空气潜孔锤钻井工艺在煤层气开发中的应用

Question

如题所述

Answer 1

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