蘇 醒，王 萬，楊潞鴻東北煤田地質局一〇三勘探隊，遼寧沈陽 110013

氣舉反循環(huán)鉆井工藝及應用

蘇 醒，王 萬，楊潞鴻
東北煤田地質局一〇三勘探隊，遼寧沈陽 110013

氣舉反循環(huán)鉆井工藝的發(fā)展較晚，但由于此工藝實用性強、優(yōu)點多，近些年來發(fā)展迅速。氣舉反循環(huán)在水井、地熱井、瓦斯排放井等施工中均取得了非常好的成果。由于受沉沒系數(shù)的限制，氣舉反循環(huán)工藝不能勝任地表鉆進，因此在施工地表鉆進時需合理選擇其它鉆進方法。

氣舉反循環(huán)；瓦斯抽放井；水井；地熱井

1 氣舉反循環(huán)的發(fā)展史

20 世紀60年代初期，我國地質、冶金等部門開始分別研制反循環(huán)鉆機。煤炭部門20世紀70年代初期成功的采用了氣舉反循環(huán)進行煤礦豎井鉆進。20世紀70年代到80年代初期，我國很多部門和單位都成功地利用氣舉反循環(huán)鉆進工藝進行各種鉆進。目前氣舉反循環(huán)鉆探技術己在我國許多個省市推廣，并推向國外市場，該技術最大鉆井深度達3 002m，洗井井深為3 200m。氣舉反循環(huán)鉆井己成為水井、地熱井、瓦斯排放井、煤層氣井施工的主要技術手段。

2 氣舉反循環(huán)設備及工作原理

2.1 氣舉反循環(huán)的設備

氣舉反循環(huán)設備包括：鉆機、鉆塔、空壓機、雙臂主動方鉆桿、氣水龍頭（氣盒子）、雙臂鉆桿（風管）、混合器、單臂鉆桿、鉆鋌或加重鉆桿、鉆頭（通常使用專用的三牙輪鉆頭）、振動篩、接手等。

2.2 氣舉反循環(huán)的工作原理

氣舉反循環(huán)是用空壓機將壓縮的空氣通過供氣管、氣盒子、雙臂主動方鉆桿、雙臂鉆桿的環(huán)狀空間送至鉆具中的混合室，然后進入雙臂鉆桿內管內，使其與內管里的沖洗液及巖屑巖粉混合，形成了比重小于沖洗液的混合物，使鉆桿內液柱壓力降低，在鉆桿內外形成壓力差；在鉆桿柱外側沖洗液壓力的作用下，鉆桿內的混合物上升，經(jīng)排渣管排出孔外送至振動篩，振動篩將巖屑巖粉分離出來，沖洗液重新流至孔內形成循環(huán)。

壓縮空氣由混合室進入鉆桿內，與沖洗液混合形成氣泡，這種氣泡在上升過程中由于外界壓力逐漸減小而繼續(xù)膨脹，其膨脹功轉化為動能，提高了混合液上升的速度。氣舉反循環(huán)通常下部鉆具為單臂鉆桿，上部為雙臂鉆桿。在混合室以下，鉆桿內為固、液混合物，混合室以上為固、液、氣混合物。

3 氣舉反循環(huán)的應用及成果

3.1 在瓦斯抽放井中的應用及成果

3.1.1 工程概況

遼寧省紅菱煤礦施工的大口徑瓦斯抽放井，要求施工方做到鉆孔平直，孔底位移不能超過5m；套管與井壁之間的環(huán)空封固要好，防止上部含水層向井下漏水，保證井下安全。由于當?shù)氐貙臃€(wěn)定不易坍塌，適合氣舉反循環(huán)鉆進，且此鉆井方法具有管路平直的優(yōu)點，因此選用氣舉反循環(huán)鉆井。

3.1.2 鉆具組合及鉆進參數(shù)

本次施工主要鉆具組合為：一開采用φ445mm牙輪鉆頭、二開采用φ730mm牙輪鉆頭、φ178鉆鋌34.64m、φ203鉆鋌18.82m、φ127mm鉆桿538.94m、SHB-127/62雙臂鉆桿96.33m、主動方鉆桿11.75m、氣水龍頭、VF-4.5/25型空壓機。

鉆 壓 30-70KN

風 壓 1.0-1.5Mpa轉 速 40-60r/min

3.1.3 取得的成果

采用氣舉反循環(huán)鉆井成功的完成了瓦斯抽放井工程。完井井徑730mm，井深720m，井底偏移僅2.8m，滿足設計要求；由于采用清水作為沖洗液，因此在下套管之前也不需要洗井，不僅縮短了工期也降低了成本。

3.2 在水井修井中的應用及成果

3.2.1 工程概況

天津市寧河北水源地的15眼水井完井后進行了大流量、大降深、長時間的抽水試驗，在抽水過程中有11眼水井出現(xiàn)水量減少的情況，抽水試驗結束后對15眼水井進行檢驗，分析是由于垮塌、掉塊、涌砂淤塞等所致。根據(jù)實際情況，結合各鉆探工藝的優(yōu)點，選擇氣舉反循環(huán)鉆進技術進行修井。

3.2.2 鉆具組合及鉆進參數(shù)

本次施工主要鉆具組合為：φ311mm牙輪鉆頭、φ178鉆鋌18m、φ159鉆鋌36m、φ89mm鉆桿、SHB-127/70雙臂鉆桿90m～120m、φ108mm主動方鉆桿、氣水龍頭、3LC-4.5/25型空壓機。

鉆 壓 30-60KN風 壓 0.6-0.7Mpa轉 速 40-60r/min

3.2.3 取得的成果

與常規(guī)的正循環(huán)鉆進技術透掃十撈砂管撈砂方法相比，施工效率大幅度地提高，不僅減小了工人的勞動強度，而且井內安全未出現(xiàn)卡、埋事故，工期短；對水井的取水層無污染、堵塞，保證了水井的出水能力；水井透掃、撈砂后，各井又在取水層段下入了濾水管，經(jīng)再次進行群井抽水試驗，出水量超過了原單井出水量的總和，亦超過了第一次群井抽水試驗的出水量。

4 氣舉反循環(huán)的優(yōu)點

1）氣舉反循環(huán)的沖洗液上返流速快，能攜帶大粒徑的巖屑，減少了鉆頭重復作業(yè)，提高了鉆進效率和鉆頭的使用壽命；

2）與泵吸反循環(huán)和射流反循環(huán)相比，氣舉反循環(huán)可用于較深的鉆孔；

3）如果地層穩(wěn)定不易垮塌，氣舉反循環(huán)可以直接用清水或地下水作為沖洗液，簡化泥漿系統(tǒng)，大大降低了成本，同時也達到了洗井的效果；

4）氣舉反循環(huán)鉆進井眼平直，不易堵塞，上返的混合物不經(jīng)任何工作機械，設備磨損小；

5）氣舉反循環(huán)鉆進時，沖洗液攜帶的巖屑巖粉從鉆桿柱內上返到地表，不和井壁接觸，巖屑巖粉不會滲入可采層位，因此不會堵塞和污染可采層；

6）氣舉反循環(huán)鉆進成井質量好、輔助時間少、勞動強度低。

5 結論

氣舉反循環(huán)鉆進發(fā)展較晚，由于氣舉反循環(huán)鉆進效率高、孔底清潔、事故少、成本低、成井質量好等優(yōu)點，近些年來發(fā)展迅速，并取得了很好的成果。 由于受沉沒系數(shù)的限制，氣舉反循環(huán)還不能勝任地表鉆進，因此，在開孔階段要選用其它鉆井工藝。在實際生產(chǎn)中要結合實際情況，合理的選擇鉆探工藝，在能達到要求的基礎上，可以選擇多種鉆探工藝完井，不僅提高工作效率，同時也能獲得更大的經(jīng)濟效益。

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1674-6708（2011）57-0150-02