空气潜孔锤钻井工艺在煤层气开发中的应用

~ 摘要：中联煤层气有限责任公司（北京 100011）采用空气潜孔锤钻井工艺在煤层气开发中取得了显著成效。该技术通过压缩空气驱动潜孔锤，实现欠平衡钻井，提高了钻井效率，降低了开发成本，并减少了煤储层伤害。关键词：空气潜孔锤钻井；煤层气Application of Air-flush Hammer Drilling Technology in Coalbed Methane DevelopmentSun JianPing（China United Coalbed Methane Corp., Beijing 100011）Abstract：Notable improvements have been achieved in coalbed methane (CBM) development utilizing the air-flush hammer drilling technology, developed by China United Coalbed Methane Corp. This technology, which employs compressed air as both power and circulation medium to drive the submerged hammer, enables underbalanced drilling and enhances drilling efficiency, reduces development costs, and mitigates damage to the coal reservoirs.Keywords：Air-flush Hammer Drilling; Coalbed Methane前言：空气潜孔锤钻井工艺利用压缩空气作为动力和循环介质，驱动潜孔锤工作，实现欠平衡钻井。该技术在国外钻井施工中应用广泛，因其快速钻井速度和对储层的小伤害而受到青睐。该技术适用于钻井直径102～311mm，钻井深度小于1000m的相对简单地质条件。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 空气潜孔锤钻井工艺原理空气潜孔锤钻井工艺通过压缩空气作为动力介质，驱动潜孔锤工作，实现欠平衡钻井。该工艺在岩石硬度较大的地层中钻进时，与常规钻井工艺相比，能显著提高钻井效率。其高效性主要得益于以下几个因素：（1）作用在潜孔钻头切削刃上的冲击载荷瞬间可达极高值，促进岩石裂隙发育；（2）切削刃磨损减少；（3）高冲击频率有利于岩石破碎；（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；（4）利于岩屑录井；（5）对环境污染小。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适用性主要受限于钻井井径及地质、水文条件。3.1 钻井井径该工艺的岩粉携带能力主要取决于空气上返速度，因此适用于井径400mm以下的钻井施工。目前，该技术开始用于井径400～600mm的钻井施工。3.2 地质条件该工艺最适合钻进粗粒且不均匀的地层，在6～9级岩石中钻进效果尤为显著。钻进裂隙发育的地层时，空气漏失可能导致风压下降，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柱压力远小于地层压力，可能形成抽水现象。如水量大于10m3/h，钻速将大幅下降。3.4 钻井深度钻井深度超过1000m时，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。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主要参数包括轴向压力、回转速度、冲击功及冲击频率等。不同硬度的岩石要求不同的钻进参数。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需求；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推广应用。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

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北川羌族自治县13961564851： 煤层气开采是否用水? - ？
歧贩天新： 您好,煤层气用水分为好几个阶段,在钻井过程中,使用清水或泥浆钻井液过程中都会使用到水作为钻井液.当然这个阶段如果使用空气潜孔锤(干旱缺水使用比较多的)钻进的话就不会用多少水了.如果煤层气储层渗透率达不到生产要求的话.需要进行清水,或清水加沙压裂,也会用到不少的水.排采阶段有楼上说借鉴石油的注水采气,应用不是很广.一般来说,都是排水(地层煤岩石中水)降压达到排采煤层气的要求.如果煤层气资源丰富,缺水情况下,还是可以克服条件进行大规模开采的

北川羌族自治县13961564851： 井下动力钻具难点与分析 - ？
歧贩天新： 超深井施工中,特别是在高温高压段和深井段必须使用井下动力钻具进行施工,当前,井下动力钻具主要有:螺杆钻具、液动锤和涡轮钻具3种,其中螺杆钻具和涡轮钻具都属于回转破岩类动力钻具,液动锤则利用冲击进行破岩钻进.超深井中...

北川羌族自治县13961564851： 水平井钻井技术 - ？
歧贩天新： 水平井钻完井技术是页岩气规模开发的关键技术,页岩气几乎都采用水平井开采.水平井钻完井技术,包括欠平衡、空气钻井、控制压力钻井、旋转导向钻井、钻井液配方、有效固井等技术,也包括同井场利用滑移井架钻模式钻探多口水平井技术.水平井与直井相比,其优势在于:①成本为直井的1.5~2.5倍,单井控制储量是直井的3~4倍;②水平井与储层裂缝相交机会大,明显改善储层流体的流动状况和增加泄流面积;③减少地面设施、占地面积,延伸可采范围.

北川羌族自治县13961564851： 煤层气钻井工艺特点？
歧贩天新： 总之就是要减少储层伤害,增加煤层气的解析,比如要用到暂堵型钻井液,羽状水平孔,枝状水平孔等~

北川羌族自治县13961564851： 关于煤层气的开采,先打穿层钻孔,再顺层? - ？
歧贩天新： 呵呵,很多都是经验性的.尤其是煤层气开采,中国起步较晚,目前也才不过10多年时间,而且相对于成功开发煤层气工业气流的美国,我们国家的煤层气田地质构造,煤层其藏地质情况也大不同于美国.所以很多都是经验性的东西,暂时还没有一套非常规范的标准和规定.拿某些资深专家的话说,目前中国煤层气的开采开发,其实就是摸着石头过河.不过随着石油公司加大对在山西晋城、陕西韩城等比较具有开采价值的煤层气田的投入,相信我国煤层气事业将会取得很大成功

北川羌族自治县13961564851： 煤层气开发流程是啥 - ？
歧贩天新： xiaoguan,给个最佳答案呗!煤层气开发的流程就是首先要划出煤层气的最佳储量优势地带,其次进行煤层气资源评估,第三进行地质资料收集,第四设计开发设计,第五钻井,第六完井,第七储层改造,第...

北川羌族自治县13961564851： 钻井工艺技术 ？
歧贩天新： (一)工程井钻井工艺在工程井钻井施工作业中分三开作业,以DS01-1井为例.一开直井段施工,二开造斜段施工,三开钻井时两井对接连通,连通后主井眼水平段钻进...

北川羌族自治县13961564851： 潜孔锤钻井应该注意些什么 - ？
歧贩天新： 操作方法及注意事项 ⑴保持钻具内孔清洁,以防将潜孔锤活塞卡住而不能工作,防止过快磨损内缸套和活塞. ⑵钻具接近井底0.3m时送风,待风返回井口后再开车转动钻具,扫到井底,潜孔锤工作正常后方可按正常参数钻进. ⑶加钻杆时把钻...

北川羌族自治县13961564851： 打井打到花岗岩还没有水 - ？
歧贩天新： 这个很正常的,与石油打井一样,打下去没有油,换一个地方再打.不是100%能够打到水的.

北川羌族自治县13961564851： 为什么叫潜孔锤,风动潜孔锤和空气锤一样么? - ？
歧贩天新： 潜孔锤是空气潜孔锤钻进工艺施工所需设备,可能是行业说法不一样,风动潜孔锤与空气锤应该是一样的,都是以空气作为循环介质,作为动力能源达到连续钻进的目的.