车载空气钻井技术在贵州煤层气井表层施工中的应用

杨鹏程

摘  要：贵州省煤层气资源十分丰富，在前期的煤层气勘探开发过程中，出现了诸多钻井难点，由于喀斯特地貌发育，在一开钻进过程中容易遇到裂缝、溶洞，存在井漏和井口失返现象，制约了贵州岩溶地区煤层气勘探和开发的进程[1]。本文通过采用车载空气钻机进行表层钻井作业施工，可有效减轻井漏带来的危害，实现表层快速钻进。在钻井施工结束后下入表层套管封隔漏层，保障下部井段安全施工。本文以贵州戴家田区块煤层气井为例，介绍了空气钻井技术在贵州喀斯特地貌煤层气井表层施工中的应用及取得的成果，希望可以对贵州喀斯特地貌煤层气开发钻井工程技术提供一定的借鉴及思考。

关键词：车载空气钻机；贵州煤层气井；喀斯特地貌；钻井技术

车载空气钻机是一种专门设计用于在车辆上安装和使用的钻孔设备。这种钻机通常使用压缩空气作为动力源，因此被称为“空气钻机”。

空气钻井技术最大的优点是能够实现在漏失层位中快速钻进的特点，能够有效地解决喀斯特地貌表层溶洞性漏失带来的施工难题。利用空气作为循环介质，在实现环空返砂，同时实现钻进作业，具有成本低，节省钻井泥浆、无需停钻堵漏等特点，是目前解决溶洞性漏失的最佳处理办法[2]。

在喀斯特地貌存在溶洞性漏失的煤层气井表层施工中使用空气钻井技术在稳定的基岩层完钻，并下入套管，封隔漏层，有效地解决了表层溶洞性漏失对钻井作业的影响。

1.区域地质特征

戴家田矿区位于织纳煤田内。区域出露地层自上震旦统至第四系，除缺失中、上奥陶统，志留系，中、下泥盆统外，其他各时代地层均有分布。二叠系、三叠系分布最广，发育最好，其余地层零星分布，晚二叠世早期有玄武岩浆喷发。

戴家田矿区位于阿弓向斜的北端—八步向斜，八步向斜北西翼落差＞20m的断层在9至13勘查线的煤层露头附近较发育，以正断层为主，小构造较发育，对煤层的破坏性较大；向斜南东翼受几组大断层影响，小构造极其发育，煤系出露部分被断层切割的支离破碎，对煤层影响极大。总体上，矿区内小构造的发育程度为中等发育。

本矿区总体为一不对称向斜构造。八步向斜北西翼地层产状较平缓，走向南北、倾向东，倾角15°～29°，发育一组共9条断层，且切割含煤地层，小构造发育程度为中等，次一级褶曲宽缓且波幅很小，构造复杂程度为中等构造。重点针对性介绍工区浅层岩溶地层发育情况及常规钻井技术的工程难点。

2.戴家田2平台表层钻探简介

为实现戴家田区块首采区首采面区域瓦斯治理、条带消突，保证煤矿安全生产，建设戴家田2平台以探索“以井代巷”瓦斯高效抽采关键技术，建立地面水平井抽采瓦斯的工程工艺系列，为矿井安全治理试点新方法[3]。

戴家田2平台共实施2口水平井，分别为DJT-2-1井、DJT-2-2井。DJT-2-2井一开钻井设计井段0～180m，DJT-2-1井一开钻井设计井段0～50m，（补充一开井段地层岩性）两口水平井表层均采用空气钻批钻模式钻进。

3.空气钻井技术措施及要求

3.1设备配置（工作原理和优势）（见表1）

3.2施工步骤

3.2.1 钻前准备工作

根据施工现场的具体情况，将空气钻机放置在合适的位置。确保钻机稳定且水平，以便进行准确的钻探作业。钻进施工前做好各设备的调试工作，做好管线、空气锤的连接工作，确保气路畅通无阻，防止脱扣、漏气[4]。

3.2.2 钻进

使用塔式钻具，使用潜孔锤钻头Φ420mm钻进（DJT-2-1H： 0～50m）/（ DJT-2-2H： 0～180m），下Φ339.7mm套管固井侯凝。

随时注意观测排屑管的返出物和取样器取出的岩屑情况，及时判断可能出现的井眼问题。正常钻进时钻井执行设计参数，记录钻压、转速、排量、扭矩及进尺等数据。送钻均匀，并注意压力及井下情况，发现扭矩变化、蹩跳钻严重、上提遇卡等井下异常现象时，立即停钻，活动钻具、循环观察，及时处理。

钻进过程中，当钻完一个单根后，充分循环吹扫循环 5～7 min（若地层出水，需充分循环 8～12 min），缓慢地上下活动钻具，消除可能形成的泥环，井底干净后，上提下放无遇阻现象（要注意停气后上提下放的情况，如有遇阻应再进行吹扫循环）， 方可进行接单根作业。

钻进过程中施工人员应做好眼睛的防护，防止出渣伤人。在接杆与下钻时应与空压机操作人员进行配合，以防并下卡钻与人员受伤事故。空压机操作人员应根据压力显示出现异常时及时反应给司钻以作相应的处理[5]。

3.2.3 除尘

根据周边地层的观察，初步判断为黄土层与灰岩。钻进过程中如粉尘过大应及时注清水除尘，并口处应做好除渣与排水工作，不得让出水溢流至并场内其他地方，防止环境污染。

3.2.4 起下钻作业

打完进尺或处理异常情况，需要进行起钻作业。起钻前，充分吹扫循环井眼， 要求至少吹扫循环3次以上，直到出口无岩屑排出且井下正常后方可起钻[6]。

起钻过程中，注意上提钻具时指重表变化，不得使用高速起钻，发现摩阻异常升高，应立即停止起钻，进行处理。

一开钻具组合：Φ420mm锤头+Φ356mm冲击器+630×630接头+Φ203mm无磁钻铤×1根+Φ203mm钻铤×2根+631×410接头+Φ127mm钻杆。

一开钻进参数：

钻压：20-40KN;转速：20-30r/min;气量：90-150m3/min。

钻具组合如表2。

4.施工结果

DJT-2-2井于2023年10月17日9点30分使用Ф420mm空气锤钻头导管开导，根据实际情况钻进至井深196m，下Ф339.7m导管至184.47m。2023年10月20日17点30分使用Ф420mm空气锤钻头导管开导， 根据实际情况钻进至井深58.2m，下Ф339.7m导管至58.2m。

戴家田2平台2口水平井一开均一趟钻完钻，平均井深121.34m，实现了钻开基岩层，避开表层漏失层段，并下入套管，封隔漏层，有效地解决了表层溶洞性漏失对钻井作业的影响。

5.结论与建议

贵州这样以喀斯特地貌为主的地区，灰岩层具有出色的稳定性和硬度特性，这些特性在利用空气钻井技术进行表层施工时，能够确保井眼的稳定性，从而提供良好的施工条件。

采用空气钻井技术进行表层施工不仅能够有效降低井下作业的安全风险，还能实现连续施工的目标，这不仅有助于提高钻井时效，更能节约大量的施工成本，对于整个钻井工程来说具有重要的经济意义。

贵州喀斯特地貌区块的空气钻井技术应用，不仅能够应对复杂的地质条件，还能在裂缝、溶洞发育处有效地防止漏失，提高钻井作业的安全性、效率和经济效益，是推动贵州钻井事业持续发展的重要手段之一。

参考文献

[1]谢国毅，刘虎，毛志新。贵州岩溶地区煤层气钻井关键技术[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2018，45（05）：46-49.

[2]张静伟。气体钻井理论的新发展[J].石化技术，2018，25（08）：170+160.

[3]李瑞寒，陈丽丽。煤矿采空区瓦斯抽采井钻井工艺研究[J].河南科技，2022，41（21）：65-68.DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.21.014.

[4]蒲克勇，王虎，郭晓明。空气锤气体钻井技术在四川油气田的应用与研究[J].内蒙古石油化工，2021，47（10）：70-72.

[5]谭秀华，赵文韬，谢治国等。空气钻井技术在酉阳东页岩气区块Y2井的应用[J].重庆科技学院学报（自然科学版），2018，20（05）：42-44.DOI：10.19406/j.cnki.cqkjxyxbzkb.2018.05.010.

[6]刘俊男。气体钻井钻具失效及经济性评价研究[D].西南石油大学，2018.DOI：10.27420/d.cnki.gxsyc.2018.000148.

作者单位：贵州页岩气勘探开发有限责任公司