車載空氣鉆井技術在貴州煤層氣井表層施工中的應用

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過程中，出現了諸多鉆井難點，由于喀斯特地貌發育，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象，制約了貴州巖溶地區煤層氣勘探和開發的進程[1]。本文通過采用車載空氣鉆機進行表層鉆井作業施工，可有效減輕井漏帶來的危害，實現表層快速鉆進。在鉆井施工結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塊煤層氣井為例，介紹了空氣鉆井技術在貴州喀斯特地貌煤層氣井表層施工中的應用及取得的成果，希望可以對貴州喀斯特地貌煤層氣開發鉆井工程技術提供一定的借鑒及思考。

關鍵詞：車載空氣鉆機；貴州煤層氣井；喀斯特地貌；鉆井技術

車載空氣鉆機是一種專門設計用于在車輛上安裝和使用的鉆孔設備。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”。

空氣鉆井技術最大的優點是能夠實現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。利用空氣作為循環介質，在實現環空返砂，同時實現鉆進作業，具有成本低，節省鉆井泥漿、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在穩定的基巖層完鉆，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的影響。

1.區域地質特征

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

戴家田礦區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育，以正斷層為主，小構造較發育，對煤層的破壞性較大；向斜南東翼受幾組大斷層影響，小構造極其發育，煤系出露部分被斷層切割的支離破碎，對煤層影響極大。總體上，礦區內小構造的發育程度為中等發育。

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

2.戴家田2平臺表層鉆探簡介

為實現戴家田區塊首采區首采面區域瓦斯治理、條帶消突，保證煤礦安全生產，建設戴家田2平臺以探索“以井代巷”瓦斯高效抽采關鍵技術，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井一開鉆井設計井段0～180m，DJT-2-1井一開鉆井設計井段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.空氣鉆井技術措施及要求

3.1設備配置（工作原理和優勢）（見表1）

3.2施工步驟

3.2.1 鉆前準備工作

根據施工現場的具體情況，將空氣鉆機放置在合適的位置。確保鉆機穩定且水平，以便進行準確的鉆探作業。鉆進施工前做好各設備的調試工作，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，及時判斷可能出現的井眼問題。正常鉆進時鉆井執行設計參數，記錄鉆壓、轉速、排量、扭矩及進尺等數據。送鉆均勻，并注意壓力及井下情況，發現扭矩變化、蹩跳鉆嚴重、上提遇卡等井下異常現象時，立即停鉆，活動鉆具、循環觀察，及時處理。

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

鉆進過程中施工人員應做好眼睛的防護，防止出渣傷人。在接桿與下鉆時應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。空壓機操作人員應根據壓力顯示出現異常時及時反應給司鉆以作相應的處理[5]。

3.2.3 除塵

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

3.2.4 起下鉆作業

打完進尺或處理異常情況，需要進行起鉆作業。起鉆前，充分吹掃循環井眼， 要求至少吹掃循環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，發現摩阻異常升高，應立即停止起鉆，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：

鉆壓：20-40KN;轉速：20-30r/min;氣量：90-150m3/min。

鉆具組合如表2。

4.施工結果

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

5.結論與建議

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

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

貴州喀斯特地貌區塊的空氣鉆井技術應用，不僅能夠應對復雜的地質條件，還能在裂縫、溶洞發育處有效地防止漏失，提高鉆井作業的安全性、效率和經濟效益，是推動貴州鉆井事業持續發展的重要手段之一。

參考文獻

[1]謝國毅，劉虎，毛志新。貴州巖溶地區煤層氣鉆井關鍵技術[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展[J].石化技術，2018，25（08）：170+160.

[3]李瑞寒，陳麗麗。煤礦采空區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。空氣錘氣體鉆井技術在四川油氣田的應用與研究[J].內蒙古石油化工，2021，47（10）：70-72.

[5]譚秀華，趙文韜，謝治國等。空氣鉆井技術在酉陽東頁巖氣區塊Y2井的應用[J].重慶科技學院學報（自然科學版），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濟性評價研究[D].西南石油大學，2018.DOI：10.27420/d.cnki.gxsyc.2018.000148.

作者單位：貴州頁巖氣勘探開發有限責任公司