气井井场装置的作用

『壹』 天然气无人值守管理办法

井站无人值守”是至关重要的条件。

运作——

中心站三大类
从西南油气田公司实施中心站管理模式的井站看，实现无人值守的办法主要有3个：通过优化简化工艺流程，为老气田的老井站无人值守创造条件；合理应用成熟技术，把新气田的井站设计成无人值守的井站；通过“就近组合”，采气站员工融入脱水站（增压站、集输气站），通过远距离实时监控，实现井站无人值守。
卧88中心站：它是卧龙河采输气生产的一部分，包括卧88、卧28等10口气井和7座单井场站，管道约56千米。目前采用轮班作业制，每轮班由原来的16人降到11人，吃、住在卧88井，每天巡查气井和管道。对于异常气井，及时派员工常住，保障正常生产。
广安气田A区块：以须家河组为主力产层，单井产量低。在设计开发方案时，通过采用井下节流、单井采气、集中脱水等成熟的新技术和新工艺，优化简化了地面工艺流程，实现了数字管理，使中心站管理模式成为降低开发成本的重要措施。目前，广安气田A区块有10个中心站，管理50多口气井，操作员工100多人。如果按传统的井站管理模式，操作员工要在200人以上。七桥中心站：由七桥脱水站、七桥集输气站和附近的9个采气站组成。日脱水处理天然气250万立方米，日输气能力为630万立方米，气井都是高压、高产井，日产量约200万立方米，并向重庆梁平县供应民用天然气。现在有员工15人，相当于没实行中心站管理模式前的1/3。
安全——五大保障措施先行
采输气生产，安全是天字号工程。西南油气田公司实施中心站管理模式，提高无人值守井站本质安全环保能力的措施主要有以下几种。
改进老气田工艺流程。针对开采后期的井口压力远远低于设备安全压力的实际，拆除不必要的设备，降低流体阻力，提高自产能力。同时，按照“经济适用，便于维护”的原则，应用疏水阀自动排液系统、加注泡排剂自动启停等装置，提高生产自控程度，既满足安全环保要求，又降低生产成本。
重点井站实施重点监控。天东19井中心站等建有完善的SCADA系统，通过数据采集、视频等措施监控12口单井、脱水装置的生产运行。卧88井中心站则与作业区建立内网连接，实现生产数据网络采集和传输。
完善井口安全截断系统。龙门气田12口井大部分安装有井口安全截断系统，能实现远程关井和一级节流前压力超高、输压超低、井场火灾自动截断功能。
加强场站设备防盗保障。对部分周边社会环境复杂的井口，加装井口安全防护罩，减少人为破坏的风险。
配置必要交通工具，改造生活设施。派驻站值班车到中心站，用于巡井和生产应急处理，值班车辆定期轮换一次，车辆的管理纳入中心站统一管理。
配套——
管理制度应运而生
全新的管理模式，呼唤与之配套的制度。西南油气田公司各单位根据实际，完善并执行了中心站模式的管理制度
在“井站生产管理办法”、“井站优化简化指导意见（试行）”基础上，各单位制定了“井站生产管理实施细则”，明确了巡检、汇报等制度。重庆气矿中心站较多，气井产量区别很大，资料录取制度和巡检制度十分细致：由中心站负责管理的井口压力高于1.6兆帕且产地层水的采气井站每天巡检一次，井口压力高于1.6兆帕且不产地层水的采气井站每两天巡检一次，开采末期且井口压力低于1.6兆帕的采气井站每3天巡检一次。
井站无人值守，尽管有监控设备，也通过“外委管理”看护。基本原则是：与当地保安企业签订资产看护合同，细化安全教育，强化准入管理。每天巡查一次，用电话向中心站报告看护物的状态。
各中心站的直接上级组织也执行了新的巡查制度：生产办、专职巡查人员、中心站人员组成巡查管理小组，承担相应职责，对巡查不到位、走过场的严格按相关规定进行处理，以提高巡查质量。
在中心站员工配置和培训方面，各单位精心安排：开展新工艺、新设备推广应用的技术培训，组织采气、输气、脱水、增压等工种的操作培训，扩展采气工的内涵，并熟练掌握和使用各类应急设施和器材，熟知岗位事故处置措施和预案，100%持证上岗。搭配合理，各班组综合实力均衡。
效益——
节省人力物力财力
目前，西南油气田公司的重庆气矿、川中油气矿、蜀南气矿、川西北气矿、川东北气矿都建有中心站，总量已超过50座，缓解了新气井、增压站大量增多引起的人力资源紧缺的矛盾。虽然员工差旅费、车辆使用费增加了，但井站能耗、材料、维修等方面的费用下降得更多，总体上节约了成本。新气田实行中心站管理模式，一口井的生活辅助设施公用，可大量节省产能建设投资，并缩短建井周期。据川中油气矿测算，无人值守井站的地面配套投资约相当于有人值守井站的50%，产能建设时间约30天，新气井最快7天就可投产。
管理川东地区各气田的重庆气矿是西南油气田公司的产气主力。去年，这个矿分析了旗下19个中心站的管理运行成本，综合能耗、材料消耗、维修费等人工成本大幅降低，相当于包括员工差旅费、车辆使用费、无人值守站安全监控费等在内的生产成本增加的3倍。
尤其值得一提的是，老气田经过优化、简化采输气工艺流程后，拆除了供用电设施、通信设施，降低了用电、通信成本费用，也减少了维护工作量，节能降耗效果十分明显。据统计，拆除的变压器9台和停用的3台变压器，每月可减少用电约1.3万千瓦小时。
虽然中心站管理模式可提高效益，但对高风险井、高含硫气井、人口密集区的井站、周边治安条件较差的井站，西南油气田公司没有实施中心站管理模式。

『贰』 空气潜孔锤钻井工艺在煤层气开发中的应用

孙建平

（中联煤层气有限责任公司 北京 100011）

摘要 空气潜孔锤钻井工艺采用压缩空气作为动力兼循环介质，驱动潜孔锤工作，在煤层气井施工中实现欠平衡钻井，能提高钻井效率，降低煤层气开发成本，减少对煤储层的伤害。

关键词 空气潜孔锤 钻井 煤层气

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

空气潜孔锤钻井工艺是一种以压缩空气作为动力介质，驱动潜孔锤工作的欠平衡钻井工艺。在国外钻井施工中，由于空气潜孔锤钻井工艺具有钻井速度快，对储层的伤害小的特点，得到了广泛利用。空气潜孔锤钻井工艺适用于钻井直径102～311mm，钻井深度小于1000m，地质条件相对简单的钻井。煤层气井一般设计深度在300～1000m之间，生产套管直径多为139.72mm，地质条件相对简单，对储层保护要求高，非常利于空气潜孔锤钻井工艺的推广使用。为了在煤层气开发中缩短建井周期，降低建井成本，克服丘陵地区设备搬迁困难，中联煤层气公司在山西沁水潘河项目煤层气钻井工程中引进了两台T685WS空气潜孔锤钻机进行施工，取得了较好的效果。

1 空气潜孔锤钻井工艺原理

空气潜孔锤钻井工艺是一种以压缩空气作为动力介质，驱动潜孔锤工作的欠平衡钻井工艺。压缩空气兼做洗井介质，将井底岩屑携带至地面。在岩石硬度较大的地层中钻进时，空气潜孔锤钻井工艺与常规钻井工艺相比，能大大提高钻井效率。空气潜孔锤钻井效率高，有以下几个有利因素：

（1）作用在潜孔钻头切削刃具上的载荷为冲击载荷，接触应力瞬时可达极高值，应力集中，促进岩石裂隙发育。

（2）切削刃具磨损减少。

（3）冲击频率高，有利于岩石破碎。

（4）井底干净，最大限度地减少了重复破碎。

2 空气潜孔锤钻井工艺的特点

与常规钻井工艺相比，空气潜孔锤钻井工艺具有以下特点：

（1）钻进效率高。在潘河项目钻井施工中，钻进基岩平均钻速达到了240m/d。

（2）设备数量少，易于搬迁，非常适合丘陵地区施工。

（3）对储层伤害较小。由于钻井时采用空气或空气泡沫作为钻井液循环介质，井内钻井液压力远低于地层压力，实现了欠平衡钻井；另外，由于空气潜孔锤钻进时，岩屑颗粒大，井底干净，大大减少了固相颗粒进入储层的可能。因此，空气潜孔锤钻井工艺能减少对储层的伤害。

（4）利于岩屑录井。采用空气潜孔锤钻井工艺钻进时，岩石破碎机理主要是依靠高频率冲击形成体积破碎，岩屑颗粒大，由于岩屑上返速度快，迟到时间极小，非常利于岩屑录井。

（5）对环境污染小。空气或空气泡沫中不添加任何化学试剂，岩屑上返至地面后，固相、液相及气相迅速分离，基本上不存在钻井液污染。

3 空气潜孔锤钻井工艺的适用范围

空气潜孔锤钻井工艺的推广使用主要受制于钻井井径及地质、水文条件。

3.1 钻井井径

空气潜孔锤钻井工艺携带岩粉的能力主要取决于空气上返速度，钻井外环空间过大时岩粉上返困难，因此空气潜孔锤钻井通常广泛用于井径400mm以下的钻井施工。目前，国外公司通过增加空气压缩机风量、风压，开始将空气潜孔锤钻井工艺用于井径400～600mm的钻井施工。

3.2 地质条件

空气潜孔锤钻井工艺最适宜钻进粗粒而不均匀的地层，在6～9级岩石中钻进效果尤为突出。钻进裂隙发育的地层时，往往由于空气漏失，风压下降，钻进速度相对降低。

3.3 水文条件

空气潜孔锤钻井时，空气快速上返造成井内液注压力远小于地层压力，形成抽水现象，如水量大于10m³/h，钻速将大大下降。

3.4 钻井深度

钻井深度超过1000m时，由于受风压机风压、风量的限制，岩粉返排困难，空气潜孔锤钻井工艺钻进效率低于常规钻井工艺效率。

4 空气潜孔锤钻井工艺主要钻进参数的选择

影响空气潜孔锤钻井速度的参数主要是轴向压力、回转速度、冲击功及冲击频率等。对于不同硬度的岩石，参数的选择差异较大。钻进硬度小的岩石时，钻进参数应主要满足回转切削碎岩的要求；钻进坚硬但胶结不好的岩石时，钻进参数应满足冲击碎岩的需要，以形成体积破碎；钻进坚硬致密的岩石时，钻进参数则应满足冲击和回转两种碎岩作用。

5 工程实例

在山西沁南潘河煤层气项目施工中，空气潜孔锤钻井工艺得到了大规模的推广使用。

5.1 潘河项目煤层气井钻井工程概况

潘河煤层气井主要布置在沁水盆地潘庄1号井田，一期工程第一阶段共布置煤层气井40口，目标煤层为3^＃煤层，厚度约6m。该区钻井设计井深 300～520m，采用直径139.72mm生产套管完井，布井间距300m。该区煤层稳定，构造简单，但地形起伏较大，不适于大型设备搬迁。为减少井场占地面积，提高钻井速度，并降低对煤储层的伤害，引进了两台T685WS空气潜孔锤钻机进行施工。

5.2 T685WS 空气潜孔锤钻机主要配置及性能

T685WS空气潜孔锤钻机是美国Schumm公司生产的车载顶驱钻机，车身长15m，宽2.3m，自重30t，主要配置如下：

5.2.1 动力系统。主发动机为康明斯QSK-19型，功率563kW，由曲轴前法兰盘向液压泵提供动力，从飞轮一端驱动空压机。

5.2.2 回转及提升给进系统。由全自动液压动力头驱动，最大提升能力45t，最大扭矩12045N·m，转速0～143r/min无极调速。该钻机顶驱动力头既可加压给进，也可通过上提钻具减压给进。

5.2.3 井架结构。井架为焊接的巨型钢管结构，最大提升高度11.80m。井架底部的滑块箱内有用于114mm、203mm、368mm标准钻具的滑块套子。井架底部最大开口直径为711mm。

5.2.4 空压机系统。该钻机配置两挡油淹没旋转螺杆空压机，配有空气释放控制装置。空压机最大排量36m³/min，最大排放压力2.4Pa，并配有外接空压机、增压机接口。

5.2.5 操作系统。该钻机回转及提升给进系统操作手柄集中，可根据井内情况调节给进压力、转速。该钻机还配有起加卸钻具、套管的专用快绳。

5.3 空气潜孔锤钻井工艺使用情况

在潘河一期40口钻井施工中，有30口钻井采用空气潜孔锤钻井工艺施工。钻井结构均为一开井径311mm，二开井径215.9mm。在施工中，全井采用英格索尔-兰德公司生产的DHD系列无阀风动冲击器钻进。

5.3.1 钻进参数的选择。T685WS空气潜孔锤钻机常规配备的风压机出口压力为2.4MPa，风量为36m³/h。采用钻进参数见表1。

表2 井身质量统计表

采用空气潜孔锤钻井工艺施工煤层气井时，由于空气上返速度快，非常利于携带岩屑，避免了重复破碎，岩屑颗粒较大，能大大降低地质录井工作难度。在施工的30口井中，岩性剖面符合率达95%以上，煤层深度误差小于0.4m。

在保护储层不受伤害方面，空气潜孔锤钻井工艺主要采用欠平衡钻进，井内液柱压力远低于地层压力，对煤储层伤害远小于常规钻井工艺。

5.3.4 经济效益分析。采用空气潜孔锤钻井工艺施工时，施工设备数量少，非常利于搬迁，且钻进速度快，能大大提高经济效益。在潘河项目施工中，采用常规钻井工艺施工时，单井施工成本约为42万～45万元；采用空气潜孔锤钻井工艺施工时，单井成本约为37万～40万元。

6 空气潜孔锤钻井工艺推广使用的建议

在潘河项目煤层气开发中，空气潜孔锤钻井工艺第一次在国内得到了大规模推广使用。从使用效果看，空气潜孔锤钻井工艺能降低煤层气开采成本，确保井身质量，减少对煤储层的伤害，从而加快煤层气开发进程。但潜孔锤钻井工艺是否能对增加煤层气井产能有积极作用，还要经过开采过程的验证。