王林杰，徐堪社，張 晶，常 濤

（中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710077）

空氣鉆井適用于非常干燥的，無任何流體侵入的層段，尤其是在白云巖、灰?guī)r、石英砂等堅(jiān)硬地層，鉆速可以大幅度提高。在水敏性泥頁巖，孔洞裂縫性易漏地層中鉆進(jìn)，空氣鉆井是十分理想的鉆井手段[1]。雖然空氣鉆井有機(jī)械鉆速快、防斜效果明顯、鉆井綜合成本較低、有利于環(huán)境保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)[2]，但也有其局限性。其中就包括鉆遇地層出水，容易造成環(huán)空堵卡。如果上提遇阻，因潛孔錘無法進(jìn)行倒劃眼作業(yè)，鉆具起鉆困難，易造成卡鉆、埋鉆，甚至掉鉆具事故。若地層出水量在一定范圍內(nèi)，即少量出水或者出水量較大，可以通過加大注氣量，提高注氣壓力，以提高攜巖效果，及時(shí)將巖屑排出，輔助解卡。但是，如果出水量超出臨界值范圍，巖屑緊緊黏在井壁上無法排出，隨著井深的增加，鉆具臺(tái)階處巖屑越堆越多，造成卡鉆事故[3-6]。

2015年以來在貴州地區(qū)已完成的30余口煤層氣井的施工，井身結(jié)構(gòu)普遍采用一開φ311.2 mm井眼下入φ244.5 mm表套，二開φ215.9 mm井眼下入φ139.7 mm產(chǎn)套固井完井。為防止表層漏失，一開普遍采用空氣鉆井。其中多口井鉆遇裂縫出水造成卡鉆，當(dāng)時(shí)采用的方法是將鉆具向上提死，然后倒扣從卡點(diǎn)倒開，處理巖粉后下鉆對扣提出鉆具。這樣不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。為此，設(shè)計(jì)并制作出一種適用于φ311.2 mm空氣潛孔錘倒劃眼的裝置，在降低空氣鉆井風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，提高效率，縮短周期，節(jié)約成本。

1 倒劃眼裝置的設(shè)計(jì)

倒劃眼裝置設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

1）本體設(shè)計(jì)。倒劃眼裝置本體采用φ165.1 mm鉆鋌材質(zhì)，內(nèi)徑為φ71.4 mm[7]，長度 0.9 m，為配合下部鉆具，使其可以在鉆鋌柱中變換位置，扣型設(shè)計(jì)為 4A11×4A10。

2）刀翼設(shè)計(jì)。為保證倒劃眼效果的同時(shí)減小對上返風(fēng)速的影響，設(shè)計(jì)采用三刀翼，均勻分布在本體一個(gè)圓周上，形成一個(gè)外徑為φ303 mm倒劃眼裝置。刀翼材質(zhì)采用45#鋼，規(guī)格為長度×寬×厚：30 cm×8 cm×5 cm。刀翼復(fù)合片采用1308金剛石復(fù)合片，提高切削效率。刀翼保徑材質(zhì)采用硬質(zhì)合金條，規(guī)格為YG8：6 mm×3 mm×34 mm，鑲 3 排[8-10]。

圖1 倒劃眼裝置設(shè)計(jì)圖

2 倒劃眼操作技術(shù)及現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 鉆具組合及卡鉆預(yù)防

1）鉆具組合。φ311.2 mm潛孔錘+轉(zhuǎn)換接頭+φ165 mm鉆鋌2根+倒劃眼裝置+φ165 mm鉆鋌4根+轉(zhuǎn)換接頭+φ127 mm加重鉆桿+方入。

2）為防止倒劃眼裝置在導(dǎo)管中磨損嚴(yán)重，根據(jù)導(dǎo)管下深，確保倒劃眼裝置入井后出導(dǎo)管，調(diào)整下入倒劃眼裝置下井順序。

3）鉆進(jìn)過程中均勻送鉆，并注意立管壓力及井下情況，發(fā)現(xiàn)立壓升高、扭矩變化、蹩跳鉆嚴(yán)重、上提遇卡等，立即停鉆，活動(dòng)鉆具、循環(huán)觀察，及時(shí)處理。鉆進(jìn)參數(shù)如下：①鉆頭尺寸:φ311.2 mm；②型號(hào):DHD112；③鉆壓：10~20 kN;④轉(zhuǎn)速:60 r/min；⑤泵壓:1.8 MPa；⑥排量：40~60 m3/min。

4）鉆完一單根循環(huán)3～5 min洗井，緩慢地上下活動(dòng)鉆具，消除可能形成的泥環(huán)。

5）起鉆發(fā)生阻卡，應(yīng)反復(fù)上下活動(dòng)鉆具，直到暢通無阻后方可繼續(xù)起鉆。如果不能做到暢通無阻，則下鉆時(shí)應(yīng)在遇阻井段進(jìn)行劃眼。

2.2 事故處理

1）當(dāng)出現(xiàn)上提鉆具遇卡，下放遇阻時(shí)，在持續(xù)送風(fēng)的同時(shí)強(qiáng)力活動(dòng)鉆具，上下拉提或扭轉(zhuǎn)，以提拉為主，在不超過鉆柱安全符合前提下，可大力上提猛放并適當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)以求解卡。

2）第1）步方法未能解卡，應(yīng)以中速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤，緩慢上提鉆具，密切觀察指重表變化，當(dāng)上提至卡點(diǎn)以上后重新下放，將倒劃眼裝置刮下巖屑清理干凈后繼續(xù)倒劃眼作業(yè)，直至徹底解卡。

2.3 現(xiàn)場應(yīng)用

空氣潛孔錘倒劃眼裝置在貴州某區(qū)塊地面煤層氣鉆井中應(yīng)用了4口井，效果較為明顯，較大幅度地縮短了鉆井周期,應(yīng)用倒劃眼裝置前后效果對比見表1。

表1 應(yīng)用倒劃眼裝置前后效果對比

3 結(jié)語

倒劃眼裝置可以有效預(yù)防和處理空氣鉆井過程中的卡鉆。倒劃眼裝置保徑部分鑲3排合金條，鉆完4口井后有的地方磨損較為嚴(yán)重，需根據(jù)磨損程度，優(yōu)化材質(zhì)選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在鉆具組合上采用防斜鉆具組合，該裝置防斜效果有待檢驗(yàn)。