车载钻井机钻井工艺配套

吕光辉，张建华，罗礼辉，敖春来

（1.中国人民解放军68612部队，宁夏银川750021；2.中国建筑材料工业地质勘查中心陕西总队，陕西西安710003）

车载钻井机钻井工艺配套

吕光辉*1，张建华2，罗礼辉1，敖春来1

（1.中国人民解放军68612部队，宁夏银川750021；2.中国建筑材料工业地质勘查中心陕西总队，陕西西安710003）

根据我军给水部队给水工程装备现状和水文水井钻探发展，探求给水装备钻井新工艺配套，介绍了工艺现状、配套要求、工艺配套及优化、生产试验情况等。

给水工程；钻井工艺配套；潜孔锤；气举反循环

1 工艺现状

随着地下水资源的日益紧缺，我部作为西北地区主要给水部队，不仅承担着战时野战给水工程保障任务，而且在西部大开发之际也经常为当地村民找水打井，支援地方经济建设，近年来还担负了矿难救援等抢险救灾任务。

多年以来，给水部队一直都沿用单一的泥浆正循环传统钻井工艺，平均200m深度单井成井时间在1个月左右。不仅钻进效率低，施工成本高，而且浪费大量的钻井设备资源。造成钻井工艺不能很好地与钻井机配套，单一钻井工艺不适应多种复杂地质条件钻进，低下的钻井效率不能满足部队现有使命任务等多方面矛盾。

因此，改进现有国产钻井装备的工艺技术，加强工艺配套，使之充分发挥钻井机装备能力，适应多种复杂地质条件和工况，提高钻井施工效率，不仅可拓展钻井机装备性能，发挥先进给水装备优势，提高给水部队快速构筑管井给水站的能力，也是新时期下给水部队使命任务发展的必然要求。

2 工艺配套要求

经调研论证，结合西北地区地质条件特点和水文水井钻井装备实际，钻井工艺配套应满足如下要求：

（1）与现有钻井机设备融合配套。

（2）增加气举反循环钻井工艺，满足第四系破碎地层钻进。

（3）增加空气潜孔锤钻井工艺，满足基岩地层钻进。

（4）在原有钻机泥浆正循环钻井工艺基础上，实现多种钻井工艺无障碍交替。

因此工艺配套应依托现有车载钻机，在保持原有泥浆正循环钻深的基础上，增加气举反循环、空气潜孔锤等钻井工艺技术，使其成为可采用泥浆或空气为钻井循环介质，进行刮刀钻头、牙轮钻头和潜孔锤钻进的多功能水井钻机。

3 工艺配套及优化

3.1 工艺配套

（1）泥浆正循环工艺。泥浆正循环工艺作为传统的钻井工艺技术具有通用、安全、稳定的特点，在任何地层都可以使用。尤其是钻井开孔初期，都要用泥浆正循环钻井工艺，因此，泥浆正循环是其他2种钻井工艺的基础和前提。

钻进施工时沿用原来泥浆正循环时的配套钻具。

（2）气举反循环工艺。该钻井工艺适应第四系破碎地层钻进，由于冲洗液慢进快出，其上返速度高出正循环10～50倍，排渣速度快，钻井效率高，而且冲洗液对孔壁冲击小，井径规则，井底干净，出水量大，成井时间短。据统计洗井时间可缩短1/2，出水量平均增加1/3，优质孔率为100%，综合成本仅为泥浆正循环的1/2。

工艺配套时采用适合于转盘式钻机使用的双壁钻杆。浅孔钻进时，可直接加双壁钻杆，减少了钻具的安装拆卸时间和工作量（与单壁钻杆相比，不需要提出风管），而且可与原钻机Ø89mm钻杆配套。但由于双壁钻杆较重，受钻机提升能力限制，钻进效率和深度成反比，固这种方法较适用于100～200m的浅井施工中。其余配套设备见表1。

（3）空气潜孔锤工艺。该工艺特别适合钻进基岩地层，如用气动潜孔锤钻进石灰岩钻速可达每小时20～40m，花岗岩地层可达每小时8～16m，而用泥浆正循环钻进石灰岩地层每小时0.5～1m，花岗岩地层每小时0.05～0.1m。由于空气和泡沫钻进不会在井壁形成泥皮，堵塞含水层，有利于增大出水量，同时该工艺使用的循环介质是空气，适合在干旱缺水地区使用，能大大降低施工成本。气举反循环及空气潜孔锤工艺与泥浆正循环工艺相比，除能够有效提高工程速度外，还具有减轻工人劳动强度、降低施工成本、不污染环境等优点。

表1 气举反循环工艺配套

空气潜孔锤工艺配套见表2。

表2 空气潜孔锤工艺配套

3.2 配套优化

（1）气水两用水龙头的安装。在用一眼井钻井施工中由于地层变化可能用到泥浆正循环、气举反循环、空气潜孔锤等多种钻井工艺，气举反循环及空气潜孔锤只是对传统的泥浆正循环钻井工艺的有效发展和补充，其使用必须以不影响传统的泥浆正循环钻进为前提，因此使用气举反循环钻井时气水两用水龙头的安装、拆卸必须方便快捷。因此，我们参照正循环水龙头导正及加压机构尺寸重新加工一个气水龙头导正及加压机构，将气水龙头与导正及加压机构预先组装完毕，一旦需要采用气举反循环钻进，则直接更换气水两用水龙头即可，使正反循环钻井工艺做到有机快速结合。

（2）气举反循环钻进工艺是通过气管送入高压空气使泥浆冲洗液形成低比重气液混合物，使双壁钻杆内外管形成压力差而携带岩屑排出的方法。空压机的风压有较高要求（压力至少达到3～4MPa），对风量要求不高（5～10m3/min）。而空气潜孔锤钻进对风压和风量均要求较高。因此为避免资源浪费、节约施工成本，最好避免使用空气潜孔锤空压机，另购大压力、小排量气举反循环用空压机。

4 生产试验情况

2011年，我部完成钻井工艺优化配套，同年2月奉命赴山东执行抗旱打井任务，出动SPC-300钻机和SPC-600钻机各一台，采用空气潜孔锤钻井工艺累计成井30眼，成井质量好，井眼规则，孔内干净，单井日出水量达1200余立方米，解决了67万农村人口饮水和4.7万亩农田灌溉用水难题。该工艺平均钻速达10m/台时，钻进效率是泥浆正循环的5倍，累计节约抗旱成本24万余元。

2011年2月至6月河南春旱期间，我部采用了气举反循环钻井工艺累计成井51眼，单井日出水量达700余立方米，解决了该地区115万余人生活用水和8万余亩农田灌溉用水难题，在破碎地层中，平均钻速达8m/台时。另外采用该工艺对多眼水井进行洗井，抽水试验，抽出了井内的沉砂，提高了井眼出水量，使即将废弃的旧井重新焕发了生机。

5 结语

车载钻井机钻井工艺优化配套，新增了气举反循环和空气潜孔锤钻井工艺，改变了给水部队钻井工艺技术跟不上给水装备发展的不利局面，使钻井机能够应对复杂地质条件下的钻井要求，较大程度提高给水部队找水打井和抢险救灾的行动效率，同时为增强野战给水工程保障能力打下坚实的基础，符合新时期下给水部队为军地多打井、打好井的使命要求。

[1]吕光辉，李巍，张士勇，杜文臣，魏江，郭树周.干式浅井钻机的研制[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2004（5）：43-44.

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[3]卢玉忠,尤克强,吴艳,张发智.水井钻机和工程钻机的现状及展望[J].探矿工程（岩土钻掘工程）,2004（7）：33-34.

[4]魏碧波.钻井成井工艺对出水量的影响分析及技术措施[J].探矿工程（岩土钻掘工程）,2013（1）：31-34.

[5]许刘万,王艳丽,左新明.我国水井钻探装备的发展及应用[J].探矿工程（岩土钻掘工程）,2012（4）：1-7.

TE922

B

1004-5716（2015）05-0051-03

2014-02-09

吕光辉（1971-），男（汉族），山东烟台人，工程师，现从事野战给水及钻探设备的研究与开发工作。