元壩地區空氣鉆井鉆頭選型

     一、牙輪鉆頭與空氣錘在空氣鉆期間應用分析
　　1.牙輪鉆頭在空氣鉆期間應用分析
　　元壩地區空氣鉆技術得以廣泛的應用，主要是在上部地層提高鉆井速度，節約鉆井周期，目前絕大多數的井在上沙溪廟底部以上的地層均采用空氣鉆井技術，實踐證明較泥漿鉆進技術提速效果明顯，但在個別區塊地層傾角較大，空氣鉆期間為確保井身軌跡不得不犧牲機械鉆速，在空氣鉆井過程中，鉆壓是對機械鉆速和井身質量控制是較為敏感的參數，普通牙輪鉆頭鉆壓大機械鉆速高但難于控制井身質量，這源于牙輪鉆頭的破巖機理，牙輪鉆頭主要通過牙輪滾動，牙齒單齒、雙齒交錯接觸井底，產生鉆頭的縱向振動。鉆頭在井底縱向振動通過鉆頭牙齒轉化為對地層的沖擊作用，沖擊作用與靜壓入力一起形成了鉆頭對地層巖石的沖擊、壓碎作用，同時剪切作用是由牙輪在井底滾動的同時還產生牙齒對井底的滑動實現的。因此牙輪鉆頭必須有一定的鉆壓才能獲得較理想的機械鉆速，而在元壩地區個別區塊地層傾角較大，在獲得較好的機械鉆速的鉆壓下增斜的趨勢很明顯，但牙輪鉆頭因其結構特點見（圖1-1）在處理空氣鉆期間井下復雜方面有著無可比擬的優勢。圖1-1牙輪鉆頭結構
　　二、空氣錘在空氣鉆期間應用分析
　　1.空氣錘的結構及工作原理
　　KQC系列空氣錘采用無閥式中心排氣結構，可以保證有足夠的氣量直達井底，起到冷卻鉆頭和深井攜屑的作用。無閥式結構的配氣氣路簡單，減少了氣體壓力的損失，有效地提高了沖擊效果，加快了鉆進速度。其原理是鉆機通過鉆桿對井底空氣錘施加鉆壓和轉矩，空壓機產生的高壓氣體驅動空氣錘內的活塞，高速往復運動（800~1900次/分鐘），敲擊鉆頭頂端，并將活塞的沖擊功傳導到鉆頭端面，破碎巖層。同時，鉆桿旋轉，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矩較低,有效地降低了井斜,減少井下事故的發生。
　　二、空氣錘鉆井鉆井參數的選擇
　　1.空氣錘鉆井對鉆壓的要求
　　根據現場空氣錘應用經驗，一般鉆壓根據以下公式加載：
　　F=a*D
　　其中：
　　F：鉆壓，KN；
　　A：鉆壓系數，KN/mm，一般取0.09；
　　D：鉆頭的尺寸，mm；
　　當然上述公式不是絕對的，現場作業時只是作為推薦值。一般鉆壓維持在推薦值左右為好。
　　311.2mm的空氣錘鉆頭鉆進時，加載鉆壓推薦值應為311.2*0.09，即：28KN。即為2.8t。
　　2.空氣錘鉆井對轉速的要求
　　根據現場空氣錘應用經驗，一般轉速根據以下公式加載：
　　R=b*ROP
　　其中：
　　R：轉速，r/h；
　　b：轉速系數，r/m，一般取96；
　　ROP：鉆進機械鉆速，m/h；
　　空氣鉆機械鉆速為25m/h鉆進時，推薦加載轉速應為2400r/h，即為40r/min。
　　3.空氣錘鉆井對氣量的要求
　　氣量的作用是為空氣錘提供活塞運動的能量和井底攜砂以及冷卻鉆頭。氣量的選取首先應滿足所鉆井眼所需的氣量，其次根據所需氣量和井眼大小來選擇匹配。注氣量一般在80~270m3/min不等。
　　若供氣量不足，立壓過低，將會導致空氣錘的沖擊頻率和沖擊能都較低，影響鉆速。若供氣過多，立壓過高，對空壓機的要求將提高，同時在接單根時注氣時間較長，影響鉆井周期。
　　三、實際應用情況對比
　　元壩九龍山南鼻狀構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用成都諾爾空氣錘及江漢產HJT527GK牙輪鉆頭，兩口井地理位置相距4KM，對比情況見（表3-1）表3-1　元陸8井、元陸25井空氣鉆對比情況
　　由上表分析，在相同的地區的兩口鄰井，相同的鉆井隊進行施工，空氣錘在機械鉆速和控制井身軌跡方面優勢明顯。四、結論
　　根據元壩地區地層分析，在上沙溪廟上部以上地層應用空氣錘進行空氣鉆進，在上沙溪廟下部地層為避免復雜應用牙輪鉆進行空氣鉆進。參考文獻[1]《元陸8井完井報告》.[2]《元陸25井空氣鉆施工總結》.[3]《成都諾爾空氣錘技術交底》.[4]《牙輪鉆頭介紹》.