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摘要：2017年兴仁堡二维地震采集项目，工区激发横向和纵向岩性多变。横向岩性变化迫使钻机类型必须多样性、而纵向岩性变化导致钻井过程钻进极度困难，需要风水钻机交替进行钻进。
工区地形起伏大、沟壑纵深，悬崖陡坎密集，道路稀少，给钻机搬家带来了很大困难。因此解决好复杂岩性变化的钻井工艺是兴仁堡项目钻井工作中的重点。
关键词：兴仁堡；水风钻；钻井介质；材料；装置
一、研究背景
1、地形起伏剧烈：兴仁堡地区，沟壑纵深、切割剧烈，悬崖陡坎密集。同时风化严重，节理形成的深沟较多，给钻井施工带来很大困难。
2、横向岩性变化大：平原河谷、黄土丘陵、红土出露、破碎山地等等地形变化大，黄土、红土交替出现，疏松砂岩、泥岩交替出露。
3、纵向岩性变化大：由于兴仁堡工区位于1921年海原大地震的中心地带，地表岩层破坏相当严重，新老地层交替出现，黄土、红土、疏松砂岩、泥岩等埋深变化剧烈，岩性产状变化大。
4、干旱缺水严重：兴仁堡地区长期处于干旱少雨境况，地表潜水面很深，经过表层调查，一般都在60米以上，当地人民吃水要到很远的地方去拉水。
面对上述钻井难点，而风钻只能满足致密较好的山地，遇到空洞就容易漏井、成井困难；水钻也受到水源限制，本工区水源缺乏，从其他地方取水成本高，而且，高部位一口井只采用水钻成井，难度大，成本高，改进的水风钻需要大量水，供水也是一个大问题。对于山地较高部位的井难度也相当大。
因此有了研制一种可以便捷、省水的风水钻互换的装置的思路。
二、装置研制与改进
为了解决本区钻机难点，项目成立了钻井班攻关小组，针对该难点进行现状和对策研究。
研究主要针对以下3点进行：
（1）钻井难度大主要存在要害问题和突出表现。
（2）向打井队请教钻井经验。
（3）本区打井所需压强、抗压材料等进行统计。
1、钻井现状
湿润黄土、红土常常需要风水钻进行钻进，而现阶段要实现风水钻井有两个途径：采用水风钻和风钻卸杆加水。但是前者导致了搬家工作倍增，同时其需要水量大，后者每打一口井需频繁卸杆，钻进一根杆需卸杆加水五六次或者更多，加水增加时间在1-2小时，降低了打井效率。
2、初步研究思路
通过钻井需求和现状，怎样解决好风水钻机结合钻井，搬家便捷，同时不影响钻井进度，这三个高要求是设计思路必须要解决的首要问题。
通过集思广义，受生活中“冷热水”转换开关的启发，有了初步的研究成果。
3、初步设计不足与改进
通过对初步设计装置试用和工作情况研究过程发现其存在如下不足:
●容器壁采用1mm厚铁作为材料，其抗压能力有限，不能满足较困难区域钻井需要。
●容器内压力不能有效释放，压力过大极易发生容器爆炸的危险。
●输入、输出容水器管线采用的材料为一般塑料管不具抗压能力。
针对以上3个缺陷进行了以下改进：
√容器壁采用4mm厚钢质材料，保证其能承受8个大气压，保证钻井压力。
√在容器增加压力平衡安全阀。
√更换管线材料为抗压的高压管。
经过改进，初步形成了钻井介质切换装置基本原理框架。
4、钻井介质切换装置原理图
通过实际应用和改善，对钻井介质切换器进行了重新设计。重新设计图如下：
①进水管：补充水容器中水及稀释剂。
②气压进气口：给水容器加压，使水容器中水能输出到钻机。
③出水口。
④排气阀门（安全阀）保证水容器内气压平衡。
⑤进气控制阀门。
⑥高压水控制阀门。
⑦钻井介质转换阀门。
5、钻井介质切换装置操作说明
钻井介质切换装置操作步骤如下：
①、加水过程：通过①向水容器加水，该容器容量达70升，完成一口井需加水1-3次。
②、风钻模式：打开阀门⑦，关闭⑤和⑥，使得气压直接从A到达C端。
③、水钻模式：关闭阀门⑦，打开⑤和⑥，使得气压从②进入B，给水容器高压，B在高压下，高压水从③经⑥到达C端。
④、压力安全：由④保证水容器压力平衡和使用压力安全。
三、装置应用
1、装置应用操作简单安全。
2、装置应用省水、节省人力。洗衣粉等稀释剂在容器内高压下溶解更均匀。
3、在补充容器水期间，可采用风钻模式钻井，不影响钻机进度。
四、效益分析
钻井介质切换装置解决了成井困难、水源匮乏区钻井难题。在保证钻井效率的同时，没有增加钻机设备搬家时间，同时减少了工人背水的工作量。
通过本装置应用，相比之前最简易的卸杆加水突出优点如下：
1节省钻井时间1.5-2小时/井；
2节省水量约100-200升（约为采用该装置进行钻井1-2口井用水量）；
3装置安全易操作，频繁卸杆就导致工人在钻井平台时间多，增加危险机率。
经济效益：在兴仁堡地区，1m2水运到山上要120元，风水钻每小时消耗汽油6-10升，汽油每升7.45元，本工区用风水钻钻井：3000口,本工区利用本装置取的效益：3000*（0.15*120+6*1.8*7.45）=295380元
通过该装置的应用，大大提高了成井困难区打井效率，保证了激发井深和生产的正常运行。
五、结束语
兴仁堡二维地震采集项目，在钻井难的山地、岩性变化剧烈区域，广泛采用钻井介质切换装置后，使得钻井效率大大提高，解决了钻井工序在成井困难成井慢的问题。并得到公司领导和甲方的一致好评，这项研制成果解决了该区成井困难区成井问题。有效的保证了激发效果，装置制作简单方便，使用方法便捷易懂，操作安全省力，易被应用于钻井工艺中，在类似地区施工时，这项研究成果具有较强的推广价值。