为37万～40万元。
6 空气潜孔锤钻井工艺推广使用的建议
在潘河项目煤层气开发中，空气潜孔锤钻井工艺第一次在国内得到了大规模推广使用。从使用效果看，空气潜孔锤钻井工艺能降低煤层气开采成本，确保井身质量，减少对煤储层的伤害，从而加快煤层气开发进程。但潜孔锤钻井工艺是否能对增加煤层气井产能有积极作用，还要经过开采过程的验证。
针对旋挖钻机采用常规钻进工法和钻具难以进行硬岩地层大直径嵌岩桩孔施工的难题,提出为旋挖钻机配备反循环空气潜孔锤钻具的解决方案,设计出单体大直径、行星组合式、环形组合式等3种反循环潜孔锤钻具,并对各自的工艺特点进行研究.试验结果表明,反循环潜孔锤钻具的应用,使旋挖钻机具备了钻进硬岩地层的能力.
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