RD车载空气钻机在煤层气钻井工程中的应用 国内煤层气车载钻机（2000-2500米）大约多少钱一台？
范万庆 潘伟辉
（山东省煤田地质局第一勘探队 山东滕州 277500）
作者简介：范万庆，男，1957年生，大专，副总工程师，探矿工程专业，1984年毕业于长兴煤校，从事探矿工程技术工作。fwq169@163.com。
摘要 文章论述了车载空气钻机在煤层气钻井工程中的有关技术问题，对选择一定能力设备和技术参数提供了可资借鉴的实践经验。
关键词 车载空气钻机 煤层气开发 潜孔锤钻进
APPlication of RD20 Truck-mounted Air Drilling Rig in CBM Drilling Eng inee ring
Fan Wanqing，Pan Weihui
（Team No.1，Shandong Bureau of Coal Geology，Tengzhou 277500）
Abstract：Some drilling technology issues for CBM are discussed which provides some experiences for selecting facilities and technical parameters.
Keywords：Truck-mounted air drilling rig；CBM development，air-flush hammer
我队应用RD20车载空气钻机先后在晋城煤层气钻井工程和宁夏煤业集团高瓦斯开采技术研究工程中完成五个煤层气钻孔，各项质量指标达到设计要求。在空气潜孔锤钻进技术应用方面取得了丰富的经验。现以晋城项目为例简述如下。
1 概述
1.1 晋城地区地层概况
第四系：0～20m，岩性为粘土夹粉-中砂层及砂砾层。
上石盒子组：底界深度390～420m，上部为中-细砂岩与泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩互层；中部为中粗砂岩、含砾砂岩夹泥岩、粉砂岩；下部为粘土岩。下石盒子组：底界深度490～520m，上部粉、细砂岩；中部为中砂岩夹粉-细砂岩；下部为泥岩与粉-细砂岩互层；底部为中粒砂岩。山西组：底界深度550～580m，岩性为粉砂质泥岩与粉-细砂岩、中砂岩及煤互层，底部为粉砂岩、细砂岩。太原组：底界深度610～640m，未穿，岩性为砂质泥岩与粉-细砂岩、石灰岩、煤互层，底部为中细砂岩。山西组3＃煤层的井段为500～550m。总体构造形态为一北西倾斜坡带，地层宽阔平缓，地层倾角一般2°～7°，平均4°，断层不发育。
1.2 钻井质量要求
沁水煤田煤层瓦斯含量高，煤层气资源丰富，并具有很好的可采性。为保证煤层气井产气的长期有效可靠，钻井质量要求按照规定的钻井结构，达到一定的设计深度和保证钻井垂直度必须在允许的误差范围内，以确保成井套管下放顺利和固井水泥返高符合标准（表1）。
表1 钻井质量要求
2 井身结构
（1）一开￠ 311.1mm钻头钻进，钻穿第四系，进入基岩风化带 10m 后，下￠244.5mm表层套管，注水泥全封固。建立井口，为二开的安全钻进创造条件。
（2）二开用￠215.9mm钻头钻进，钻穿3＃煤层底界以下60m 完钻，下入￠139.7mm生产套管。
3 钻井主要设备
根据该地区设计井深的最大钻具和套管重量，要考虑一定的附加安全系数，选用额定提升负荷≥500kN（50t）的钻机可满足要求。钻井泵满足φ215.9mm井眼、800m 井深循环需要。根据这一原则，结合地区煤层气钻井实践，选用 RD-20 型空气钻井钻机（表2）。
整体载车：40 t
排气量：1250cfm/35.4m3/min
排气压：120～350psi（0.8～2.4MPa）
钻架长度/载荷能力：14.2m/55 t
宽×深：1219mm×1029mm
定心盘至动力头驱动轴空间长度：12.6m
定心盘至动力头驱动轴接头空间长度：11.6m
表2 RD-20顶驱车载钻机、主要设备
RD20车载空气钻机可适用多工艺钻进技术，如选配适用的泥浆泵则可在同一钻井施工中选用空气钻进、冲洗液牙轮钻进、PDC 钻进、并可根据需要进行工艺互换，满足不同工法钻井参数的选择。具体有如下特点：
A.可利用动力头卸接钻杆丝扣，加快钻杆加接时间及效率。
B.可实现微量调定给进、提升及回转速度，避免产生卡钻事故。
C.可实现边回转，边提升，边给进，卸压阀装置，可保护回转力矩不会过大，使钻进控制在稳定的钻进速度。
D.浅孔钻进时，可实现液动给压钻进，加快钻进速度。
E.深孔钻进时，可实现钻具减压钻进，保持合理的有效钻速。
F.可利用动力头加接套管丝扣及下放套管，加快套管下放作业。
G.常规顶驱动力头可提供13.6 t给压能力，满足一般套管下压要求。
H.操作台控制手柄操作简易劳动强度低。仪表显示钻压及回转力矩水平，容易了解孔下钻进情况做出操控反应，可减低孔内事故，提高钻速。
I.RD20车装钻机，使用6～8 英寸气动潜孔锤钻进岩层时，可钻深1550m。可允许操作套管达11m。游动滑轮架给进系统取消了传统钻机所使用的动滑轮组和钻架顶部定滑轮组，提高了机械效率。另外，由于增大了滑轮直径与钢丝绳直径的比值，减少了因钢丝绳弯曲而产生的机械损失，延长给进系统的使用寿命。
4 钻具组合
（1）一开钻具组合：φ311.1mm钻头+φ159mm钻铤×1～2根+φ114mm钻杆
（2）二开钻具组合：φ215.9mm钻头+φ159mm钻铤×5～8 根+φ121mm钻铤×1～2根+114mm钻杆
（3）潜孔锤钻进钻具组合：φ215.9mm潜孔锤+φ159mm钻铤×3～4 根+φ214mm稳定器+φ159mm钻铤×2～3根+φ121mm钻铤×1～2根+φ114mm钻杆
5 钻井液性能
钻井液液柱压力满足近平衡钻进要求有效地携带煤岩屑，平衡地层压力，确保钻井施工安全和井身质量。清水钻井液，密度应控制在1.05g/cm3以内。并配备除砂设备，适时检测钻井液性能，及时调配。确保低密度钻井液控制在1.08g/cm3以内（表3）。
表3 钻井液性能
6 钻井参数
一开选择泥浆牙轮钻进，二开选择空气潜孔锤钻进。空气钻井参数应根据钻井速度、深度、井径变化和井内含水等情况逐渐调整风压风量，有效的排粉排屑。保证井壁稳定，预防井下卡埋粘钻等复杂情况的发生（表4，表5）。
表4 钻头选型
表5 钻井参数
7 煤层钻进技术措施
（1）煤层钻进时尽量采用空气钻进，没有条件实施空气钻井的情况下，采用清水钻进，控制密度在1.05%以下。
（2）钻遇煤层段时采用低钻压、低转速、低排量、低射流冲击力的“四低”参数减小煤层段井径扩大率、防止坍塌、卡钻。
8 成井
下管时必须使用套管钳，严禁错扣，使用符合标准的螺纹密封脂。水泥封固段中加套管扶正器，煤层上下60m每根套管加一只，其余每两根套管加一只，套管接箍和扶正器不能在煤层中。控制下套管速度，遇阻不能硬压，每下入5～10根套管灌满一次钻井液。低返速塞流顶替方式注水泥浆，计量要准确。水泥返高必须达到设计要求，139.7mm气层套管固井候凝48h试压20MPa，30min压降小于0.5MPa 合格。否则应采取补救措施。完井试压合格后，立即用丝堵或法兰将井口封牢，水泥砌盖井口（表6，表7）。
表6 套管结构
表7 套管组合
9 钻进效果
9.1 钻进效率与质量指标完成情况
空气潜孔锤在中等及较硬的地层中具有更快的钻速，更直的钻孔。如果孔径较大地层不稳定或孔内涌水较多，可通过钻机上的液压驱动喷水系统将水、泡沫剂和聚合物喷入钻进空气，增强潜孔锤的钻进能力。潜孔锤工作时需要内部润滑。钻机上装备有一个潜孔锤润滑器，钻进时将少量的润滑油喷入压缩空气中，来保证空气潜孔锤钻进效果。不同地层钻进效率及钻井质量指标完成情况见表8、表9。
表8 不同地层钻进效率
表9 质量指标完成情况
9.2 成本
应用RD20车载空气钻机共成五个煤层气钻孔，钻井工程量1623m。施工总工期为38d，用工23人，消耗柴油29t，比常规钻进工法提高钻进速度300%，提高综合效率70%。直接成本178.2元/m，综合成本356.1元/m。
9.3 劳动力节约
RD20车载空气钻机操作简便，劳动强度底，易学易会，有效地节约了人力资源。小班操作人员4～5人，相同工作量劳动力节约可达2/3，可大幅提高劳动生产率。
10 结语
RD20车载顶驱动力头空气钻机在煤层气钻井工程中的应用，其先进的操作系统和灵活的移动方式，为成井下管和封砌井口等项工序提供了便捷的操作环境。同时减少了整备及搬迁时间，提高了钻进效率和成井质量，节省了钻进时间和劳动力，降低了成本。具有较好的经济技术效能，和煤层气开发市场应用前景。
参考文献
耿瑞伦等，多工艺空气钻探，北京：地质出版杜
水平钻井工艺技术在晋城煤层气中应用实践~
张正修1 郭丙政2 商敬秋1 孙建平2 黄尊灵1 卢忠良1 钟明1
（1.山东省煤田地质局第二勘探队 山东嘉祥 272400）
（2.中联煤层气有限责任公司 北京 100011）
作者简介：张正修，1956年生，男，山东省嘉祥县人，工程师，山东省煤田地质局二队队长，从事钻探施工管理工作。
摘要 煤层气水平井是增加煤层气井产量及降低开采成本的有效途径。在中联煤层气有限责任公司山西晋城煤层气项目开发中，采用车载钻机，引用无线随钻（MWD）技术、综合地质录井方法成功实施了国内第一批15＃煤层水平井。煤层气水平井技术主要包括轨迹设计与控制、目标煤层着陆、储层保护、完井技术等。
关键词 水平井 煤层气 轨迹控制 钻井液
Practice for Application of Horizontal Drilling Technique in Jinche ng CBM Field
Zhang Zhengxiu1，Guo Bingzheng2，Shang Jingqiu1，Sun JianPing2，Huang Zunling1，Lu Zhongliang1，Zhong Ming1
（1.Team No.2，Shandong Bureau of Coal Geology，Jiaxiang 272400；2.China United Coalbed Methane CorP.Ltd.，Beijing 100011）
Abstract：Horizontal drilling in coalbed methane field provides an effective technique to both increase gas production rate for single well and decrease the cost of development.Using truck-mounted drilling rig，together with the advanced wireless Measure-While-Drilling（MWD）tools and comprehensive geological logging methods，CUCBMsuccessfully drilled several horizontal wells，which is the first group of wells drilled in China and they kept hole extending within coal 15＃.CBM Horizontal drilling technique mainly consists of well design，wellbore extending track inspection and control，landing in the goal coal seam，formation protection and completion method，etc.
Keywords：Horizontal drilling；CBM；extending track control；drilling fluid
1 概述
1.1 煤层气钻井的现状
据预测，我国煤层气的资源量居世界第三位，是煤层气资源大国。近两年，随着石油价格的上涨，油气及煤层气的开发利用显得越来越重要；同时，煤矿重大安全事故的接连发生使地面开采煤层气的呼声日益高涨。鉴于上述情况，国家政策对煤层气开采的支持力度明显增强，煤层气的勘探开发也因之得到了迅速发展。2002年前的10年时间内，全国共完成216口各类煤层气井，全部采用常规直井钻井技术。而2005年一年完成的工程量已超过了2002年前10年的总和，钻井类型也已向丛式井、造穴井及水平井、多分支水平井发展。
1.2 水平井是增加煤层气井产量的必然方向
在美国煤层气的开发中，水平井的施工及完井技术的成功使煤层气的产量大大提高，使美国的煤层气产业得到了空前发展。分析我国煤层气的具体赋存条件，我国煤层普遍存在低压、低渗和低饱和的特性，一般采用直井压裂技术，单井产量在1000～3500m3/d。利用直井开发煤层气，存在占地多、投资大、投资回收期长、经济效益低等缺点，严重制约了我国煤层气开发速度。近两年，我国的煤层气钻井领域采用石油部门的钻井设备及石油水平井的钻井技术，利用美国先进的仪器设备及人员服务，成功地施工了多分支水平井，取得了较好的效果。但由于工程造价较高，在我国快速推广有一定难度。
中联煤层气有限责任公司在实施潘河示范项目一期工程和端氏项目多分支水平井的基础上，深入总结沁南地区钻井完井技术、压裂增产技术，针对15号煤层单井产能低的问题，按照由简单到复杂的原则，提出了在潘河示范项目区内利用水平井技术开发15煤的试验，以期掌握并拥有自主知识产权的煤层气水平井技术。因此，在中联煤层气有限责任公司和山东煤田地质局二队的共同努力下，由山东煤田地质局二队负责关键设备的配套并组织施工，在晋城潘河示范项目区内15＃煤层中成功地实施了两口水平井（PHH-001，PHH-002），取得了一定的经验，达到了钻井设计目标。
2 设备选择
2.1 钻机选择
我国煤层气水平井主井眼井深一般在2000m以内。水平段一般不超过1500m。水平段超过1500m时，对设备要求高，施工难度加大，施工成本会大大增加。施工水平井，一般要选用顶驱能力在100t以上的钻机。国内目前施工水平井的顶驱钻机，最小能力250t，施工成本高。晋城地区煤层埋深较浅，3＃煤层埋深一般在300～350m左右，15＃煤层在400～450m范围内。根据我队现有设备的情况，选择了T130XD钻机。
T130XD顶驱车载钻机主动力760马力，名义钻井深度1900m（311mm井径，114mm钻杆）。提升能力60t，顶驱给进能力14.5t，扭矩12kN·m，车载空压机2.4MPa，排量38m3/min。钻台可升起2.41m，因此能够直接安装防喷器。
该钻机搬迁安装极为方便，提升、回转能力均能满足煤层气水平井施工的需要。该钻机既可使用常规钻井液钻进，也可使用空气钻井。特别是该钻机接单根用时很短，一般不超过1分钟，有效地减少了接单根时因停泵造成的井下复杂的几率。
2.2 随钻仪器选择
在实际施工中，采用不同角度的弯接头或弯螺杆钻进，RST-48型无线随钻系统的电子探管将井底参数通过泥浆传输至地面，远程计算机系统将泥浆脉冲进行解析后反馈给轨迹控制人员，轨迹控制人员通过采用滑动钻进、复合钻进、调整工具面、选择钻具造斜率等手段进行钻井轨迹控制。
2.3 专用钻具选择
根据设计要求，选择了两种规格的单弯马达4根、两种规格的无磁钻铤4根、稳定器2根、随钻震击器1件以及加重钻杆4根。
3 水平井工艺技术
3.1 水平井的井眼轨迹设计
根据国内外施工水平井的经验，设计的基本原则是：在充分了解地质资料的情况下，设计剖面应尽量避开可能的复杂地层，缩短增斜井段的水平位移，缩短增斜井段的长度，减少增斜及水平段扭矩的摩阻。为了确保在预计深度进入靶区，增加可调节的稳斜段。
3.1.1 增斜段设计
15号煤层薄，结构相对复杂，轨迹控制中调整频繁、难度大，设计中要求做到：
（1）详细了解地质构造、地层倾角、可钻性等情况，结合邻井地质、钻井、测井资料、卡准煤层位置、准确地设计靶区。
（2）设计造斜率应适当低于动力钻具结合的造斜能力，缩短动力钻具定向钻井井段，增长导向钻进井段，确保井眼的平滑、安全。
（3）优化剖面结构，最大限度减少摩阻和扭矩，为后期水平段施工提供安全基础。
3.1.2 水平段的设计
掌握煤层的厚度、倾角、走向及煤层顶底板的岩性和地层的构造情况，尽量减少调整段。
对水平井的长度的设计，从理论上讲，水平段的长度越长越好，水平段长度的增加受到工程技术及煤层地质条件、煤质等多因素的限制，一般根据预测的施工长度及施工中遇到的具体情况决定水平井的最佳长度。
3.2 钻具组合
（1）直井段：一般选用塔式钻具组合。
（2）造斜增斜段：采用了单弯螺杆造斜。
（3）水平段：优化钻具组合，使用短无磁钻铤及无磁扶正器，缩短随钻测量仪器与钻头的位置距离，尽量选择造斜能力强的钻具组合，以便及时调整钻井轨迹。
在施工中，为保证井壁圆滑规则，减少工程风险，尽量增大复合钻进的比例。
通过两口水平井的实践，钻头+导向马达+无磁钻铤+MWD短节+抗压缩钻杆+钻杆的钻具组合，应用效果较好。
3.3 动力钻具选择
为了适合软及中硬地层，选择了中转速中扭矩马达。
3.4 钻头的选择
二开造斜段选择HJ517L钻头，三开水平段选择PDC钻头。
3.5 钻井液的选择
煤层气井施工时，煤储层保护极为关键。在本次钻井中，主要采用清水钻进，严格控制钻井液固相含量、比重，井内岩粉较多时，通过泵入高粘无污染钻井液排出岩粉，既保证了井内安全，又防止了储层污染。
3.6 轨迹控制技术
水平井的井眼轨迹控制技术是水平钻井成套技术中的关键环节，总的要求是具有一定的控制精度，具有较强的应变能力，具有较高的预测准确度，达到较稳、较快的施工水平。
3.6.1 弯马达的选择
根据轨迹全角变化率选择相对应的弯马达，见下表：
单弯马达造斜率
单弯马达的造斜率与地质构造及现场施工参数有关，不同的地层和施工参数造斜率不同，在实际施工中，选择马达的造斜率应大于设计造斜率。
3.6.2 着陆轨道控制
（1）着陆点应在水平预计点前部小于20m。
（2）着陆前下入LWD，对钻进地层进行自然伽马跟踪，通过气测录井、钻时录井、地质录井，确保着陆准确，并在煤层中钻进。
4 工程成果
PHH-001水平井共完成主井眼一个、分支井眼2个，完成钻井总进尺1678m，其中6寸井眼进尺1056m，15＃煤层段进尺1050m，现场评定煤层钻遇率93.1%。主井眼轨迹控制达到设计要求，分支井轨迹控制较差，但通过增加进尺，确保了该井控制面积。实际建井周期46.42d。
PHH-002水平井共完成主井眼一个、分支井眼5个，完成钻井总进尺2624m，其中6寸井眼进尺2047m，15＃煤层段进尺2030m，现场评定煤层钻遇率80.7%。实际建井周期33.67d。
5 经验与建议
通过两口水平井的施工，取得了以下经验：
（1）及时测斜、准确计算、跟踪作图是保证井身轨迹的关键。使用MWD能准确掌握井身轨迹的变化情况，使轨迹得到有效控制。
（2）在钻井过程中，随时观察扭矩、泵压的变化，发现问题及时分析、解决。
（3）根据马达的使用特性和钻井要求，确保马达的排量和使用要求。按照马达的水平推力和钻压平衡图，选择最优的钻压，确保马达在平衡状态下工作。
（4）使用柔性钻具组合，以加重钻杆替代钻铤。
（5）正常钻进时，密切关注拉力变化，发现问题及时上提钻具或短起下。
（6）为保证在煤层中钻进，采用伽马值监测、气测录井、钻时及岩屑录井的综合分析手段，及时进行轨迹调整。
（7）15＃煤平均厚度只有3m左右，遇到地层突变时很容易穿到顶底板，由于水平井施工的特殊性，钻井轨迹不能很快调整到煤层中，会导致煤层穿透率降低，影响产能。因此合理布置井位、优化主井眼及分支井眼方位是水平井成功的关键。
在完井技术方面应尽快推广筛管完井技术，以保证水平井的稳定产能。
煤层气钻机的价格因为配置不同差距很大，在山西沁水地区，河北永明地质的钻机占了近50%的市场，一套施工2000米的钻机，撬装式的价格大概在300万，车载式的钻机有可能是趋势，但每米煤层气钻井的价格是460元左右，车装钻机因为运行成本高，维护费用高，工地上非常少。我只是建议而已，不对之处，还请指点！
RD车载空气钻机在煤层气钻井工程中的应用
答：应用RD20车载空气钻机共成五个煤层气钻孔,钻井工程量1623m。施工总工期为38d,用工23人,消耗柴油29t,比常规钻进工法提高钻进速度300%,提高综合效率70%。直接成本178.2元/m,综合成本356.1元/m。 9.3 劳动力节约 RD20车载空气钻机操作简便,劳动强度底,易学易会,有效地节约了人力资源。小班操作人员4～5人,相同工作...
空气潜孔锤配套设备———顶驱车载钻机
答：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...
国内煤层气车载钻机(2000-2500米)大约多少钱一台?
答：煤层气钻机的价格因为配置不同差距很大，在山西沁水地区，河北永明地质的钻机占了近50%的市场，一套施工2000米的钻机，撬装式的价格大概在300万，车载式的钻机有可能是趋势，但每米煤层气钻井的价格是460元左右，车装钻机因为运行成本高，维护费用高，工地上非常少。我只是建议而已，不对之处，还请指点...
煤层气钻井
答：因此,在生产井钻进时,应严格操作标准,采用平衡-欠平衡钻井工艺,使用低pH值(pH=5.5～7.5)的非活性泥浆,或采用雾化空气钻进和地层水钻进,尽量减少对煤的基质和矿物成分的影响,确保煤层割理(或裂隙)系统的清洁、畅通。 在生产开发区,为获取储层参数、掌握煤层气井的生产动态,还需要设置观测井,这类井常采用平衡钻井...
煤层气钻井技术规范
答：2.2.1 煤层气开发井钻井工程设计内容应包括：区域地质、交通和气候概况、设计依据、技术指标及质量要求、井下复杂情况提示、地层岩石可钻性分级及地层压力预测、井身结构设计、钻机选型及钻井主要设备优选、钻具组合设计、钻井液设计、钻头及钻井参数设计、欠平衡设计、井控设计、煤层保护设计、固井设计、新...
水平钻井工艺技术在晋城煤层气中应用实践
答：在中联煤层气有限责任公司山西晋城煤层气项目开发中,采用车载钻机,引用无线随钻(MWD)技术、综合地质录井方法成功实施了国内第一批15#煤层水平井。煤层气水平井技术主要包括轨迹设计与控制、目标煤层着陆、储层保护、完井技术等。 关键词 水平井 煤层气 轨迹控制 钻井液 Practice for Application of Horizontal Drilling ...
煤层气水平井钻井工程作业规范
答：（1）水平井钻井工程设计步骤。科学系统地进行水平井钻井设计是确保钻成高质量煤层气水平井的前提，煤层气水平井钻井工程设计必须按如下步骤进行选择和设计，详见图6-19。（2）水平井钻井工程设计书格式。煤层气钻井工程设计书格式按中联公司水平井钻井工程设计书格式标准执行。（3）井身结构设计。（4）...
煤层气井定向井钻井技术
答：摘要: 煤层气储层特征等方面与常规天然气储层的差异,决定了煤层气钻井、完井、储层保护等技术的特殊性。在不断试验和总结的基础上,本文研究出了一整套适合煤层气开发的定向井钻井工艺技术及井身质量控制措施,符合产业化、商业化开发煤层气对降低钻井及生产成本的诉求,对经济高效开发煤层气具有借鉴意义。 关键词: 煤...
国内外煤层气钻机比较差距
答：国外比国内性能优越。根据查询道客巴巴信息显示，煤层气井用钻机主要为普通立轴及转盘式钻机，在钻井施工中使用效果不够理想。国内部分单位引进了国外车载全液压动力头顶驱钻机，国内煤层气参数井、生产井使用的钻机人多是煤硐地质勘探钻机、水文水井钻机和小型石油钻机。国内首台新型煤层气多功能钻机，较国外...
空气潜孔锤钻井工艺在煤层气开发中的应用
答：煤层气井一般设计深度在300～1000m，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，非常适合空气潜孔锤钻井工艺的应用。为了缩短建井周期，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引进了两台T685WS空气潜孔锤钻机，取得了良好的效果。1 空气潜孔锤...
