钻机时,所说的反循环是什么意思?

反循环指的通常是排削方法。就是把孔底产生渣削从钻杆内部向上排除，使用的工具通常是泥石泵。载体是通常是泥浆。就是利用水把钻头钻出的碎末泥渣沙石等物从钻杆抽出去。使得钻进持续产生。达到所需钻进深度或其他目的，

钻机可按用途分类，如岩心钻机、石 油钻机、水文地质调查与水井钻机、工程地质勘查钻机、坑道钻机及

工程施工

钻 机等。按钻进方法可把钻机分成四类： (1) 冲击式钻机：钢丝绳冲击式、钻杆冲击式钻机。 (2) 回转式钻机：立轴式 --手把给进式、螺旋差动给进式、液压给进式钻机; 转盘式--钢绳加减压式、液 压缸加减压式钻机; 移动回转器式--全液压动力头式、机械动力头式钻机。 (3) 振动钻机。 (4) 复合式钻机：振动、冲击、回转、静压等功能以不同组合方式 复合在一起的钻机。

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/35.4m

3

/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。进口网

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/cm

3

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/cm

3

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