元壩地區(qū)空氣鉆井鉆頭選型

     一、牙輪鉆頭與空氣錘在空氣鉆期間應(yīng)用分析
　　1.牙輪鉆頭在空氣鉆期間應(yīng)用分析
　　元壩地區(qū)空氣鉆技術(shù)得以廣泛的應(yīng)用，主要是在上部地層提高鉆井速度，節(jié)約鉆井周期，目前絕大多數(shù)的井在上沙溪廟底部以上的地層均采用空氣鉆井技術(shù)，實(shí)踐證明較泥漿鉆進(jìn)技術(shù)提速效果明顯，但在個(gè)別區(qū)塊地層傾角較大，空氣鉆期間為確保井身軌跡不得不犧牲機(jī)械鉆速，在空氣鉆井過(guò)程中，鉆壓是對(duì)機(jī)械鉆速和井身質(zhì)量控制是較為敏感的參數(shù)，普通牙輪鉆頭鉆壓大機(jī)械鉆速高但難于控制井身質(zhì)量，這源于牙輪鉆頭的破巖機(jī)理，牙輪鉆頭主要通過(guò)牙輪滾動(dòng)，牙齒單齒、雙齒交錯(cuò)接觸井底，產(chǎn)生鉆頭的縱向振動(dòng)。鉆頭在井底縱向振動(dòng)通過(guò)鉆頭牙齒轉(zhuǎn)化為對(duì)地層的沖擊作用，沖擊作用與靜壓入力一起形成了鉆頭對(duì)地層巖石的沖擊、壓碎作用，同時(shí)剪切作用是由牙輪在井底滾動(dòng)的同時(shí)還產(chǎn)生牙齒對(duì)井底的滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。因此牙輪鉆頭必須有一定的鉆壓才能獲得較理想的機(jī)械鉆速，而在元壩地區(qū)個(gè)別區(qū)塊地層傾角較大，在獲得較好的機(jī)械鉆速的鉆壓下增斜的趨勢(shì)很明顯，但牙輪鉆頭因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)見(jiàn)（圖1-1）在處理空氣鉆期間井下復(fù)雜方面有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。圖1-1牙輪鉆頭結(jié)構(gòu)
　　二、空氣錘在空氣鉆期間應(yīng)用分析
　　1.空氣錘的結(jié)構(gòu)及工作原理
　　KQC系列空氣錘采用無(wú)閥式中心排氣結(jié)構(gòu)，可以保證有足夠的氣量直達(dá)井底，起到冷卻鉆頭和深井?dāng)y屑的作用。無(wú)閥式結(jié)構(gòu)的配氣氣路簡(jiǎn)單，減少了氣體壓力的損失，有效地提高了沖擊效果，加快了鉆進(jìn)速度。其原理是鉆機(jī)通過(guò)鉆桿對(duì)井底空氣錘施加鉆壓和轉(zhuǎn)矩，空壓機(jī)產(chǎn)生的高壓氣體驅(qū)動(dòng)空氣錘內(nèi)的活塞，高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)（800~1900次/分鐘），敲擊鉆頭頂端，并將活塞的沖擊功傳導(dǎo)到鉆頭端面，破碎巖層。同時(shí)，鉆桿旋轉(zhuǎn)，使鉆頭端面敲擊孔底不同位置，分別破碎。由此可以看出，空氣錘主要是沖擊破碎，而非牙輪鉆頭的碾壓破碎。這種破巖方式要求的鉆壓和轉(zhuǎn)矩較低,有效地降低了井斜,減少井下事故的發(fā)生。
　　二、空氣錘鉆井鉆井參數(shù)的選擇
　　1.空氣錘鉆井對(duì)鉆壓的要求
　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)空氣錘應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，一般鉆壓根據(jù)以下公式加載：
　　F=a*D
　　其中：
　　F：鉆壓，KN；
　　A：鉆壓系數(shù)，KN/mm，一般取0.09；
　　D：鉆頭的尺寸，mm；
　　當(dāng)然上述公式不是絕對(duì)的，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)只是作為推薦值。一般鉆壓維持在推薦值左右為好。
　　311.2mm的空氣錘鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，加載鉆壓推薦值應(yīng)為311.2*0.09，即：28KN。即為2.8t。
　　2.空氣錘鉆井對(duì)轉(zhuǎn)速的要求
　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)空氣錘應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，一般轉(zhuǎn)速根據(jù)以下公式加載：
　　R=b*ROP
　　其中：
　　R：轉(zhuǎn)速，r/h；
　　b：轉(zhuǎn)速系數(shù)，r/m，一般取96；
　　ROP：鉆進(jìn)機(jī)械鉆速，m/h；
　　空氣鉆機(jī)械鉆速為25m/h鉆進(jìn)時(shí)，推薦加載轉(zhuǎn)速應(yīng)為2400r/h，即為40r/min。
　　3.空氣錘鉆井對(duì)氣量的要求
　　氣量的作用是為空氣錘提供活塞運(yùn)動(dòng)的能量和井底攜砂以及冷卻鉆頭。氣量的選取首先應(yīng)滿(mǎn)足所鉆井眼所需的氣量，其次根據(jù)所需氣量和井眼大小來(lái)選擇匹配。注氣量一般在80~270m3/min不等。
　　若供氣量不足，立壓過(guò)低，將會(huì)導(dǎo)致空氣錘的沖擊頻率和沖擊能都較低，影響鉆速。若供氣過(guò)多，立壓過(guò)高，對(duì)空壓機(jī)的要求將提高，同時(shí)在接單根時(shí)注氣時(shí)間較長(zhǎng)，影響鉆井周期。
　　三、實(shí)際應(yīng)用情況對(duì)比
　　元壩九龍山南鼻狀構(gòu)造帶部署的兩口井元陸8井、元陸25井在遂寧、上沙溪廟地層分別應(yīng)用成都諾爾空氣錘及江漢產(chǎn)HJT527GK牙輪鉆頭，兩口井地理位置相距4KM，對(duì)比情況見(jiàn)（表3-1）表3-1　元陸8井、元陸25井空氣鉆對(duì)比情況
　　由上表分析，在相同的地區(qū)的兩口鄰井，相同的鉆井隊(duì)進(jìn)行施工，空氣錘在機(jī)械鉆速和控制井身軌跡方面優(yōu)勢(shì)明顯。四、結(jié)論
　　根據(jù)元壩地區(qū)地層分析，在上沙溪廟上部以上地層應(yīng)用空氣錘進(jìn)行空氣鉆進(jìn)，在上沙溪廟下部地層為避免復(fù)雜應(yīng)用牙輪鉆進(jìn)行空氣鉆進(jìn)。參考文獻(xiàn)[1]《元陸8井完井報(bào)告》.[2]《元陸25井空氣鉆施工總結(jié)》.[3]《成都諾爾空氣錘技術(shù)交底》.[4]《牙輪鉆頭介紹》.