液动冲击器在煤层气钻井中的应用

栗学彬

(河南省煤田地质局豫中公司，河南 450053)

CZ-205号煤层气井地层主要以较密性泥岩、沙质泥层及代石为主的细料砂岩为主。为了提高钻井效率，针对脆性、坚硬岩石以及石英、长石为主的细粒砂岩等较为坚硬难钻地层，以及深部地层空气潜孔锤钻进效率低等特点，采用液动冲击器钻井工艺，经验证能明显提高钻进效率。

1 设备及钻具组合

1.1 设备

德国宝峨RB50车载钻机一台，提升能力:55t，自重:39t，扭矩:32KN/m。

车载空压机:30m3/2.7MPa，动力机:352kW，转速:0～370rpm，加压力:80KN。

车载三缸泵:1600L/min泵压:7MΡa，车载离心泵:3200L/min，泵压:0.8MPa。

1.2 钻具组合

(1)一开钻具组合

φ305mm锤头+φ190mm气动冲击器+φ290mm扶正器φ159mm钻铤2根+φ127钻杆+动力头

(2)二开钻具组合。

φ215.9牙轮钻头 +φ190液动冲击器 +φ214mm扶正器+φ159钻铤9米长2根+φ214mm扶正器+φ159钻铤9米长4根+φ127钻杆+动力头。

1.3 钻头选择

根据液动冲击器的要求，选着三牙轮钻头。

2 CZ-205号煤层气井地层及技术参数

2.1地层

地层主要以致密脆性泥岩、较硬的砂质泥岩及已石英、长石为主的细粒砂岩等，地层较为坚硬难钻，深部地层钻进效率更低。

2.2 技术要求

设计孔深571m，井斜小于2.5°，全井井斜变化率不超过1°/100m，井径变化率不超过10%。

3 对冲洗液的要求及净化

3.1 煤层气井对冲洗液的要求标准

CZ-205号煤层气生产井为全孔无心钻井，对冲洗液的要求极高，正好符合了液动冲击器对冲洗液的要求。二开采用清水钻进，钻井液不准加入任何化学添加剂，严格控制钻井液的固相含量，减少固相颗粒和滤液侵入煤层，降低煤层污染。

3.2 液动冲击器对冲洗液的要求

液动冲击器对冲洗液的要求并不是很高，冲洗液含沙量越小越好，含沙量越少对冲击器的磨损程度就越底，冲击器的工作效率就越高。冲洗液中固体颗粒直径不得大于1毫米，以免冲击器在工作中卡死。冲洗液尽量润滑，粘度不易过高15～25s为宜，粘度越高冲击频率就会下降，致使效率降低。

3.3 冲洗液的净化

冲洗液循环系统采用三级自然沉淀及专用清浆池，钻孔出来到一级沉淀池 (长1m×宽1m×高1m)、然后到二级沉淀池 (长4m×宽3m×高1.5m)、然后经过二级提灌把沉淀好的冲洗液抽进泥浆罐里，泥浆罐连接泥浆泵形成一个循环。

4 液动冲击器技术参数及性能

4.1 液动冲击器技术参数

液动冲击器长1.8m，直径φ178mm，启动泵压1.68MPa，钻进压力1.5～6T，液动冲击器正常冲击频率800～1100次/min，根据泵压和冲洗液的粘度而降低或增加冲击频率。

4.2 液动冲击器的性能

液动冲击器具有良好的启动性能，在钻压大于1.5t后都能稳定工作并对泵量变化作出准确及时的反应，泵量自700L/min以上液动冲击器即可起动工作，当提起钻具时液动锤即停止工作，其防空打功能灵活可靠，可有效保证钻进过程中泵量不减小，冲孔排渣时液动锤不工作，有效保护钻具。随着泥浆泵的排量变化，液动冲击器的冲击频率和冲击功名显增大，钻进效率提高，当泥浆泵排量从750L/min增加到950L/min时，泵压至1.8MPa提高到2.5MPa，钻进效率相比可提高30%以上，钻压和回转速度增大钻进效率也可提高其中钻压因素影响较大，回转速度增加对钻进效率提高相对较小，正常转速在25～60转/min为宜，可根据地层硬度适当调整转速及钻压。

5 液动冲击器在煤气钻井中的应用效果

根据液动冲击器的性能及特点，针对脆性和坚硬岩石地层，液动冲击器效率明显提高，比常规三牙轮钻头效率提高30%以上。液动冲击器匹配性良好，适合用与各种煤层气钻井设备匹配，且液动冲击器性能可靠，在岩石较硬、常规牙轮钻头回转钻进困难时，采用液动冲击回转钻进能明显提高钻进效率。并且有效的减少了煤层在冲洗液的浸泡时间，降低了因为冲洗液长时间浸泡煤层而造成煤层透气性降低，造成采气量底的危害，为下一步煤层气的开采尽可能创造良好的环境。

6 结论

由于大口径液动冲击器还在起步阶段，还存在一些不足:①现在还没形成大批量生产规模，没有与之相匹配特定钻头，虽然可以用普通牙轮钻头代替，但会降低牙轮钻头的使用寿命。②液动冲击器在使用过程中冲击功很高，使设备震动厉害，设备螺栓易松动，需要经常紧固，带来不必要的麻烦，液动冲击器比较使用与较硬及脆性岩层，松软岩层效果不明显。

在使用液动冲击器时，建议尽量不要用于较弱的地层 (比如表土、泥岩等)，选钻头时要选性能良好的钻头，钻进中尽量控制好压力及转速延长钻头使用寿命，下孔前检查冲击器是否正常，避免下孔后不工作，常检查设备各连接处是否连接完好，有松动及时紧固。

［1］武汉地质学院等．钻探工艺学［M］．北京:地质出版社，1981，7.

［2］苏长寿，谢文卫，杨泽等．系列高效液动锤的研究与应用［J］．探矿工程:岩土粘掘工程.2010，3:36－39.