钻机车及其配套设备在阜康煤层气开发中的应用

牛明远

(新维吾尔自治区疆煤田地质局安全勘查技术处，新疆 830091)

钻机车及其配套设备在阜康煤层气开发中的应用

牛明远

(新维吾尔自治区疆煤田地质局安全勘查技术处，新疆 830091)

本文介绍了阜康矿区煤层气钻井施工中，煤层气钻机车、泥浆罐、柴油机、泥浆泵等设备的技术参数和应用效果，通过与常规油气勘探所应用的设备进行对比，并结合生产实际，提出了煤层气钻机车及其配套设备在煤层气勘探施工的改进措施。

煤层气 钻机车 配套设备 施工应用

在《新疆煤层气勘查开发利用(2011～2020年)实施方案》中，准南煤田阜康矿区白杨河区块已被确定为新疆煤层气重点勘查开发示范区，并在先期重点开发建设。在该示范区钻探施工的队伍有煤田、有色、地矿、石油等9家单位，新疆煤田地质局积极开拓煤层气勘探市场，率先引进了1000Y型煤层气钻机车及其配套设备，在2014～2015年共完成钻井6口，累计钻探进尺6332.55m。

1 煤层气钻机车

1000Y型煤层气钻机车属于液压缸-钢丝绳传动型主动加压钻机，司钻可以通过加压减压钻进手轮控制钻压，在浅层钻进过程中，可实现稳定加压，相比常规石油钻机机械钻速更快，效率更高。煤层气钻机车具有体积小，可自行移动的特点，其安装简便，孔间搬迁时间短，在同一平台施工多口钻井时，特别是在南疆地形复杂的山区，施工时具有优势。煤层气钻机车没有高空钻台，避免了施工人员的高空作业，安全系数较高。在此对比了在同一区块相邻井场，1000Y型煤层气钻机车和ZJ20型常规石油钻机的施工概况见表1。各井二开钻具组合见表2。

表1 1000Y型煤层气钻机车和ZJ20型钻机施工概况对比

表2 各井二开钻具组合

从表1中可以看出，由于1000Y钻机车配备了液压钳和液压绞车，配合可摆动的动力头，可以完成拧卸钻具以及起吊重物等工作，减少了其他辅助设备，在接单根、扩孔划眼等辅助时间要少于ZJ20型钻机。但钻机车受伸缩桅杆高度和提升装置限制，不能上下两根钻杆，在起下钻作业上消耗时间较多，导致1000Y型钻机车比ZJ20型钻机的钻井周期要长。

综合表1和表2，在施工直井时，两台钻机二开使用的钻具组合相似，纯钻时间相差不多，机械钻速相近。在施工定向井时，ZJ20型钻机在纯钻时间上要明显减少很多。1000Y型煤层气钻机车在施工定向井FS-19井过程中，没有装配加重钻杆，为了保证造斜强度和孔内钻压传递，只是在施工直井二开钻具组合中减少了3根φ159mm钻铤，在施工566～711m稳斜井段时，累计纯钻时间44.6h，机械钻速为3.25m/h，施工效率低。

2 泥浆罐

泥浆罐通常由2至7个模块化组合罐体组成，可以根据钻探目的和施工深度增加或者减少罐体，白杨河区块煤层气钻孔设计深度均为1000m左右，故施工队伍装配了两个泥浆罐。两个罐与罐之间、仓与仓之间即能隔开，又能联通，满足了钻井作业的需要。该区块以往的煤层气开发钻井实践过程中，未钻遇常规天然气层，且煤层压力低、游离气少，煤层气中不含H2S等有毒气体，根据泥浆罐上空间布局，净化设备配备了振动筛和除泥除砂器。

煤层气钻机车装配的泥浆罐有以下几个特点：

(1)配备双联振动筛，具有振动强度高、筛分面积大、筛箱角度可调等特点；除泥除砂器是将除砂旋流器和除泥旋流器以及底流振动筛合三为一，实现了两级固控，具有结构紧凑、占用空间面积小、功能强大的特点。

(2)煤层气钻机车没有二层平台，泥浆需从井口经地面流向泥浆池，泥浆池中架设长杆泵，再将池中的泥浆抽到泥浆罐中。泥浆池要求有一定容量，且长方形为宜，能起到沉砂的效果。泥浆池中长杆泵的流量要与泥浆泵的排量相匹配，且最好装配两个长杆泵，一备一用。

3 柴油机和泥浆泵

柴油机通过液力偶合器将动力传输给泥浆泵，柴油机型号为12V190。液力偶合器相对于传统的柴油机经减速箱、离合器、皮带驱动泥浆泵，具有以下优势：①取消了皮带传动，避免了因为皮带拉伸而经常调整皮带弦紧度的弊病；②具有离合器功能，当柴油机不停机时，且在任何转速下，通过使用压缩空气开关阀控制耦合器冲油排油，可以在没有任何冲击和磨损的情况下，平稳的进行离合。

煤层气钻机车配备1300型泥浆泵，150mm直径缸套，柴油机转速1200转/分时，泥浆泵冲次约为95次/分，排量为26L/s。施工参数井580～719m取心段时，采用φ215.9mmPDC取心钻头+绳索取心钻具+φ127mm钻杆钻进，初期为防止大泵量造成取心采取率低，调整柴油机转速至800转/分，且打开高压阀门组的回水闸阀，希望通过分流，减少到达孔底的泥浆排量，经测量泥浆到达孔底的排量在10 L/s左右，泵压为0.9MPa，取心效果较好。但由于配备的柴油机为高速柴油机，柴油机转速不宜长时间低于1000转/分工作，且阀门组回水闸阀不适用于作为节流使用，闸板易受泥浆冲蚀，维修成本较高。尝试将柴油机转速调至1000转/分，关闭回水闸阀，泥浆到达孔底的排量在20 L/s左右，泵压为2.1MPa。取心效果没有受影响，只是取心内管总成磨损加快。在取煤时，柴油机转速控制在850转/分，降低泥浆泵排量，保证煤心采取率。

4 问题及改进

(1)煤层气钻机车在新疆煤层气勘探开发中的应用还属首次，其相对于常规石油钻机具有主动加压钻进、体积小、集成化程度高、可自行移动等特点，在浅层及多山地区煤层气施工应用前景十分广阔。同时，钻机车存在起下钻时间较长的问题，可尝试装配换杆装置，减少钻井周期，提高施工效率。

(2)在使用钻机车施工定向井时，由于钻铤刚性太强，钻具加压后压力很难传递到钻头，出现托压现象，造成进尺缓慢。因此在今后施工定向井时，应优化钻具组合，减少钻铤数量，配合使用加重钻杆，提高钻进效率。

(3)施工队伍使用的泥浆罐为平底结构，使用过程中在罐底边缘易形成泥浆材料堆积，造成泥浆材料浪费，推广使用锥底结构的泥浆罐。

(4)阜康矿区煤系地层中含有大量粉砂岩、细砂岩，使用振动筛和除泥除砂器的二级固控，不能满足有害固相的控制，泥浆密度实测较大，不利于储层保护，应在泥浆罐上装配使用离心机，严格控制泥浆含砂量和固相含量。

(5)使用大功率泥浆泵施工生产参数井，因泥浆排量与取芯工具不匹配，会造成油料和钻井材料成本上的浪费，施工现场应配备小功率泥浆泵和相配套的柴油机。

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(责任编辑 刘 馨)

Application of Drilling Rig Truck and Its Matching Equipment in CBM Development of Fukang Mine

NIU Mingyuan

(Security Exploration and Technology Department, Xinjiang Bureau of Coal Geological Exploration, Xinjiang 830091)

The authors introduces technical parameters and application effect of drilling rig truck, mud tank, diesel engines and mud pump, which used in Fukang CBM well drilling construction. By comparing with the equipment used in conventional oil and gas resource exploration, and combined with the production practice, improving measures are proposed for the drilling rig truck and its matching equipment.

CBM; drilling rig truck; matching equipment; construction application

牛明远，男，钻探工程师，硕士，主要从事煤田、煤层气钻探施工及安全生产研究