气举反循环钻井工艺及应用

气举反循环钻井工艺及应用

摘要气举反循环钻井工艺的发展较晚，但由于此工艺实用性强、优点多，近些年来发展迅速。气举反循环在水井、地热井、瓦斯排放井等施工中均取得了非常好的成果。由于受沉没系数的限制，气举反循环工艺不能胜任地表钻进，因此在施工地表钻进时需合理选择其它钻进方法。

关键词气举反循环；瓦斯抽放井；水井；地热井

1 气举反循环的发展史

20世纪60年代初期，我国地质、冶金等部门开始分别研制反循环钻机。煤炭部门20世纪70年代初期成功的采用了气举反循环进行煤矿竖井钻进。20世纪70年代到80年代初期，我国很多部门和单位都成功地利用气举反循环钻进工艺进行各种钻进。目前气举反循环钻探技术己在我国许多个省市推广，并推向国外市场，该技术最大钻井深度达3 002m，洗井井深为3 200m。气举反循环钻井己成为水井、地热井、瓦斯排放井、煤层气井施工的主要技术手段。

2 气举反循环设备及工作原理

2.1 气举反循环的设备

气举反循环设备包括：钻机、钻塔、空压机、双臂主动方钻杆、气水龙头（气盒子）、双臂钻杆（风管）、混合器、单臂钻杆、钻铤或加重钻杆、钻头（通常使用专用的三牙轮钻头）、振动筛、接手等。

2.2 气举反循环的工作原理

气举反循环是用空压机将压缩的空气通过供气管、气盒子、双臂主动方钻杆、双臂钻杆的环状空间送至钻具中的混合室，然后进入双臂钻杆内管内，使其与内管里的冲洗液及岩屑岩粉混合，形成了比重小于冲洗液的混合物，使钻杆内液柱压力降低，在钻杆内外形成压力差；在钻杆柱外侧冲洗液压力的作用下，钻杆内的混合物上升，经排渣管排出孔外送至振动筛，振动筛将岩屑岩粉分离出来，冲洗液重新流至孔内形成循环。

压缩空气由混合室进入钻杆内，与冲洗液混合形成气泡，这种气泡在上升过程中由于外界压力逐渐减小而继续膨胀，其膨胀功转化为动能，提高了混合液上升的速度。气举反循环通常下部钻具为单臂钻杆，上部为双臂钻杆。在混合室以下，钻杆内为固、液混合物，混合室以上为固、液、气混合物。

3 气举反循环的应用及成果

3.1 在瓦斯抽放井中的应用及成果

3.1.1 工程概况

辽宁省红菱煤矿施工的大口径瓦斯抽放井，要求施工方做到钻孔平直，孔底位移不能超过5m；套管与井壁之间的环空封固要好，防止上部含水层向井下漏水，保证井下安全。由于当地地层稳定不易坍塌，适合气举反循环钻进，且此钻井方法具有管路平直的优点，因此选用气举反循环钻井。

3.1.2 钻具组合及钻进参数

本次施工主要钻具组合为：一开采用φ445mm牙轮钻头、二开采用φ730mm 牙轮钻头、φ178钻铤34.64m、φ203钻铤18.82m、φ127mm钻杆538.94m、SHB-127/62双臂钻杆96.33m、主动方钻杆11.75m、气水龙头、VF-4.5/25型空压机。

3.1.3 取得的成果

采用气举反循环钻井成功的完成了瓦斯抽放井工程。完井井径730mm，井深720m，井底偏移仅2.8m，满足设计要求；由于采用清水作为冲洗液，因此在下套管之前也不需要洗井，不仅缩短了工期也降低了成本。

3.2 在水井修井中的应用及成果

3.2.1 工程概况

天津市宁河北水源地的15眼水井完井后进行了大流量、大降深、长时间的抽水试验，在抽水过程中有11眼水井出现水量减少的情况，抽水试验结束后对15眼水井进行检验，分析是由于垮塌、掉块、涌砂淤塞等所致。根据实际情况，结合各钻探工艺的优点，选择气举反循环钻进技术进行修井。

3.2.2 钻具组合及钻进参数

本次施工主要钻具组合为：φ311mm牙轮钻头、φ178钻铤18m、φ159钻铤36m、φ89mm钻杆、SHB-127/70双臂钻杆90m~120m、φ108mm主动方钻杆、气水龙头、3LC-4.5/25型空压机。

3.2.3 取得的成果

与常规的正循环钻进技术透扫十捞砂管捞砂方法相比，施工效率大幅度地提高，不仅减小了工人的劳动强度，而且井内安全未出现卡、埋事故，工期短；对水井的取水层无污染、堵塞，保证了水井的出水能力；水井透扫、捞砂后，各井又在取水层段下入了滤水管，经再次进行群井抽水试验，出水量超过了原单井出水量的总和，亦超过了第一次群井抽水试验的出水量。

4 气举反循环的优点

1）气举反循环的冲洗液上返流速快，能携带大粒径的岩屑，减少了钻头重复作业，提高了钻进效率和钻头的使用寿命；

2）与泵吸反循环和射流反循环相比，气举反循环可用于较深的钻孔；

3）如果地层稳定不易垮塌，气举反循环可以直接用清水或地下水作为冲洗液，简化泥浆系统，大大降低了成本，同时也达到了洗井的效果；

4）气举反循环钻进井眼平直，不易堵塞，上返的混合物不经任何工作机械，设备磨损小；

5）气举反循环钻进时，冲洗液携带的岩屑岩粉从钻杆柱内上返到地表，不和井壁接触，岩屑岩粉不会渗入可采层位，因此不会堵塞和污染可采层；

6）气举反循环钻进成井质量好、辅助时间少、劳动强度低。

5 结论

气举反循环钻进发展较晚，由于气举反循环钻进效率高、孔底清洁、事故少、成本低、成井质量好等优点，近些年来发展迅速，并取得了很好的成果。由于受沉没系数的限制，气举反循环还不能胜任地表钻进，因此，在开孔阶段要选用其它钻井工艺。在实际生产中要结合实际情况，合理的选择钻探工艺，在能达到要求的基础上，可以选择多种钻探工艺完井，不仅提高工作效率，同时也能获得更大的经济效益。

参考文献

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[2]李诚名.新编石油钻井工程实用手册[M].北京：中国知识出版社2006.

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