钻井法7～10节

1 第六节钻井破岩机理 本节主要介绍不同类型的钻头刀具是如何切割岩土体的 刮刀楔齿滚刀球齿滚刀盘刀 2 第七节钻井参数 主要内容 一 比压二 转速三 泥浆冲洗量四 钻进速度 3 一 比压刀具在破碎岩石时的接触压力 与岩石的单轴抗压强度 c有关 1 面积比压qF根据统计资料钻进速度 0 5 1m h时 qF 1 2 1 5 cMPa脆性岩石 qF 2 cMPaqF小 钻进速度下降 4 2 长度比压qL我国 c 80MPa时 qL 2 94KN cm塑性 脆性岩石 qL 见表3 8 比如 砂土 抗压强度3 5MPa 长度比压9 8 19 6kN m砂页岩 抗压强度40 50MPa 长度比压127 4 186 2kN m石灰岩 抗压强度60 100MPa 长度比压196 294kN m 实际工程中 要根据地质条件 确定比压值 并进一步设计钻压和钻头重量 5 二 转速每分钟钻头旋转的圈数 一般 转速越高 破岩速度越快 要合理选择 从保护井帮看转速高 泥浆转速高 对岩帮有冲刷作用 从破岩效果看转速高 刀具滚动次数多 作用时间短 破岩效率反而降低 从刀具的磨损看转速过大 功率增加 寿命降低 6 合理的速度 边刀的线速度v 美国 0 96 1 91m s德国 1 6m s中国 0 9 1 3m s钻头的转速n v 边刀线速度 m s D 钻头直径 m r min 3 24 7 摩兰经验公式 n 120 Dr minD的单位为ft 1ft 0 3048m 显然 n随D的增大而减小 实际采用 USA n 0 17r minChina n 0 30r min 常用5 10r min 8 三 泥浆的冲洗量 要充足 保持井底干净 提高破碎效率和刀具寿命要具有 携带泥渣排出地面的速度和流量满足钻杆中泥浆有一定上升速度vs的要求泥浆上升速度 最大岩渣块的下降速度 2 满足在工作面有一定的冲洗流速vr要求要产生涡流 使岩渣悬浮 9 冲洗量Q Q 2 rhvr 3 26 r 钻头半径 m h 刀盘与井底间的过流高度 m 数10mm vr 径向流速 m s 0 3m s 清水洗井时0 5m s 满足最高钻井速度要求Q Seve k 3 27 se 钻井破岩面积 m2 Ve 设计的最高纯钻进速度 m h k 冲洗泥浆的允许含矸率 0 03 0 05 4 摩兰的最小流量经验公式Qmin 50Dgpm 加仑 分 3 28 D 井筒直径 in 10 四 钻进速度 1 纯钻进速度单位纯钻进时间内的钻井进尺量 又叫机械钻进速度 受多种因素影响 最主要的是岩土的性质 vm H tdvtd 纯钻进时间 h H 在td时间内的钻进深度 m 2 钻井速度包括一些辅助作业时间tu 如起下钻具 测斜 停钻 事故 其它等 vd H td tu 11 3 成井速度包括钻进 支护 固井等工序 Vs Hs T Hs td tu ts Hs 钻井总深度 m T 总时间 月 ts 下沉井壁和充填时间 月 我国 钻进速度 国外成井速度 国外主要原因 钻机能力偏小 扩孔次数多 钻进速度统计表 见3 10 12 第八节立井钻机的基本计算 一 钻压和钻头重量1 钻压根据岩石物理性质施加到工作面上的总压力 计算目的 正确选择钻机或对一定钻机进行验算主要参数 提吊能力 转盘扭矩计算依据 井筒直径 深度 地质条件计算步骤 自下而上计算 13 Q qLfB qL biqL 长度比压 f 刀具的覆盖系数 所有刀具在钻头半径方向的破岩宽度之和与钻头在同样方向的破岩宽度之和的比值 见p130 b 单把刀具在刀盘半径方向的破岩宽度 B 破岩宽度 全断面时为钻头半径 扩孔时为圆环宽度 14 Q 钻压 K 减压系数 0 4 0 6 s 钢材重度 x 泥浆的重度 如 SZ 9 700钻机 各级钻头重1000KN左右 钻压700KN AD130 1000型钻机 钻头最大组装重量2800kN 2 钻头重量 3 33 15 二 大钩提吊能力与钻井深度 1 大钩额定提吊能力大于大钩以下所有悬吊物的重量和 Qh G1 G2 G3 G4 G5 G6 钻头悬浮重 钻杆悬浮重 方钻杆重 三通重 风管重 出浆管 含管内泥浆 重量之半 16 2 钻杆尺寸尺寸 钻杆的断面积 单位长度的重量 先预选 后验算 按强度验算 钻杆上部的最大应力 钢材抗拉 压 强度设计值f按排渣能力验算 钻杆内空间面积 Fi Q q v FcQ 含渣泥浆循环量 m3 min q 压气排液器处的排气量 v 压气排液器处的泥浆流速 一般取2 7m s Fc 排液器使用的压风管断面积 17 3 钻井深度受提吊能力的制约 主要受钻杆的重量控制 H G2 Wp 3 37 wp 钻杆单位长度重量 18 三 绞车计算1 主绞钢丝绳的额定拉力pr Qh G7 G8 G9 nr 1 3 38 Qh 大钩的提吊力 G7 G8 G9 大钩 游车 钢丝绳的重量 nr 1 轮系中有效钢丝绳数和轮系效率 2 绳速ve ue nr 3 39 ue 大钩的提吊速度 nr 有效钢丝绳数 19 3 电机功率Nj prve 2 3 40 2 绞车传动效率 Ve 钢丝绳的额定速度 m s 20 四 转盘计算1 扭矩M Mt Md 3 41 Mt 钻头旋转阻力矩 需要计算 Md 钻杆旋转力矩 5 8 Mt 初期钻机 小于100kNm过去的专用钻机 200 400kNm现阶段的钻机 400 600kNm 新生产的AD 130 1000型钻机 扭矩600kNm 2 电机功率Nz Mn 9 55 n 转盘转速 总传动效率 21 五 钻进工期 1 岩石中纯钻进速度 根据钻压Q计算 3 45 3 46 2 表土中的纯钻进速度 va 3vr 上式使用条件 f 12 A 常数 0 2 vi 钻头旋转速度 Q 钻压 E 破岩比能 S 钻进水平面积 22 合计工期 表土段工期 岩石段工期 岩石段 表土段 3 纯钻进工期 Ha 地层厚度 nu 钻井级数 t 日钻进时间 3 45 3 46 23 第九节反井钻进 一 技术实质及其发展1 技术实质上下水平巷道先施工从上向下钻导孔安装钻机从下向上扩孔从上向下扩挖 24 25 2 技术优越性 高度机械化 施工速度快 工效高 无爆破影响 降低成本 安全 二 钻机设备1 钻机扩孔直径 已达3m 国外可达4 5m 钻进深度 300m 国外900m2 钻头导孔 三牙轮钻头扩孔 多台阶钻头 单台