氣井井場裝置的作用

『壹』 天然氣無人值守管理辦法

井站無人值守」是至關重要的條件。

運作——

中心站三大類
從西南油氣田公司實施中心站管理模式的井站看，實現無人值守的辦法主要有3個：通過優化簡化工藝流程，為老氣田的老井站無人值守創造條件；合理應用成熟技術，把新氣田的井站設計成無人值守的井站；通過「就近組合」，采氣站員工融入脫水站（增壓站、集輸氣站），通過遠距離實時監控，實現井站無人值守。
卧88中心站：它是卧龍河采輸氣生產的一部分，包括卧88、卧28等10口氣井和7座單井場站，管道約56千米。目前採用輪班作業制，每輪班由原來的16人降到11人，吃、住在卧88井，每天巡查氣井和管道。對於異常氣井，及時派員工常住，保障正常生產。
廣安氣田A區塊：以須家河組為主力產層，單井產量低。在設計開發方案時，通過採用井下節流、單井采氣、集中脫水等成熟的新技術和新工藝，優化簡化了地面工藝流程，實現了數字管理，使中心站管理模式成為降低開發成本的重要措施。目前，廣安氣田A區塊有10個中心站，管理50多口氣井，操作員工100多人。如果按傳統的井站管理模式，操作員工要在200人以上。七橋中心站：由七橋脫水站、七橋集輸氣站和附近的9個采氣站組成。日脫水處理天然氣250萬立方米，日輸氣能力為630萬立方米，氣井都是高壓、高產井，日產量約200萬立方米，並向重慶梁平縣供應民用天然氣。現在有員工15人，相當於沒實行中心站管理模式前的1/3。
安全——五大保障措施先行
采輸氣生產，安全是天字型大小工程。西南油氣田公司實施中心站管理模式，提高無人值守井站本質安全環保能力的措施主要有以下幾種。
改進老氣田工藝流程。針對開采後期的井口壓力遠遠低於設備安全壓力的實際，拆除不必要的設備，降低流體阻力，提高自產能力。同時，按照「經濟適用，便於維護」的原則，應用疏水閥自動排液系統、加註泡排劑自動啟停等裝置，提高生產自控程度，既滿足安全環保要求，又降低生產成本。
重點井站實施重點監控。天東19井中心站等建有完善的SCADA系統，通過數據採集、視頻等措施監控12口單井、脫水裝置的生產運行。卧88井中心站則與作業區建立內網連接，實現生產數據網路採集和傳輸。
完善井口安全截斷系統。龍門氣田12口井大部分安裝有井口安全截斷系統，能實現遠程關井和一級節流前壓力超高、輸壓超低、井場火災自動截斷功能。
加強場站設備防盜保障。對部分周邊社會環境復雜的井口，加裝井口安全防護罩，減少人為破壞的風險。
配置必要交通工具，改造生活設施。派駐站值班車到中心站，用於巡井和生產應急處理，值班車輛定期輪換一次，車輛的管理納入中心站統一管理。
配套——
管理制度應運而生
全新的管理模式，呼喚與之配套的制度。西南油氣田公司各單位根據實際，完善並執行了中心站模式的管理制度
在「井站生產管理辦法」、「井站優化簡化指導意見（試行）」基礎上，各單位制定了「井站生產管理實施細則」，明確了巡檢、匯報等制度。重慶氣礦中心站較多，氣井產量區別很大，資料錄取制度和巡檢制度十分細致：由中心站負責管理的井口壓力高於1.6兆帕且產地層水的采氣井站每天巡檢一次，井口壓力高於1.6兆帕且不產地層水的采氣井站每兩天巡檢一次，開采末期且井口壓力低於1.6兆帕的采氣井站每3天巡檢一次。
井站無人值守，盡管有監控設備，也通過「外委管理」看護。基本原則是：與當地保安企業簽訂資產看護合同，細化安全教育，強化准入管理。每天巡查一次，用電話向中心站報告看護物的狀態。
各中心站的直接上級組織也執行了新的巡查制度：生產辦、專職巡查人員、中心站人員組成巡查管理小組，承擔相應職責，對巡查不到位、走過場的嚴格按相關規定進行處理，以提高巡查質量。
在中心站員工配置和培訓方面，各單位精心安排：開展新工藝、新設備推廣應用的技術培訓，組織采氣、輸氣、脫水、增壓等工種的操作培訓，擴展采氣工的內涵，並熟練掌握和使用各類應急設施和器材，熟知崗位事故處置措施和預案，100%持證上崗。搭配合理，各班組綜合實力均衡。
效益——
節省人力物力財力
目前，西南油氣田公司的重慶氣礦、川中油氣礦、蜀南氣礦、川西北氣礦、川東北氣礦都建有中心站，總量已超過50座，緩解了新氣井、增壓站大量增多引起的人力資源緊缺的矛盾。雖然員工差旅費、車輛使用費增加了，但井站能耗、材料、維修等方面的費用下降得更多，總體上節約了成本。新氣田實行中心站管理模式，一口井的生活輔助設施公用，可大量節省產能建設投資，並縮短建井周期。據川中油氣礦測算，無人值守井站的地面配套投資約相當於有人值守井站的50%，產能建設時間約30天，新氣井最快7天就可投產。
管理川東地區各氣田的重慶氣礦是西南油氣田公司的產氣主力。去年，這個礦分析了旗下19個中心站的管理運行成本，綜合能耗、材料消耗、維修費等人工成本大幅降低，相當於包括員工差旅費、車輛使用費、無人值守站安全監控費等在內的生產成本增加的3倍。
尤其值得一提的是，老氣田經過優化、簡化采輸氣工藝流程後，拆除了供用電設施、通信設施，降低了用電、通信成本費用，也減少了維護工作量，節能降耗效果十分明顯。據統計，拆除的變壓器9台和停用的3台變壓器，每月可減少用電約1.3萬千瓦小時。
雖然中心站管理模式可提高效益，但對高風險井、高含硫氣井、人口密集區的井站、周邊治安條件較差的井站，西南油氣田公司沒有實施中心站管理模式。

『貳』 空氣潛孔錘鑽井工藝在煤層氣開發中的應用

孫建平

（中聯煤層氣有限責任公司 北京 100011）

摘要 空氣潛孔錘鑽井工藝採用壓縮空氣作為動力兼循環介質，驅動潛孔錘工作，在煤層氣井施工中實現欠平衡鑽井，能提高鑽井效率，降低煤層氣開發成本，減少對煤儲層的傷害。

關鍵詞 空氣潛孔錘 鑽井 煤層氣

Application of Air-flush Hammer Drilling Technology in CBM Development

Sun JianPing

（China United Coalbed Methane Corp.，Beijing 100011）

Abstract：The air-flush hammer drilling technology uses compressed air as the power and circulation medium to drive working of the hammer，which can realize under balance drilling of CBM，enhance drilling efficiency，lower development cost and relieve the damage to coal reservoirs.

Keywords：Air-flush Hammer Drilling；Drilling；CBM

前言

空氣潛孔錘鑽井工藝是一種以壓縮空氣作為動力介質，驅動潛孔錘工作的欠平衡鑽井工藝。在國外鑽井施工中，由於空氣潛孔錘鑽井工藝具有鑽井速度快，對儲層的傷害小的特點，得到了廣泛利用。空氣潛孔錘鑽井工藝適用於鑽井直徑102～311mm，鑽井深度小於1000m，地質條件相對簡單的鑽井。煤層氣井一般設計深度在300～1000m之間，生產套管直徑多為139.72mm，地質條件相對簡單，對儲層保護要求高，非常利於空氣潛孔錘鑽井工藝的推廣使用。為了在煤層氣開發中縮短建井周期，降低建井成本，克服丘陵地區設備搬遷困難，中聯煤層氣公司在山西沁水潘河項目煤層氣鑽井工程中引進了兩台T685WS空氣潛孔錘鑽機進行施工，取得了較好的效果。

1 空氣潛孔錘鑽井工藝原理

空氣潛孔錘鑽井工藝是一種以壓縮空氣作為動力介質，驅動潛孔錘工作的欠平衡鑽井工藝。壓縮空氣兼做洗井介質，將井底岩屑攜帶至地面。在岩石硬度較大的地層中鑽進時，空氣潛孔錘鑽井工藝與常規鑽井工藝相比，能大大提高鑽井效率。空氣潛孔錘鑽井效率高，有以下幾個有利因素：

（1）作用在潛孔鑽頭切削刃具上的載荷為沖擊載荷，接觸應力瞬時可達極高值，應力集中，促進岩石裂隙發育。

（2）切削刃具磨損減少。

（3）沖擊頻率高，有利於岩石破碎。

（4）井底干凈，最大限度地減少了重復破碎。

2 空氣潛孔錘鑽井工藝的特點

與常規鑽井工藝相比，空氣潛孔錘鑽井工藝具有以下特點：

（1）鑽進效率高。在潘河項目鑽井施工中，鑽進基岩平均鑽速達到了240m/d。

（2）設備數量少，易於搬遷，非常適合丘陵地區施工。

（3）對儲層傷害較小。由於鑽井時採用空氣或空氣泡沫作為鑽井液循環介質，井內鑽井液壓力遠低於地層壓力，實現了欠平衡鑽井；另外，由於空氣潛孔錘鑽進時，岩屑顆粒大，井底干凈，大大減少了固相顆粒進入儲層的可能。因此，空氣潛孔錘鑽井工藝能減少對儲層的傷害。

（4）利於岩屑錄井。採用空氣潛孔錘鑽井工藝鑽進時，岩石破碎機理主要是依靠高頻率沖擊形成體積破碎，岩屑顆粒大，由於岩屑上返速度快，遲到時間極小，非常利於岩屑錄井。

（5）對環境污染小。空氣或空氣泡沫中不添加任何化學試劑，岩屑上返至地面後，固相、液相及氣相迅速分離，基本上不存在鑽井液污染。

3 空氣潛孔錘鑽井工藝的適用范圍

空氣潛孔錘鑽井工藝的推廣使用主要受制於鑽井井徑及地質、水文條件。

3.1 鑽井井徑

空氣潛孔錘鑽井工藝攜帶岩粉的能力主要取決於空氣上返速度，鑽井外環空間過大時岩粉上返困難，因此空氣潛孔錘鑽井通常廣泛用於井徑400mm以下的鑽井施工。目前，國外公司通過增加空氣壓縮機風量、風壓，開始將空氣潛孔錘鑽井工藝用於井徑400～600mm的鑽井施工。

3.2 地質條件

空氣潛孔錘鑽井工藝最適宜鑽進粗粒而不均勻的地層，在6～9級岩石中鑽進效果尤為突出。鑽進裂隙發育的地層時，往往由於空氣漏失，風壓下降，鑽進速度相對降低。

3.3 水文條件

空氣潛孔錘鑽井時，空氣快速上返造成井內液注壓力遠小於地層壓力，形成抽水現象，如水量大於10m³/h，鑽速將大大下降。

3.4 鑽井深度

鑽井深度超過1000m時，由於受風壓機風壓、風量的限制，岩粉返排困難，空氣潛孔錘鑽井工藝鑽進效率低於常規鑽井工藝效率。

4 空氣潛孔錘鑽井工藝主要鑽進參數的選擇

影響空氣潛孔錘鑽井速度的參數主要是軸向壓力、回轉速度、沖擊功及沖擊頻率等。對於不同硬度的岩石，參數的選擇差異較大。鑽進硬度小的岩石時，鑽進參數應主要滿足回轉切削碎岩的要求；鑽進堅硬但膠結不好的岩石時，鑽進參數應滿足沖擊碎岩的需要，以形成體積破碎；鑽進堅硬緻密的岩石時，鑽進參數則應滿足沖擊和回轉兩種碎岩作用。

5 工程實例

在山西沁南潘河煤層氣項目施工中，空氣潛孔錘鑽井工藝得到了大規模的推廣使用。

5.1 潘河項目煤層氣井鑽井工程概況

潘河煤層氣井主要布置在沁水盆地潘庄1號井田，一期工程第一階段共布置煤層氣井40口，目標煤層為3^＃煤層，厚度約6m。該區鑽井設計井深 300～520m，採用直徑139.72mm生產套管完井，布井間距300m。該區煤層穩定，構造簡單，但地形起伏較大，不適於大型設備搬遷。為減少井場佔地面積，提高鑽井速度，並降低對煤儲層的傷害，引進了兩台T685WS空氣潛孔錘鑽機進行施工。

5.2 T685WS 空氣潛孔錘鑽機主要配置及性能

T685WS空氣潛孔錘鑽機是美國Schumm公司生產的車載頂驅鑽機，車身長15m，寬2.3m，自重30t，主要配置如下：

5.2.1 動力系統。主發動機為康明斯QSK-19型，功率563kW，由曲軸前法蘭盤向液壓泵提供動力，從飛輪一端驅動空壓機。

5.2.2 回轉及提升給進系統。由全自動液壓動力頭驅動，最大提升能力45t，最大扭矩12045N·m，轉速0～143r/min無極調速。該鑽機頂驅動力頭既可加壓給進，也可通過上提鑽具減壓給進。

5.2.3 井架結構。井架為焊接的巨型鋼管結構，最大提升高度11.80m。井架底部的滑塊箱內有用於114mm、203mm、368mm標准鑽具的滑塊套子。井架底部最大開口直徑為711mm。

5.2.4 空壓機系統。該鑽機配置兩擋油淹沒旋轉螺桿空壓機，配有空氣釋放控制裝置。空壓機最大排量36m³/min，最大排放壓力2.4Pa，並配有外接空壓機、增壓機介面。

5.2.5 操作系統。該鑽機回轉及提升給進系統操作手柄集中，可根據井內情況調節給進壓力、轉速。該鑽機還配有起加卸鑽具、套管的專用快繩。

5.3 空氣潛孔錘鑽井工藝使用情況

在潘河一期40口鑽井施工中，有30口鑽井採用空氣潛孔錘鑽井工藝施工。鑽井結構均為一開井徑311mm，二開井徑215.9mm。在施工中，全井採用英格索爾-蘭德公司生產的DHD系列無閥風動沖擊器鑽進。

5.3.1 鑽進參數的選擇。T685WS空氣潛孔錘鑽機常規配備的風壓機出口壓力為2.4MPa，風量為36m³/h。採用鑽進參數見表1。

表2 井身質量統計表

採用空氣潛孔錘鑽井工藝施工煤層氣井時，由於空氣上返速度快，非常利於攜帶岩屑，避免了重復破碎，岩屑顆粒較大，能大大降低地質錄井工作難度。在施工的30口井中，岩性剖面符合率達95%以上，煤層深度誤差小於0.4m。

在保護儲層不受傷害方面，空氣潛孔錘鑽井工藝主要採用欠平衡鑽進，井內液柱壓力遠低於地層壓力，對煤儲層傷害遠小於常規鑽井工藝。

5.3.4 經濟效益分析。採用空氣潛孔錘鑽井工藝施工時，施工設備數量少，非常利於搬遷，且鑽進速度快，能大大提高經濟效益。在潘河項目施工中，採用常規鑽井工藝施工時，單井施工成本約為42萬～45萬元；採用空氣潛孔錘鑽井工藝施工時，單井成本約為37萬～40萬元。

6 空氣潛孔錘鑽井工藝推廣使用的建議

在潘河項目煤層氣開發中，空氣潛孔錘鑽井工藝第一次在國內得到了大規模推廣使用。從使用效果看，空氣潛孔錘鑽井工藝能降低煤層氣開采成本，確保井身質量，減少對煤儲層的傷害，從而加快煤層氣開發進程。但潛孔錘鑽井工藝是否能對增加煤層氣井產能有積極作用，還要經過開采過程的驗證。